Pendant l'enfance et l'adolescence, notre cerveau passe par beaucoup de changements. Mais étudier ces changements chez les souris juvéniles est difficile car les scientifiques n'ont pas un moyen d'imaginer à plusieurs reprises les voies neuronales du même animal qu'elles se développent.
Maintenant, en frottant simplement une solution dans le cuir chevelu d'une souris juvénile, les chercheurs de Stanford peuvent rendre la peau transparente à toute lumière visible, leur permettant d'imaginer les connexions en développement dans le cerveau d'une souris vivante. Et parce que la technique est réversible et non invasive, les chercheurs peuvent revenir sur le même animal au cours des jours et des semaines. L'œuvre, publiée le 26 août PNAcrée de nouvelles opportunités de recherche sur le cerveau en développement qui pourraient améliorer notre compréhension des troubles neurodéveloppementaux et conduire à de nouvelles interventions.
Cela ouvre une fenêtre littérale pour jeter un œil au développement du cerveau. Non seulement nous pouvons imaginer les structures de ces neurones, mais nous pouvons également imaginer l'activité neuronale au fil du temps dans un modèle animal. À l'avenir, cette approche pourrait nous permettre de voir comment ces circuits se forment pendant le développement d'un animal. «
Guosong Hong, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux et auteur principal sur le journal
Exploiter les lois fondamentales pour les nouvelles découvertes
Normalement, la lumière se disperse lorsqu'elle frappe la peau. La diffusion de la lumière se produit chaque fois que les ondes légères rencontrent des interfaces entre les matériaux avec différentes propriétés optiques. Ainsi, sous la peau, il se disperse également lorsqu'il rencontre des lipides, des protéines et des molécules à l'intérieur du tissu. Comme essayer de voir à travers le brouillard ensoleillé, la diffusion de la lumière provoque des défis similaires lorsqu'ils tentent de jeter un œil à l'intérieur ou à travers les tissus.
« Du point de vue de la physique, nous sommes essentiellement un sac d'eau avec des biomatériaux », a déclaré Mark Brongersma, professeur Stephen Harris et professeur de science et d'ingénierie des matériaux et co-auteur sur le journal. « Et l'inadéquation de leurs propriétés optiques est la raison pour laquelle nous ne pouvons pas voir à travers la peau ou le cuir chevelu. »
La clé pour rendre la peau transparente est de rendre l'eau et les biomatériaux plus similaires dans leurs propriétés optiques. Cela peut être accompli en augmentant l'indice de réfraction de l'eau – combien il plie la lumière – pour correspondre à l'indice de réfraction du reste des biomatériaux du corps. Les chercheurs ont découvert qu'en mélangeant un composé appelé ampyrone dans l'eau et en le frottant sur la peau d'une souris, ils pourraient élever l'indice de réfraction de l'eau dans la peau de la souris, en le transformant transparent. Et parce que l'ampyrone absorbe presque exclusivement la lumière ultraviolette, l'intérieur de la souris peut être vu avec l'ensemble du spectre visible.
« Le fait que de telles lois sur l'optique fondamentale puissent être appliquées et travailler dans un système biologique est tout simplement incroyable pour moi », a déclaré Brongersma. « Il n'était pas clair si la physique, la chimie et la biologie s'aligneraient tous pour y arriver. »
Le travail s'appuie sur la découverte révolutionnaire par l'équipe d'un composé qui devient la peau transparente en lumière rouge, leur permettant de voir les organes internes d'une souris sans faire d'incision. Maintenant, parce que l'ampyrone permet tout le spectre visible de la lumière, l'équipe peut voir les couleurs des protéines fluorescentes vertes et jaunes qui sont couramment utilisées pour marquer l'activité neuronale. Les jeunes souris ont des crânes très minces, donc cette fluorescence peut être observée jusqu'à ce que la souris ait environ quatre semaines (l'équivalent d'un adolescent humain ou d'un début adulte). Les chercheurs ont pu imaginer à plusieurs reprises les neurones des souris juvéniles sous sédation et voir comment l'activité neuronale a changé chez des souris éveillées répondant à une bouffée d'air sur leurs moustaches.
