Une nouvelle technique rend le cerveau de la souris (opaque, à gauche) entièrement transparent (à droite) pour une imagerie plus facile. Image de Kwanghun Chung et Karl Deisseroth, Institut médical Howard Hughes / Université de Stanford
Le cerveau humain est l'un des objets les plus complexes de l'univers connu. Un ensemble d'environ 86 milliards de neurones interconnectés, regroupés dans seulement 3 kilos de chair (en moyenne), forme d'innombrables réseaux complexes qui constituent l'essence de votre personnalité.
Un cerveau préservé sur une table d'examen, cependant, ne dit rien de cette complexité: cela ressemble plus ou moins à un tas de viande grise, car nous ne pouvons pas voir à travers les membranes des cellules externes pour voir les neurones individuels à l'intérieur.
Ce problème est la motivation derrière une nouvelle technique, développée par une équipe de Stanford dirigée par Kwanghun Chung et Karl Deisseroth, pour rendre les cerveaux préservés entièrement transparents à la lumière. Ce faisant, en utilisant ensuite des marqueurs chimiques spécialisés qui s'attachent à certains types de cellules, ils ont créé un moyen de voir des cerveaux entiers dans toute leur splendeur complexe et interconnectée. Une telle complexité est facilement visible dans le cerveau de souris imagé ci-dessous, dans lequel certains types de neurones ont été marqués avec un colorant vert fluorescent:
Cerveau de souris transparent injecté avec un colorant vert qui s'attache aux cellules neuronales. Image de Kwanghun Chung et Karl Deisseroth, Institut médical Howard Hughes / Université de Stanford
Les scientifiques expliquent que leur technique, annoncée dans un article publié aujourd'hui dans Nature, fonctionne pour les cerveaux humains préservés ainsi que pour les souris, et peut également être appliquée à de nombreux autres types d'organes. La méthode tire parti du fait que la couleur des organes - et par conséquent la raison pour laquelle ils ne sont pas clairs - est entièrement due aux molécules de graisse qui composent la membrane de chaque cellule.
Dans un cerveau vivant, ces molécules préservent l'intégrité structurelle de l'organe. Mais dans un cerveau préservé, ils obscurcissent la structure interne. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont rempli les cerveaux de souris expérimentaux d'hydrogels, qui se lient aux éléments fonctionnels des cellules (protéines et ADN) mais pas aux molécules adipeuses, et forment un maillage en forme de gelée qui préserve la structure d'origine. Ensuite, ils ont nettoyé les molécules de graisse avec un détergent, ce qui rend l'organe complètement transparent.
Produire un cerveau de souris transparent et complètement intact (comme le montre l’image en haut) crée toutes sortes d’opportunités d’imagerie intéressantes. Avec l'élimination des molécules de graisse, les éléments d'intérêt expérimental ou clinique (réseaux de neurones ou gènes, par exemple) ne sont plus masqués par les membranes cellulaires. (De la même manière, le poisson-zèbre, avec ses embryons transparents, est fortement utilisé dans de nombreux domaines de la recherche biologique.)
Pour bien voir les aspects, les chercheurs ont ajouté des marqueurs chimiques colorés qui se fixent spécifiquement à certains types de molécules. Une fois que cela est fait, les scientifiques peuvent les examiner avec un microscope optique conventionnel ou combiner plusieurs images de microscopes numériques pour créer un rendu 3D.
Pour prouver le concept, en plus du cerveau de souris, l'équipe de recherche a effectué la procédure sur de petits morceaux du cerveau d'une personne autiste décédée, stockés depuis six ans. Avec des marqueurs chimiques spécialisés, ils ont été capables de tracer des neurones individuels à travers de grandes bandes de tissu. Ils ont également découvert des structures neuronales atypiques de type échelle, qui ont également été observées dans le cerveau d'animaux présentant des symptômes similaires à ceux de l'autisme.
Ce type d’analyse détaillée n’était auparavant possible qu’en examinant laborieusement au microscope de minuscules tranches de cerveau pour en déduire une image complète en trois dimensions. Mais maintenant, les interconnexions entre différentes parties du cerveau peuvent être vues à un niveau plus large.
Le fait que la technique fonctionne sur toutes sortes de tissus pourrait ouvrir de nombreuses nouvelles voies de recherche: analyse des voies de la molécule de signalisation d'un organe, diagnostic clinique de la maladie dans un échantillon de biopsie et, bien sûr, un examen plus détaillé des relations entre les neurones. et les réseaux qui composent le cerveau humain. Pour plus d'informations, regardez la vidéo ci-dessous, gracieuseté de Nature Video :
