Doctorant Interdisciplaire Dynamique des Fluides / Ecophysiologie (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Titre : Adaptation du cerveau à l’hypoxie chez l’éléphant de mer austral
Contexte scientifique et hypothèse :
Le cerveau des mammifères est l'organe dont la demande énergétique basale est la plus élevée. Il est donc extrêmement vulnérable 1/ aux interruptions soudaines de l'apport en oxygène par le sang, qui peuvent induire la mort neuronale en quelques minutes avec des conséquences dévastatrices, ou 2/ à des conditions d’hypoperfusion ou d’hypoxie (sous-oxygénation) cérébrales chroniques, qui conduisent à la neurodégénérescence et au déclin cognitif (démences vasculaires…).
Dans ce contexte, l’IMFT a récemment montré que l’hétérogénéité intrinsèque du système microvasculaire cérébral, des écoulements et des processus de transport associés, provoque l’apparition de microrégions faiblement oxygénées dans le tissu cérébral, préférentiellement localisées dans les zones sous-corticales, même lorsque la perfusion est normale [1]. Plus cette hétérogénéité est grande, moins le système vasculaire peut supporter de stress supplémentaire (e.g. occlusions capillaires, raréfaction vasculaire et/ou hypoperfusion, qui sont typiquement observés dans le vieillissement et de nombreuses pathologies).
Ce résultat suggère que, en contexte de stress, le système microvasculaire pourrait activer des mécanismes compensatoires (e.g. vasoréactivité au temps courts et/ou remodelage chronique des vaisseaux cérébraux) lui permettant de réduire cette hétérogénéité.
Pour explorer cette hypothèse, nous nous appuierons sur un modèle de mammifère marin ayant développé des capacités évolutives exceptionnelles de résistance à l’hypoxie : les éléphants de mer (EM) australs, Mirounga leonina, qui plongent entre 400 et 1 000 m de profondeur pour des durées de 30 minutes à 2 heures (vs. Phoque commun (PC), Phoca vitulina, 20 m, 10 à 20 minutes) [2,3], dont le CEBC a commencé à explorer le système cérébro-vasculaire en conditions naturelles (campagnes à Kerguelen), montrant une augmentation de la densité et de la tortuosité des capillaires cérébraux avec l’âge, en relation avec le changement de mode de vie : terrestre (jeunes) à marin (adultes) [3]. Nous faisons donc l’hypothèse que ce changement phénotypique des vaisseaux cérébraux est suffisant réduire l’hétérogénéité intrinsèque de l’écoulement sanguin et des processus de transport microvasculaires, permettant de maintenir l’oxygénation neuronale pendant les phases d’hypoxie associées aux plongées.
Objectifs :
Le premier objectif est donc d’explorer quantitativement la variabilité des propriétés architecturales des réseaux microvasculaires, entre régions cérébrales (cortex, cervelet et hypothalamus) et au cours de la vie, chez l’EM et le PC, ainsi que les corrélations entre cette variabilité et le niveau d’exposition à l’hypoxie. En effet, l’EM a une vie terrestre jusqu’à 8 semaines après sa naissance, pour ensuite enchaîner des plongées (30 min en moyenne), avec des hypoxies artérielles sévères chez l’adulte expérimenté en fin de plongée (PAO2~3mmHg), qui préserve néanmoins ses fonctions cognitives.
Le second objectif est de s’appuyer sur des approches de modélisation théorique et numérique des écoulements sanguins microvasculaires et du transport d’oxygène pour étudier l’impact de cette variabilité sur l’hétérogénéité de l’écoulement sanguin et du transport. Si l’hypothèse ci-dessus est pertinente, on peut en effet s’attendre, 1/ à une première phase au cours de laquelle les changements morphologiques et topologiques du système vasculaire conduiraient à une baisse de cette hétérogénéité pendant le développement chez EM, de façon beaucoup plus marquée que chez PC, puis 2/ par analogie avec les connaissances clinique chez l’homme [4], au-delà d’un niveau de stress accumulé, à un effondrement de ces capacités adaptatives conduisant alors à un vieillissement prématuré, pouvant expliquer l’espérance de vie particulièrement courte de l’EM (15 ans en moyenne) vs PC (30-40 ans).
Méthodologie :
Les tissus d’EM nécessaires, déjà collectés, sont au CEBC (26 cerveaux, 20 jeunes et 6 adultes) et incluent différentes régions (néocortex, cervelet, hypothalamus et hippocampe). Le CEBC aura accès à des cerveaux de PC jeunes et adultes par PELAGIS (CNRS-UAR3462, La Rochelle). Les tissus seront transparisés et les vaisseaux révélés par immunomarquages pour pouvoir acquérir l’ensemble de la vasculature par microscopie à feuille de lumière (Bordeaux Imaging Center), dans des volumes de 10 mm3 pour les différentes régions cérébrales (EM et PC, jeunes et adultes). En parallèle, la fonctionnalité de l’unité neurovasculaire en lien avec le vieillissement cérébral sera étudiée par histologie.
L’IMFT maîtrise les outils d’analyse architecturale des réseaux microvasculaires à partir des données d’imagerie (e.g. [5,6]) et a développé les approches de simulation multi-échelle nécessaires à l’étude des phénomènes couplés de transport/réaction de l’oxygène dans le sang et le tissu cérébral [7,8,9]. Les données du CEBC permettront d’exploiter ces outils dans une perspective de compréhension des mécanismes fondamentaux.
Impact : Ce travail apportera un éclairage totalement nouveau sur les mécanismes de l’adaptation à l’hypoxie au cours de la vie et d’un point de vue évolutif. Ils permettront en particulier de comprendre les interactions entre vasoréactivité (comment améliorer rapidement l’oxygénation en jouant uniquement sur les diamètres vasculaires pour une morphologie donnée) et remodelage (comment les évolutions architecturales du réseau au cours de la vie influent-elles l’oxygénation).

Votre Environnement de Travail

Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre deux équipes développant des approches complémentaires. Le groupe « Milieux poreux et biologiques » de l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse est pionnier dans la modélisation multi-échelle de la microcirculation sanguine du cerveau et de son implication dans les maladies neurodégénératives. Le Centre d'Etudes Biologiques de Chizé présente une expertise de très haut niveau sur l’adaptation des mammifères marins aux stress environnementaux (écophysiologie), notamment grâce à son accès privilégié à la station antarctique Dumont-d'Urville.

Contraintes et risques

Contraintes : Le poste sera basé pour 18 mois au CEBC (Chizé) puis pour 18 mois à l’IMFT (Toulouse), avec des missions régulières entre les deux laboratoires.
Risques : Manipulation d'échantillons biologiques.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

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