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Posté par Adrien le Mercredi 28/02/2018 à 00:00
Sortir de l'ombre: les espaces extracellulaires du cerveau dévoilés
L'espace extracellulaire (ECS) du cerveau fournit la scène physique et la plate-forme de signalisation où les neurones et cellules gliales jouent de concert. Alors que l'ECS occupe un cinquième du volume cérébral, sa topologie est incroyablement complexe et miniaturisée, défiant les approches d'investigation traditionnelles. L'équipe de Valentin Nägerl de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) Interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de Neurosciences à Bordeaux a développé une méthode basée sur la 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 éléments invisibles à l'œil...) à super-résolution pour visualiser l'ECS dans le tissu cérébral vivant et ainsi dévoiler l'une des plus importantes énigmes et frontières de la neuroscience (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du...). Cette étude a été publiée le 22 février 2018 dans la revue Cell.


Figure: Super-resolution shadow imaging (SUSHI) rend toutes les cellules du cerveau visibles "en une seule fois". L'image de gauche montre un aperçu des neurones de l'hippocampe, qui est le centre archétypal de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) du cerveau des mammifères. Au zoom supérieur et après l'inversion des couleurs, l'image de droite révèle l'enchevêtrement du tissu cérébral avec une résolution spatiale à l'échelle nanométrique. Le neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut introduit dans le vocabulaire médical en 1881 par...) vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette...) a été marqué avec une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons...) fluorescente et se distingue ainsi du reste du tissu inversement marqué.
© Valentin Nägerl

Une équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) de l'Institut Interdisciplinaire de Neurosciences (UMR 5297) sur le Neurocampus de l'Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les universités, voir Université Bordeaux I, Université Bordeaux II, Université Bordeaux III, Université Bordeaux IV; pour...) a mis au point (Graphie) une méthode révolutionnaire pour visualiser le tissu cérébral vivant de manière panoramique et détaillée. La technique permet pour la première fois non seulement de voir les cellules cérébrales individuelles et leurs réseaux complexes, mais aussi de révéler tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les...) anatomique environnant. C'est comme être capable de voir les feuilles, les arbres et la forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces associées. Un boisement de faible...) en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

Même si de nombreuses techniques différentes de bio-imagerie existent déjà, elles ont toutes de sérieuses limites: la microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) régulière ne visualise généralement que quelques cellules individuelles et n'a pas une résolution spatiale suffisante pour voir leurs détails structuraux, alors que la microscopie électronique ne peut s'appliquer qu'à un tissu cérébral fixé c'est-à-dire mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des...). En revanche, la nouvelle approche peut prendre des images extrêmement précises de l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) anatomique complète de toutes les cellules en même temps dans le tissu cérébral vivant. Les chercheurs ont réussi cet exploit en ajoutant un colorant (Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.) fluorescent dans le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) du tissu cérébral, rendant toutes les cellules visibles comme silhouettes (ce colorant restant à l'extérieur des cellules). Cette stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) de marquage extracellulaire atténue grandement les problèmes de photo-blanchiment et de photo-toxicité associés aux approches d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit...) traditionnelles.

Pour que ce concept simple fonctionne réellement, les chercheurs ont dû construire un microscope optique à super-résolution avancé, de sorte que les images aient un contraste et une résolution spatiale suffisants. Parce que les cellules ressemblent à des ombres dans une mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) brillante, la nouvelle technique est appelée "super-resolution shadow imaging" (SUSHI).

Le SUSHI non seulement visualise l'organisation (Une organisation est) anatomique du tissu cérébral vivant avec une résolution spatiale à l'échelle nanométrique, mais permet en même temps de voir les petits espaces qui séparent toutes les cellules cérébrales d'une autre, qui sont collectivement appelés "espace extracellulaire cérébral". Cet espace est considéré comme très important pour la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) neuronale et l'homéostasie cérébrale, mais il n'a jamais été visualisé directement auparavant, car il est très compact et contourné. La technique SUSHI permettra aux chercheurs de cartographier cet espace inexploré et de l'examiner dans des modèles animaux de maladies du cerveau, tels que les accidents vasculaires cérébraux, l'épilepsie et la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) d'Alzheimer, où l'espace extracellulaire du cerveau est susceptible d'être affecté.

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Source: CNRS-INSB