Cartographie de la distribution multi-organes de la psilocine chez le poisson-zèbre basée sur l’imagerie par spectrométrie de masse par désorption-ionisation par électrospray (DESI-MSI)

L’étude souligne que la psilocybine, une substance psychédélique au potentiel anxiolytique et antidépresseur avéré, est rapidement métabolisée en son métabolite actif, la psilocine. L’absence d’études toxicologiques et de distribution tissulaire adéquates limite actuellement son développement et son application.

Cette recherche combine des tests comportementaux chez le poisson-zèbre avec l’imagerie par spectrométrie de masse par désorption-ionisation par électrospray (DESI-MSI) pour évaluer systématiquement la neurotoxicité aiguë de la psilocybine et caractériser la distribution spatiale in vivo de son métabolite actif, la psilocine. Les analyses comportementales révèlent que l’exposition à la psilocybine induit des altérations neurocomportementales prononcées, incluant une “hyperactivité” et des “schémas de nage perturbés”, comme en témoignent des augmentations significatives du “nombre de transitions de zone” et de la “fréquence de shuttle”.

Les chercheurs établissent une méthode basée sur le DESI-MSI pour la cartographie quantitative et la visualisation de la psilocine dans les tissus du poisson-zèbre. La validation méthodologique indique qu’une relation linéaire entre l’intensité ionique et la quantité déposée (R² = 0,9947), ainsi qu’une bonne reproductibilité (RSD < 15 %), rendent cette méthode adaptée à l’analyse quantitative de la psilocine dans les tissus. Les cartes de distribution spatiale montrent qu’après une exposition continue de 4 heures, la psilocine est largement distribuée dans plusieurs tissus, tels que l’œil, le cerveau, le cœur, le foie et les reins, avec une accumulation marquée dans le cerveau et les régions périportales du foie.

L’intensité relative du signal de la psilocine révèle une augmentation dose-dépendante des niveaux de substance dans les tissus. L’augmentation dose-dépendante de l’hyperactivité comportementale et des niveaux de psilocine dans le cerveau indique une relation cohérente avec un site d’action central. Collectivement, ces résultats démontrent que le DESI-MSI constitue une stratégie visuelle et efficace pour étudier la distribution des substances dans les tissus biologiques d’animaux exposés. Les phénotypes de toxicité neurocomportementale et les schémas distincts de distribution tissulaire de la psilocine mis en évidence dans cette étude offrent des informations critiques sur les effets biologiques et les risques potentiels de cette substance psychoactive.

L’étude vise à établir une méthode de test de l’activité hallucinogène de la psilocybine basée sur un modèle de poisson-zèbre couplé à une évaluation comportementale à haut débit. Les chercheurs cherchent à intégrer l’imagerie DESI-MS pour une investigation systématique de la distribution tissulaire de la psilocine chez le poisson-zèbre, la première du genre.

Plus spécifiquement, l’étude a pour objectif d’élucider les caractéristiques de distribution spatio-temporelle de la psilocine dans des organes clés, incluant le cerveau, le foie et les reins, et de définir sa distribution différentielle à travers ces tissus. Cela fournit des données critiques pour des aperçus mécanistiques sur la psilocybine et pour l’avancement de la neuropharmacologie. De plus, la recherche souhaite stimuler l’application innovante de l’imagerie par spectrométrie de masse in situ dans le développement de substances psychotropes.

• Modèle animal : L’étude utilise des poissons-zèbres adultes (Danio rerio) d’une longueur totale de 3 à 4 cm, maintenus dans des conditions contrôlées de température (28 ± 1 °C), de pH (7,0–8,5) et d’oxygène dissous (> 80 % de saturation).
• Exposition aux substances : Les poissons-zèbres sont exposés en continu à la psilocybine pendant 4 heures à des concentrations de 20, 40 et 80 µM pour les tests comportementaux, et à 40 et 80 µM pour les expériences DESI-MSI.
• Évaluation comportementale : Les chercheurs emploient le “novel tank test” pour évaluer le comportement des poissons-zèbres après l’exposition. Les paramètres analysés comprennent la distance totale parcourue, la vitesse moyenne de nage, le “nombre de transitions de zone” et la “fréquence de shuttle”. L’analyse est effectuée à l’aide du logiciel EthoVision XT 7.
• Imagerie par spectrométrie de masse par désorption-ionisation par électrospray (DESI-MSI) : Une méthode DESI-MSI est établie et optimisée pour la cartographie quantitative et la visualisation de la psilocine dans les tissus de poissons-zèbres.
  • Préparation des échantillons : Des cryosections de poisson-zèbre de 40 µm d’épaisseur sont préparées après anesthésie des animaux dans de l’eau glacée, puis rincées au PBS et intégrées dans un composé OCT.
  • Solvant de pulvérisation : Un mélange de méthanol et d’eau (95:5, v/v) est utilisé, contenant 50 pg/mL de leucine enképhaline pour la calibration de masse et 500 ng/mL de diméthyltryptamine (la DMT) comme étalon interne.
  • Paramètres optimisés : Les conditions optimales de DESI-MSI sont un débit de solvant de 2,0 µL/min, une pression d’azote de 0,80 bar, une tension capillaire de 0,7 kV et une résolution d’échantillonnage de 100 µm × 100 µm.
• Validation méthodologique : La méthode est validée pour sa spécificité (absence d’interférence d’endogènes), sa linéarité (R² > 0,99 sur une gamme de 1,5–30,0 ng/mm² pour la courbe de calibration) et sa fiabilité (effets de matrice de 90,50% à 113,35% avec des RSD inférieurs à 10,28%, et des RSD d’exactitude/précision de 1,43–17,87% et 4,81–14,97% respectivement).
• Analyse des données : Les données sont analysées statistiquement avec GraphPad Prism 10.1.2. Des t-tests de Student sont utilisés pour les comparaisons par paires et une ANOVA unidirectionnelle suivie du test post hoc de Dunnett est appliquée pour les ensembles de données multi-groupes, avec une signification statistique définie à p < 0,05.

• Effets comportementaux :
  • L’exposition à la psilocybine induit des altérations neurocomportementales chez le poisson-zèbre, caractérisées par une “hyperactivité” et une nage erratique.
  • Le “nombre de transitions de zone” et la “fréquence de shuttle” augmentent de manière significative et dose-dépendante, atteignant respectivement environ 167,53 % à 211,04 % et 147,51 % à 187,48 % selon la concentration.
  • La distance totale parcourue et la vitesse moyenne de nage montrent une tendance biphasique qui n’atteint pas de signification statistique.
• Distribution tissulaire de la psilocine :
  • Après 4 heures d’exposition continue, la psilocine est largement distribuée dans plusieurs tissus du poisson-zèbre.
  • L’accumulation prédominante de la psilocine se produit dans le cerveau et les régions périportales du foie.
  • L’étude observe également une accumulation significative dans l’œil, le cœur, les reins, les gonades, la moelle épinière, les muscles et la queue.
  • L’intensité relative du signal de la psilocine augmente de manière dose-dépendante dans les tissus, les niveaux étant significativement plus élevés dans le groupe exposé à 80 µM par rapport au groupe à 40 µM pour la plupart des tissus.
  • Les différences les plus prononcées sont observées dans le cœur et la moelle épinière (p < 0,001).
• Corrélation : L’augmentation dose-dépendante de l’hyperactivité comportementale et des niveaux de psilocine dans le cerveau indique une relation cohérente, suggérant un site d’action central.
• Performance de la méthode DESI-MSI : La méthode DESI-MSI développée fournit une stratégie visuelle et efficace pour étudier la distribution de substances dans les tissus biologiques, avec une excellente spécificité, linéarité et fiabilité.

L’étude met en lumière les risques potentiels associés à l’exposition à la psilocybine et souligne le besoin d’une évaluation toxicologique approfondie. La stratégie analytique basée sur la DESI-MSI se présente comme une référence précieuse pour évaluer la toxicité d’autres composés à base de tryptamine.

Les phénotypes de neurotoxicité comportementale et les schémas distincts de distribution tissulaire de la psilocine, révélés par cette étude, offrent des aperçus critiques sur les effets biologiques et les risques potentiels de cette substance psychoactive. L’enrichissement cérébral de la psilocine observé est fortement cohérent avec l’évaluation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique chez le poisson-zèbre, ce qui confirme l’utilité de ce modèle en tant que modèle prédictif. Globalement, ces résultats démontrent que la DESI-MSI permet de délimiter avec succès la distribution spatiale de la psilocine chez le poisson-zèbre, soulignant ainsi la fiabilité de cette technique pour les études de distribution de substances in vivo.