Une équipe de scientifiques a développé un microscope portable – à porter sur le dos des animaux dans un laboratoire – qui peut être utilisé pour évaluer l’activité cellulaire dans la moelle épinière de souris vivantes avec une plus grande clarté que jamais auparavant.
Les scientifiques affirment que cette nouvelle technologie pourrait être un outil de recherche précieux pour étudier les maladies neurologiques telles que la sclérose en plaques (SEP), qui est causée par une inflammation qui endommage le système nerveux central, composé du cerveau et de la moelle épinière.
“Nos microscopes portables changent fondamentalement ce qui est possible lors de l’étude du système nerveux central”, a déclaré Axel Nimmerjahn, PhD, professeur au Salk Institute, en Californie, dans un communiqué de presse.
Pavel Shekhtmeyster, PhD, ancien boursier postdoctoral dans le laboratoire de Nimmerjahn et co-premier auteur des nouvelles études, a noté que les chercheurs de l’équipe ont “surmonté les barrières de champ de vision et de profondeur dans le contexte de la recherche sur la moelle épinière”.
“Nos microscopes portables sont suffisamment légers pour être portés par des souris et permettent des mesures auparavant considérées comme impossibles”, a déclaré Shekhmeyster.
Un microscope portable pourrait “révolutionner l’étude de la douleur” dans la SEP
La moelle épinière joue un rôle vital dans le relais des signaux nerveux entre le cerveau et le reste du corps. On pense que la signalisation dans la moelle épinière implique un ballet complexe de processus cellulaires interconnectés – mais les limitations technologiques ont rendu difficile l’étude de ces processus chez les animaux vivants lors de recherches en laboratoire.
La conception du nouveau microscope portable de l’équipe a été détaillée dans l’étude, “Imagerie trans-segmentaire dans la moelle épinière de souris comportementales,” Publié dans Biotechnologie naturelle.
Les scientifiques se sont appuyés sur les avancées technologiques antérieures pour concevoir un microscope capable d’imager les cellules de souris vivantes avec un champ de vision d’environ 3,2 sur 2,5 millimètres. Ce champ est suffisamment large pour pouvoir imager plusieurs segments de la moelle épinière de la souris en même temps, ce qui n’a jamais été possible avec la technologie précédente.
“Ces nouveaux microscopes portables nous permettent de voir l’activité nerveuse liée aux sensations et aux mouvements dans des régions et à des vitesses inaccessibles par d’autres technologies à haute résolution”, a déclaré Nimmerjahn.
Les microscopes pesaient un peu moins de 10 grammes – moins d’une demi-once. Ils étaient suffisamment légers pour que même des souris relativement jeunes puissent les porter sans difficulté.
“Remarquablement, des souris âgées de 8 à 16 semaines pouvaient porter l’appareil sur leur dos sans formation approfondie”, ont écrit les chercheurs, notant qu’il fallait 30 minutes d’accoutumance.
Les microscopes avaient une résolution inférieure à trois micromètres, ce qui est plus que suffisamment détaillé pour pouvoir visualiser les cellules individuelles avec une clarté raisonnable. Les chercheurs ont noté que la résolution du microscope n’est pas tout à fait capable de voir des structures plus petites que les cellules, comme les synapses, qui sont les connexions individuelles entre les cellules nerveuses. Ainsi, des travaux supplémentaires pourraient encore améliorer le dispositif.
Nos microscopes portables sont suffisamment légers pour être portés par des souris et permettent des mesures auparavant considérées comme impossibles.
Pour illustrer l’utilité du système, les chercheurs l’ont utilisé pour imager des souris qui avaient été génétiquement modifiées afin que certaines cellules, appelées astrocytes, de leur corps émettent un signal fluorescent lorsqu’elles étaient actives.
Les astrocytes sont des cellules en forme d’étoile du système nerveux central qui seraient impliquées dans la coordination d’une gamme d’activités neurologiques. Cependant, ces cellules tournent souvent mal dans la SEP, contribuant à l’inflammation et aux lésions des cellules nerveuses qui marquent la maladie.
Les chercheurs ont démontré que lorsque les souris recevaient un stimulus douloureux – une pincée sur la queue – il y avait une activation généralisée des astrocytes dans la moelle épinière. Cette activation ne s’est pas produite lorsque les souris couraient sans douleur.
La découverte suggère que l’activation des astrocytes joue un rôle clé dans la conduite de la sensation de douleur. Une meilleure compréhension de ces processus pourrait ouvrir des voies pour le traitement de la douleur dans la SEP et d’autres troubles neurologiques, ont déclaré les chercheurs.
“Pouvoir visualiser quand et où les signaux de douleur se produisent et quelles cellules participent à ce processus nous permet de tester et de concevoir des interventions thérapeutiques”, a déclaré Daniela Duarte, co-auteur de l’étude chez Salk.
“Ces nouveaux microscopes pourraient révolutionner l’étude de la douleur”, a déclaré Duarte.
Utilisation du microscope portable pour obtenir une vue plus profonde
Bien que le microscope lui-même soit un pas en avant, une limitation de l’utilisation de ce système seul est qu’il ne peut voir que les cellules situées au sommet de la moelle épinière de la souris. Dans une étude distincte, les chercheurs ont illustré comment un système similaire pourrait être utilisé pour visualiser les cellules plus profondément dans la moelle épinière.
Cette étude, “Imagerie translaminaire multiplex dans la moelle épinière de souris comportementales», a été publié dans Communication Nature.
Ce système implique l’utilisation de petits objets réfléchissants appelés microprismes, qui sont implantés chirurgicalement dans la colonne vertébrale de l’animal. Conceptuellement, le système fonctionne un peu comme la façon dont un miroir peut être utilisé pour regarder dans les coins – le microscope utilise le microprisme réfléchissant pour imager des structures plus profondes que le microscope lui-même peut voir.
“Le microprisme augmente la profondeur de l’imagerie, de sorte que des cellules auparavant inaccessibles peuvent être visualisées pour la première fois”, a déclaré Erin Carey, chercheuse à Salk et co-auteur de l’étude.
“Il permet également d’imager simultanément des cellules à différentes profondeurs et avec une perturbation minimale des tissus”, a déclaré Carey.
Grâce à ce système, les chercheurs ont découvert que le pincement de la queue des souris avait tendance à entraîner l’activation des astrocytes dans une zone spécifique d’une partie de la moelle épinière : la corne dorsale. En revanche, lorsque les souris couraient, les astrocytes d’une autre zone de la corne dorsale avaient tendance à devenir actifs.
“Nos données montrent que la douleur aiguë et l’activité locomotrice animale évoquent les astrocytes [activation] dans des régions distinctes de la corne dorsale », ont conclu les chercheurs, notant qu’une évaluation plus approfondie pour comprendre ces mécanismes pourrait aider à identifier des thérapies pour la douleur et d’autres problèmes neurologiques.
L’équipe a également noté que l’imagerie répétée à travers les microprismes était réalisable pendant au moins quatre semaines, ce qui “peut permettre l’étude de processus biologiques structurels et fonctionnels prolongés”, tels que la progression de la SEP, la douleur nerveuse et les réponses aux traitements.
Le travail a été soutenu en partie par les National Institutes of Health.
