Ce qui se passe sous le niveau cellulaire lorsque le cœur se contracte et se détend est depuis longtemps inexploré. Grâce aux nouvelles techniques de microscopie électronique à ultra-haute résolution, les scientifiques peuvent désormais observer les battements du cœur, presque au niveau moléculaire. Des chercheurs de la Faculté de médecine de l’Université de Fribourg résument les développements les plus importants de la microscopie électronique cardiaque et leur importance pour la recherche dans une publication récente, publiée dans Revues Nature Cardiologie. La connaissance à l’échelle du nanomètre est d’une grande importance pour le développement de nouvelles thérapies, par exemple pour les crises cardiaques ou les arythmies cardiaques.
Grâce aux techniques de microscopie à haute résolution développées par nous et par d’autres dans le monde, nous obtenons des informations fascinantes sur l’ultrastructure dynamique du cœur. Nous pouvons utiliser ces informations pour analyser la structure tridimensionnelle des cellules cardiaques avec une précision sans précédent. Nos images sont constituées de cubes – appelés voxels – avec une longueur d’arête d’un nanomètre ou moins. Par exemple : un nanomètre est la distance sur laquelle un ongle pousse en une seconde. »
Dr Eva Rog-Zielinska, auteur principal de l’étude
Le Dr Eva Rog-Zielinska dirige la section d’imagerie 4D de l’Institut de médecine cardiovasculaire expérimentale (IEKM) du Centre universitaire de cardiologie du Centre médical universitaire de Fribourg
Regarder le cœur battre en super ralenti
Un défi consiste à lier la cartographie ultra-haute résolution du cœur à une cible en mouvement. « Grâce aux progrès récents de l’imagerie, nous avons maintenant une bien meilleure compréhension du comportement des cellules musculaires et du tissu conjonctif dans le cœur battant », déclare le co-auteur, le professeur Peter Kohl, directeur de l’IEKM, qui est également le porte-parole de l’allemand Centre de recherche collaborative 1425 dédié à l’exploration de la cicatrisation cardiaque.
La microscopie électronique elle-même, mais surtout les méthodes nouvellement développées pour la préparation et le post-traitement des échantillons correspondants, jouent un rôle central dans la génération de connaissances moléculaires. « Il est particulièrement excitant de pouvoir enregistrer des cellules musculaires comme des images individuelles dans un film – grâce à la congélation à haute pression à la milliseconde près. Cela nous permet de regarder les structures moléculaires du cœur battre au ralenti, pour ainsi dire », déclare Kohl .
Expériences, simulations et intelligence artificielle s’entremêlent
Les images microscopiques sont évaluées à l’IEKM à l’aide de l’intelligence artificielle, assistée par des simulations informatiques pour décrire la fonction cardiaque et les changements pathologiques de la manière la plus réaliste possible. « Les connaissances récemment acquises nous permettent d’acquérir une compréhension complètement nouvelle de l’activité cardiaque et, sur cette base, de développer de nouveaux concepts thérapeutiques. Nous attendons avec impatience une période très excitante dans la recherche cardiaque », déclare Kohl.
