Des chercheurs du Francis Crick Institute ont développé une technique d’imagerie pour capturer des informations sur la structure et la fonction du tissu cérébral au niveau subcellulaire – quelques milliardièmes de mètre, tout en capturant également des informations sur l’environnement environnant.
L’approche unique détaillée dans Communication Nature aujourd’hui (25 mai), surmonte les défis de l’imagerie des tissus à différentes échelles, permettant aux scientifiques de voir les cellules environnantes et leur fonctionnement, afin qu’ils puissent construire une image complète des réseaux de neurones dans le cerveau.
Diverses méthodes d’imagerie sont utilisées pour capturer des informations sur les tissus, les cellules et les structures sous-cellulaires. Cependant, une seule méthode ne peut capturer que des informations sur la structure ou la fonction du tissu et regarder en détail à une échelle nanométrique signifie que les scientifiques perdent des informations sur l’environnement plus large. Cela signifie que pour acquérir une compréhension globale du tissu, les techniques d’imagerie doivent être combinées.
Dans leur étude, les scientifiques ont développé une approche qui combine sept méthodes d’imagerie, y compris en directo imagerie, rayons X synchrotron et microscopie électronique de volume. Ils ont démontré leur approche en imageant deux zones différentes du cerveau chez la souris – le bulbe olfactif et l’hippocampe.
Surtout, la technique pourrait être appliquée à d’autres zones du cerveau ou à des parties du corps, offrant aux scientifiques une compréhension plus détaillée de nombreuses structures et tissus biologiques différents.
Chaque étape du processus d’imagerie fournit des informations différentes. Dans un premier temps, les chercheurs ont utilisé in vivo l’imagerie calcique pour visualiser les neurones dans des régions spécifiques du cerveau et voir quels neurones étaient actifs lorsque les souris étaient exposées aux odeurs.
Après l’euthanasie des souris, des échantillons de tissus cérébraux ont été imagés à l’aide de diverses méthodes, notamment la tomographie par rayons X synchrotron, qui capture des échantillons jusqu’à plusieurs millimètres de longueur. Cette échelle est suffisante pour que les scientifiques voient des réseaux de neurones entiers et également où des cellules particulières ou d’autres structures se situent dans le contexte plus large de l’échantillon. Surtout, cette méthode n’endommage pas l’échantillon afin qu’il puisse être imagé à nouveau en utilisant une autre technique.
Les chercheurs ont ensuite sélectionné des zones d’intérêt particulier à imager par microscopie électronique, capturant des détails complexes à haute résolution. Dans certaines zones cibles, cela pourrait cartographier des détails aussi petits que 10 nanomètres, permettant aux chercheurs de voir de minuscules structures comme les synapses individuelles qui relient les neurones.
À l’aide d’algorithmes informatiques, ils ont combiné les résultats pour créer une carte complète de la structure et de la fonction de la section du cerveau qu’ils étudiaient, jusqu’à quelques millimètres cubes.
Carles Bosch, premier auteur et chercheur principal en laboratoire au sein du laboratoire de circuits sensoriels et de neurotechnologie du Crick, déclare : « Notre approche fournit un moyen fiable de relever le défi des structures d’imagerie à des échelles très différentes. Nous pensons que ce sera un outil puissant pour étudier les circuits neuronaux dans le cerveau des mammifères ainsi que la structure et la fonction d’autres tissus. »
Nous souhaitons appliquer cette approche au cerveau, où il est important de recueillir des informations sur des réseaux de neurones entiers de plusieurs millimètres de long, ainsi que des informations sur des neurones et des synapses spécifiques.
Mais il a également le grand potentiel d’être utile dans d’autres arrangements, comme la biologie de cancer où les chercheurs visent à comprendre l’activité des cellules particulières dans le contexte de la tumeur plus large.
Andreas Schaefer, auteur principal et chef du laboratoire de circuits sensoriels et de neurotechnologie au Crick
Les chercheurs se sont associés à l’équipe de microscopie électronique du Crick et ont également travaillé avec des équipes de rayons X synchrotron du Diamond Light Source dans l’Oxfordshire, du Synchrotron européen en France et de l’Institut Paul Scherrer en Suisse.
L’équipe poursuivra cette recherche, en utilisant cette approche d’imagerie pour découvrir plus de détails sur le bulbe olfactif et travailler à améliorer encore la technique.
