Cartes 3D de l'orientation des lipides dans des tissus biologiques
Publié par Michel,
Source: CNRSAutres langues:
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Cartographie de l'orientation moléculaire dans un assemblage lipidique artificiel
par microscopie de génération de troisième harmonique 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 de vésicules lipidiques multilamellaires. Cette coupe optique virtuelle obtenue sans marquage indique que
les molécules sont orientées perpendiculairement aux interfaces.
© École polytechnique, CNRS, 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 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 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 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 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 des lipides dans des biopsies de peau humaine, sans préparation, ni marquage. Ces travaux posent les bases de futurs 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 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 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.