Nouveau dispositif pour mesurer le pH du cerveau avec une précision spatiale et temporelle accrue

Bien qu'un certain nombre de techniques soient capables de suivre les changements de pH dans le cerveau, des mesures précises n'étaient pas possibles auparavant. Maintenant, cependant, des chercheurs au Japon ont développé une nouvelle méthode pour examiner le pH du cerveau qui peut conduire à de nouvelles informations sur le rôle du pH dans la signalisation cérébrale.

Dans une étude publiée ce mois-ci dans Communications Nature, des chercheurs de l'Institut national des sciences physiologiques d'Okazaki et de l'Université de technologie de Toyohashi à Toyohashi ont révélé leur nouvelle conception d'une sonde pour mesurer le pH du cerveau avec une précision spatiale et temporelle accrue par rapport aux techniques précédentes.

La récente découverte que le pH joue un rôle dans la neurotransmission indique que les changements de pH peuvent avoir des conséquences importantes pour la fonction cérébrale normale et les conditions cérébrales pathologiques. Cependant, les méthodes existantes pour mesurer le pH du cerveau ont une faible résolution spatiale et temporelle, comme l'imagerie par résonance magnétique, ou sont limitées en ce qu'elles ne sont capables de mesurer le pH qu'en un seul point, c'est-à-dire des microélectrodes. En conséquence, l'implication détaillée du pH dans la neurotransmission reste non examinée. Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l'Institut national des sciences physiologiques d'Okazaki et de l'Université de technologie de Toyohashi à Toyohashi ont développé un capteur spécial pour examiner l'activité du pH au niveau des circuits neuronaux.

Le nouveau dispositif de capteur d'image de protons était basé sur notre capteur précédent, mais a été spécialement optimisé pour les analyses cérébrales in vivo chez la souris. « 

Hiroshi Horiuchi, l'un des principaux auteurs de l'étude

« Cela nous a permis d'examiner les changements dans le pH du cerveau, qui est mesuré en fonction de la concentration de protons, lors de l'exposition à des stimuli dans une tâche d'expérience visuelle », ajoute Masakazu Agetsuma, l'autre auteur principal de l'étude.

Le nouvel appareil a été conçu pour être plus petit que la sonde précédente afin de ne causer que des dommages minimes aux régions du cerveau entourant la sonde. Lorsque les chercheurs ont testé l'appareil, ils ont constaté que les modifications ne semblaient pas altérer la fonctionnalité.

«Les données indiquent que notre biocapteur peut mesurer les changements de pH qui se produisent sur une échelle de micromètres et de millisecondes sur une vaste zone», explique Kazuaki Sawada, co-auteur correspondant. « En conséquence, il a été possible d'utiliser la sonde pour corréler des modèles spatiaux distincts de changements de pH dans le cortex visuel primaire de souris avec des modèles de stimulus visuels spécifiques. »

Le capteur d'image de protons a pu découvrir des modèles distincts de changements de pH dans le cortex visuel primaire qui étaient induits par chacun des huit modèles de stimulus différents.

«Le fait que nous ayons trouvé des altérations du pH à une résolution à l'échelle du micromètre suggère que des changements de pH peuvent être impliqués dans le réglage fin de l'activité cérébrale», explique Junichi Nabekura, auteur principal. « Cela peut être important sur le plan clinique étant donné que les patients souffrant de troubles psychologiques, tels que la schizophrénie et le trouble bipolaire, se sont révélés avoir des niveaux de pH cérébral anormaux. »

Le fait que la sonde ait été utilisée avec succès pour observer la dynamique biologique du pH indique qu'elle peut avoir des applications potentielles dans un large éventail d'investigations biologiques. En particulier, le capteur d'image de protons peut être utile pour examiner la relation entre le dysfonctionnement du pH cellulaire et diverses pathologies.