Responsable : Caroline FONTA
Images and models for exploring the brain
Notre principale approche consiste en une imagerie multiéchelle et multimodale qui sert de base au développement d’outils statistiques et de modélisation pour l’étude des processus physiologiques et pathologiques cérébraux. Nous explorons les différents compartiments du cerveau : vaisseaux et tissus corticaux, à l’échelle macro et micro chez les primates non humains et les modèles de rongeurs de la maladie d’Alzheimer et de l’épilepsie. Nous développons un modèle de primate non humain du cerveau vieillissant en combinant différentes techniques d’imagerie : RMN (protocoles pour la structure du cerveau, le contenu de la myéline, la vascularisation), TEP (métabolisme, plaques amyloïdes, protéine tau, récepteurs NMDA, inflammation…), XR (microtomographie). Plus spécifiquement, nous explorons chez le singe ouistiti (Callithrix jacchus) les marqueurs anatomiques cérébraux des maladies neurodégénératives (MA) et les réseaux vasculaires que nous combinons pour analyser leur relation avec les capacités cognitives du singe (collaboration au sein du Cerco avec Florence Rémy (équipe MAOs) et Pascal Girard (équipe C3P)). Chaque modalité d’imagerie traite une échelle, une résolution et un type d’information. En plus du recalage des images, nous explorons des approches de fusion de données multimodales pour combiner les données anatomiques et fonctionnelles en une analyse conjointe, et mettre à jour des marqueurs de vieillissement cérébral communs et distincts. D’autres méthodes (PCA géodésique fusionnée avec l’algorithme d’apprentissage machine) sont développées avec les collaborateurs de l’IMT et de l’ENAC pour évaluer quelle combinaison optimale de biomarqueurs IRM (volume cérébral, indices de diffusion, rapport magnétisation-transfert) peut améliorer leur valeur prédictive dans le contexte d’un essai multicentrique et multimodal sur la sclérose en plaques (SEP).
En outre, nous contribuons à un projet initié à l’IMFT pour simuler l’autorégulation du flux sanguin cérébral dans son environnement craniospinal. Nous étudions des techniques basées sur l’IRM pour identifier la topologie et la géométrie des systèmes artériels et veineux dans le cerveau du marmouset et le flux sanguin dans les compartiments du LCR. Ces données anatomiques seront utilisées pour développer et paramétrer un modèle de flux sanguin pour le marmouset dans le contexte d’une analyse préclinique. Les objectifs ultimes sont un outil de simulation et un protocole clinique, utilisant le modèle de parcours temporel d’autorégulation pour déduire l’état clinique du système craniospinal et son processus de vieillissement chez l’homme.
En collaboration avec Lionel Nowak (équipe PAF), nous développons un programme de recherche sur l’adénosine et les ectonucléotidases (plus précisément sur la phosphatase alcaline non spécifique des tissus -TNAP-) dans le cortex cérébral. L’adénosine, par ses fonctions dans la plasticité synaptique et les processus inflammatoires, est susceptible d’être impliquée dans de multiples pathologies cérébrales telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer et l’ischémie. Pour étudier les sources et les fonctions de l’adénosine, nous développons plusieurs approches : une analyse « métabolomique » et biochimique utilisant des souris TNAP-KO, des tranches de cerveau et des neurones en culture traités avec des inhibiteurs de l’ectonucléotidase ou surexprimant la TNAP, et des expériences électrophysiologiques utilisant des tranches de cerveau maintenues in vitro.
Collaborations :
- Pierre Payoux, Franck Desmoulin, Anne Sophie Brun-Salabert (Tonic INSERM 1214, Toulouse)
- Moktar Zagzoule, Patricia Cathalifaud, Franck Plouraboué (Institute of Fluid Mechanics, Toulouse)
- Laurent Risser, Pierre Maréchal (Institute of Mathematics, Toulouse)
- Stéphane Puechmorel (ENAC, Toulouse)
- Denis Kouame, Adrian Basarab (IRIT, Toulouse)
- Véronique Gilard (LSPCMIB, Biomedical NMR group; University of Toulouse)
- David Magne (ICBMS, University of Lyon)
- Etienne Mornet (Hospital-University Center, Versailles)
- Jose Luis Millan (Burham Institute, La Jolla, CA, USA
- Marcello Rosa (Department of Physiology, Monash University, Australia)
Thématiques :
- Ageing brain pathology in non human primate
- Cerebral vascularisation
- Ectonucleotidases, synaptic transmission, inflammation
Mots clés :
brain macro- and microcirculation, brain imaging, multimodal data analysis, mathematical modelling, computational analysis, marmoset monkey, transgenic mice, cerebral cortex, cerebral pathologies, synaptic transmission, adenosine, tissue nonspecific alkaline phosphatase
Chercheurs :
- Isabelle BERRY
- Caroline FONTA
- Muriel MESCAM
Doctorant :
- Farah BAZZI
- Adrien MARQUE
Post-doctorant:
- Germain ARRIBARAT
Publications Récentes Représentatives :
- Bessueille L, Briolay A, Como J, Mebarek S, Mansouri C, Gleizes M, El Jamal A, Buchet R, Dumontet C, Matera EL, Mornet E, Millan JL, Fonta C, Magne D. (2020). Tissue-nonspecific alkaline phosphatase is an anti-inflammatory nucleotidase. Bone. 133:115262. doi: 10.1016/j.bone.2020.115262.
- De Jager EJ, Van Schoor AN, Hoffman JW, Oettle AC, Fonta C, Mescam M, Risser L, Beaudet A (2019). Sulcal pattern variation in extant human endocasts. Journal of Anatomy 235(4):803-810. http://doi.org/10.1111/joa.13030.
- Risser L, Sadoun A, Mescam M, Strelnikov K, Lebreton S, Boucher S, Girard P, Vayssière N, Rosa MGP, Fonta C. (2019). In vivo localization of cortical areas using a 3D computarized atlas of the marmoset. Brain Struct Funct 224(5):1957-1969. doi: 10.1007/s00429-019-01869-x.
- Bazzi F, Mescam M, Basarab A, Kouame D. On Single-Image Super-Resolution in 3D Brain Magnetic Resonance Imaging. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2019 Jul;2019:2840-2843. doi: 10.1109/EMBC.2019.8857959. PMID: 31946484.
- Rodriguez-Callejas JDD, Cuervo-Zanatta D, Rosas-Arenallo A, Fonta C, Fuchs E, Perez Cruz C. 2019. Loss of ferritin-positive microglia relates to increased iron, RNA oxidation and dystrophic microglia in brain of aged male marmoset. American Journal of Primatology e22956.doi: 10.1002/ajp.22956.
- Perrier S, Gleizes M, Fonta C, Nowak L. 2019. Effect of adenosine on short-term synaptic plasticity in mouse piriform cortex in vitro: adenosine acts as a high-pass filter. Physiological Reports, 7 (3), e13992, https://doi.org/10.14814/phy2.13992.
- Sadoun A, Rosito M, Fonta C, Girard P. 2019. Key periods of cognitive decline in a nonhuman primate model of cognitive aging, the common marmoset (Callithrix jacchus). Neurobiology of Aging 74:1-14.
- Rebbah S, Delahaye D, Puechmorel S, Maréchal P, Nicol F, Berry I. (2019). Classification of Multiple Sclerosis patients using a histogram-based K-Nearest Neighbors algorithm. OHBM 2019, 25th annual meeting of Organization for Human Brain Mapping, Jun 2019, Rome, Italy.
- Rebbah S, Delahaye D, Puechmorel S, Nicol F, Maréchal P, Berry I. (2018). A combined MRI biomarker approach using a non-standard multiple factor analysis. CISP-BMEI 2018, 11th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics18, Beijing, China. pp.art. no. 8633261
- Kennel P, Fonta C, Guibert R, Plouraboué F. 2017. Analysis of vascular homogeneity and anisotropy on high-resolution primate brain imaging. Human Brain Mapping 38(11):5756-5777.
- Cruz T, Gleizes M, Balayssac S, Mornet E, Marsal G, Millán JL, Malet-Martino M, Nowak LG, Gilard V, Fonta C. 2017. Identification of altered brain metabolites associated with TNAP activity in a mouse model of hypophosphatasia using untargeted NMR-based metabolomics analysis. J Neurochem 140:919-940.
- Sadoun A, Strelnikov K, Bonté E, Fonta* C, Girard* P 2015. Cognitive impairment in a young marmoset reveals lateral ventriculomegaly and a mild hippocampal atrophy: a case report. Scientific Reports Nov 3;5:16046. doi: 10.1038/srep16046. *equal contribution.
- Salabert AS, Fonta C, Fontan C, Adel D, Alonso M, Pestourie C, Belhadj-Tahar H, Tafani M, Payoux P. 2015. Radiolabeling of [18F]-fluoroethylnormemantine and initial in vivo evaluation of this innovative PET tracer for imaging the PCP sites of NMDA receptors. Nuclear Medicine and Biology 42: 643-653.
- Livre : Caroline Fonta and László Négyessy (Eds) 2015. Neuronal Tissue-Nonspecific Alkaline Phosphatase (TNAP), Subcellular Biochemistry, Vol. 76. Springer ISBN 978-94-017-7196-2, DOI 10.1007/978-94-017-7197-9. 350pp