Voir le collagène en 3D

Publié par Adrien le 14/12/2020 à 07:00
Source: CNRS INP
Visualiser le collagène dans les tissus biologiques est crucial, mais la microscopie multiphoton utilisée habituellement détecte mal les fibres orientées hors du plan d'imagerie. Une équipe de chercheurs et de chercheuses est parvenue à dépasser cette limitation en exploitant la chiralité (La chiralité (du grec ch[e]ir : main) est une importante propriété...) du collagène (Le collagène est une famille de protéines fibreuses constituant les tissus conjonctifs...).


(a) principe des mesures de dichroïsme circulaire en SHG sur des fibrilles de collagène orientées hors du plan d'imagerie et de polarités différentes (pointant vers le haut en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) et vers le bas en violet) ;
(b) image CD-SHG d'une coupe transverse de cornée humaine. Le code couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) est indiqué à gauche de l'image.

La distribution tridimensionnelle des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) de collagène, constituant l'essentiel des tissus biologiques, détermine en grande partie les fonctions tissulaires. Ainsi, le derme de la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le...) doit sa souplesse et son opacité (L'opacité est l'inverse de la transparence. Qui s'oppose au passage de la lumière.) à l'enchevêtrement désordonné de grosses fibres, tandis que la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la...) et la rigidité de la cornée découlent de fibrilles bien ordonnées en lamelles. Il est donc primordial de caractériser précisément la distribution spatiale de ces fibres, pour mieux comprendre le lien entre la structure d'un tissu et sa fonction biologique. Cela permettrait par exemple de reproduire cette structure in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus...) et obtenir des tissus biomimétiques pour les greffes ou les études biomédicales. De plus, la majorité des pathologies induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) un remodelage du collagène, en général plus désordonné (par exemple les cicatrices (Cicatrices est le premier album de la série de science-fiction Orbital constituée de...) de la peau), qu'il est nécessaire de caractériser afin d'améliorer le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) ou la connaissance de ces pathologies.

La technique de référence pour imager le collagène en 3D est la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) par Génération de Second Harmonique (Dans plusieurs domaines, une harmonique est un élément constitutif d'un phénomène périodique...) ou "SHG", qui fait partie des processus optiques appelés "multiphoton". Ces signaux SHG permettent de visualiser le collagène sans marquage, avec une spécificité inégalée. En jouant sur l'état de polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), il est de plus possible de faire ressortir la direction des fibres dans le plan d'imagerie. Toutefois, les fibres pointant hors du plan d'imagerie émettent un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) trop faible pour être détectées correctement.

Dans un article publié dans le revue Optica, des physiciennes et des physiciens du Laboratoire d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) et biosciences (LOB, CNRS/Ecole Polytechnique/INSERM), au sein d'une collaboration internationale, visualisent spécifiquement ces fibres hors plan par des mesures de la différence entre les signaux SHG excités par des polarisations circulaires droite et gauche. Cette différence s'explique par la chiralité des molécules en triple hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) du collagène. Par ailleurs, son analyse théorique nécessite de prendre en compte les contributions dipolaires magnétiques, et non pas seulement électriques, importantes dans toute interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) de la lumière avec des objets chiraux. Les simulations numériques ainsi que les images de cornées humaines obtenues montrent que cette méthode permet de mesurer un nouveau paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte...) de désordre en 3D.

Référence:
Circular dichroism second-harmonic generation microscopy probes the polarity distribution of collagen fibrils.
Margaux Schmeltz, Claire Teulon, Maxime Pinsard, Uwe Hansen, Maged Alnawaiseh, Djida Ghoubay, Vincent Borderie, Gervaise Mosser, Carole Aimé, François Légaré, Gaël Latour, and Marie-Claire Schanne-Klein, Optica, 22 octobre 2020.
DOI: 10.1364/OPTICA.399246
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