Etude préclinique par imagerie métabolique du TDAH : caractérisation des mécanismes physiopathologiques et des réponses aux traitements pharmacologiques

par Emilie Desfosses

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie et de la Santé

Sous la direction de Pierre Thomas-Castelnau et de Laurent Galineau.

Soutenue le 08-07-2016

à Tours , dans le cadre de École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec Imagerie et cerveau (Tours) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Catherine Belzung.

Le jury était composé de Sylvie Vancassel, Michel Lecendreux.

Les rapporteurs étaient Luc Zimmer, Nathalie Ginovart, Omar Touzani.


  • Résumé

    Le trouble déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité (TDAH) est une maladie neurodéveloppementale de l’enfant et de l’adulte caractérisée par un déficit attentionnel, une impulsivité et une hyperactivité. La physiopathologie de cette maladie demeure non élucidée, néanmoins des stratégies thérapeutiques médicamenteuses s’avèrent efficaces. En France, le médicament utilisé dans le traitement du TDAH est le méthylphénydate (MPH) qui est un psychostimulant, et deux autres molécules paraissent prometteuses : le dymésilate de lisdexamfétamine (LDX - psychostimulant) et la guanfacine (GFC - non psychostimulant). Les cibles moléculaires de ces médicaments sont bien connues mais l’impact de ces traitement en aigu et chronique sur le fonctionnement cérébral est pour l’instant peu documenté. L’objectif de cette thèse a été d’étudier (i) la physiopathologie du TDAH et (ii) les effets de ces traitements du TDAH en aigu et en chronique sur un versant préclinique et à l’aide de l’imagerie microTEP couplée au 2-deoxy-2-(18F)fluoro-d-glucose (18FDG). Dans la première étude, des modèles animaux du TDAH ont été utilisés : des rats SHR/NCrl présentanttroubles de l’attention, hyperactivité et impulsivité et des rats WKY/NCrl présentant uniquement des troubles de l’attention. Une imagerie microTEP au 18FDG sur animal éveillé a été réalisée sur ces animaux adultes afin d’obtenir leurs profils d’activité cérébrale. Notre hypothèse était que les rats SHR/NCrl et WKY/NCrl présenteraient des modifications de capture de 18FDG similaires qui seraient impliquées dans le trouble attentionnel commun aux deux souches, alors que les rats SHR/NCrl présenteraient aussi des modifications non retrouvés chez les WKY/NCrl qui joueraient un rôle dans la genèse de l’hyperactivité-impulsivité. Cettehypothèse a été confirmée par nos résultats montrant des dysfonctions fronto-striatales limbiques et du réseau du mode par défaut chez les rats SHR/NCrl et WKY/NCrl, ainsi que des dysfonctions fronto-striatales associatives spécifiques aux rats SHR/NCrl.Dans la seconde étude, un traitement journalier au MPH, au LDX ou à la GFC a été mis en place chez des rats témoins de l’adolescence à l’âge adulte (mimant un traitement de l’enfance à la fin de l’adolescence chez l’homme). Les effets de ces traitements sur l’activité cérébrale ont été évalués après la première et la dernière injection par imagerie microTEP au 18FDG sur animal éveillé. Nos résultats montrent que chaque médicament a un effet important sur les régions limbiques, et que le LDX présente une action supplémentaire sur des régions associatives et sur les régions du réseau du mode par défaut. A notre connaissance, ce sont les premières données de neuroimagerie en préclinique qui mettent en avant l’implication des régions limbiques liées à la motivation et du réseau du mode par défaut dans la physiopathologie du TDAH. Nos résultats renforcent l’hypothèse selon laquelle les médicaments du TDAH agiraient sur les troubles primaires du TDAH et non en compensant un déficit d’attention par une augmentation de la motivation. Ces résultats suggèrent aussi que (i) la GFC est un non psychostimulant qui présente deseffets similaires au médicament de référence le MPH, et que (ii) le LDX montre un profil d’action intéressant car touchant à la fois les régions limbiques, associatives et le réseau du mode par défaut que nous trouvons toutes perturbées chez les rats SHR/NCrl.

  • Titre traduit

    Preclinical metabolic imaging study of ADHD : characterization of pathophysiologic mechanism and response to pharmacologic treatments


  • Résumé

    Attention Deficit Hyperactivity Disorders (ADHD) is a neurodevelopment disorder affecting childs and adults presenting attention deficits, hyperactivity and impulsivity. Despite numerous neuroimaging studies on ADHD patients, the specific dysfunctions underlying the symptoms of ADHD remain unknown. To date, ADHD patients can be treated using psychostimulant drugs such as methylphenidate (MPH) and other promising compounds are currently in development (dymesilate-lisdexamfétamine (LDX) and guanfacine (GFC), that are psychostimulant and non psychostimulant medications, respectively). Even if the molecular targets of these medications are well defined, how these compounds will impact the brain activity to reverse ADHD symptoms is less known. The objectives of this work were to study (i) the pathophysiology of ADHD and (i) the effects of an acute or repeated administration of MPH, LDX or GFC using animal models and microPET imaging with 2-deoxy-2-(18F)fluoro-d-glucose (18FDG). First, we used an animal model of ADHD, namely the SHR/NCrl and WKY/NCrl rats that both exhibit attention deficits, with impulsivity-hyperactivity only displayed by SHR/NCrl rats. MicroPET imaging using 18FDG on awake rats was performed to obtain brain metabolic profiles of these animals. Our hypothesis was that SHR/NCrl and WKY/NCrl would shared brain dysfunctions in several regions of interest involved in the attention deficits, while SHR/NCrl rats would also displayed specific abnormalities related to hyperactivity-impulsivity. Our results confirmed these hypothesis as both SHR/NCrl and WKY/NCrl showed metabolic alterations in fronto-striatal limbic regions and in areas of the default mode network. In addition, SHR/NCrl specifically exhibited functional modifications in fronto-striatal associative areas.Second, daily injections with MPH, LDX or GFC were performed on control rats from adolescence to adulthood (corresponding to a treatment from childhood to the end of adolescence in humans). The effects of such treatments were evaluated after the first and the last injections on freely moving rats using microPET imaging with 18FDG. Our results showed that each medication affects the activity of limbic brain regions. In addition, LDX has an interesting profile showing effects also on associative fronto-striatal areas and on thedefault mode network. To our knowledge, these are the first preclinical neuroimaging results highlighting the crucial role of limbic brain regions related to motivation and the default mode network in the pathophysiology of attention deficits in ADHD. These data also reinforce the hypothesis that ADHD medications act on the brain areas primarily involved in the pathophysiology of ADHD. Interestingly, we showed that GFC and MPH shared the same effects on the limbic brain regions suggesting that this non psychostimulant medication is of a great interest for the treatment of ADHD. While MPH and GFC act primarily on limbic circuits, LDX also altered the activity of the default mode network and associative fronto-striatal areas. This support the hypothesis that LDX could be an interesting education for treating ADHD acting on all the systems identified as dysfunctional in the animal models of ADHD.

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