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Posté par Michel le Mercredi 16/01/2013 à 12:00
Cartes 3D de l'orientation des lipides dans des tissus biologiques
Une méthode non invasive permettant d'observer in situ comment sont orientés les assemblages de lipides dans les tissus biologiques vient d'être mise au point par les physiciens du Laboratoire d'optique et biosciences (CNRS / Inserm / École polytechnique). Elle ne nécessite ni préparation, ni marqueur. Ces travaux devraient permettre de détecter et caractériser certaines pathologies associées à des désorganisations moléculaires au niveau de la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) ou du tissu nerveux. Ils viennent d'être publiés dans la revue en ligne Physical Review X.


Cartographie de l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points...) moléculaire dans un assemblage lipidique artificiel
par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des...) de génération de troisième harmonique (Dans plusieurs domaines, une harmonique est un élément constitutif d'un phénomène périodique ou vibratoire (par exemple en électricité : les...) polarisée (P-THG).
(à gauche) Schéma montrant la structure moléculaire d'un assemblage lipidique multilamellaire.
(à droite) Cartographie P-THG de l'orientation moléculaire dans une fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance...) de vésicules lipidiques multilamellaires. Cette coupe optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) virtuelle obtenue sans marquage indique que
les molécules sont orientées perpendiculairement aux interfaces.
© École polytechnique, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Inserm / American Physical Society

Les assemblages multilamellaires de lipides (graisses) jouent un rôle essentiel dans certaines fonctions physiologiques. Ils interviennent au niveau de la peau (qui sert de barrière protectrice contre les agressions extérieures) mais également dans le fonctionnement des neurones. La désorganisation de ces assemblages est souvent associée à des pathologies graves. Cependant, les techniques utilisées d'ordinaire pour déterminer l'agencement des molécules, comme la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition »...) des rayons X ou bien la résonance magnétique nucléaire, ne sont pas adaptées pour étudier des tissus biologiques intacts avec une bonne résolution cellulaire. De plus, elles nécessitent bien souvent un marquage et/ou une préparation importante des échantillons.

Développée à partir des années 90, la microscopie multiphotonique permet d'observer en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa...) un tissu biologique intact à une profondeur dépassant quelques centaines de micromètres et avec une résolution sub-cellulaire. Les chercheurs du Laboratoire d'optique et biosciences ont identifié un nouvel indicateur sensible à l'ordre moléculaire dans les assemblages lipidiques multi-couches appelé « génération de troisième harmonique polarisée » ou P-THG (« polarized third-harmonic generation »). Grâce à cette source de contraste optique, il est désormais possible de cartographier en trois dimensions l'orientation moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans...) et le degré d'alignement des assemblages lipidiques mais aussi de repérer leur éventuelle désorganisation. Cette nouvelle méthode de microscopie multiphotonique fournit donc un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit...) non invasif pour sonder in situ l'alignement moléculaire dans des milieux biologiques.

Cette approche permet aux scientifiques de cartographier avec une sensibilité et un contraste inédits l'organisation (Une organisation est) des lipides dans des biopsies de peau humaine, sans préparation, ni marquage. Ces travaux posent les bases de futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) développements de la microscopie multiphotonique en tant que méthode de mesure de l'ordre moléculaire dans des milieux biologiques intacts. Ils permettent d'envisager des applications pour détecter et étudier les étapes précoces de pathologies liées à la désorganisation moléculaire.


Cartographie des assemblages lipidiques dans une biopsie de peau humaine. La microscopie P-THG permet de sonder in situ l'ordre moléculaire à l'échelle micrométrique.
(à gauche) Schéma montrant la structure de la couche externe (  Ne pas confondre couche de valence et valence) de la peau, le stratum corneum (sc).
Des structures lipidiques multilamellaires entourent des cellules mortes appelées cornéocytes.
Ces structures organisées contribuent à la fonction de barrière de la peau.
(à droite) Cartographie de l'orientation moyenne des lipides dans un pli du stratum corneum
d'une biopsie de peau humaine, obtenue par microscopie P-THG.
L'image présente une coupe optique de 3 µm d'épaisseur enregistrée 30 µm sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) de la peau.
© École polytechnique, CNRS, Inserm / American Physical Society


Référence:

Probing ordered lipid assemblies with polarized third-harmonic generation microscopy. Maxwell Zimmerley, Pierre Mahou, Delphine Débarre, Marie-Claire Schanne-Klein and Emmanuel Beaurepaire. Physical Review X, 14 janvier 2013.


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Source: CNRS