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Valentin Nägerl et al. dans Cell

Sortir de l'Ombre : les Espaces Extracellulaires du Cerveau dévoilés

Le 22 février 2018

Super-resolution imaging of the extracellular space in living brain tissue. Tonnesen J, VVGK Inavalli and Nägerl UV.  Cell. 2018 Feb 22;172(5):1108-1121.e15. doi: 10.1016/j.cell.2018.02.007.

Prof. U. Valentin Nägerl, PhD Institut Interdisciplinaire de Neurosciences (IINS) CNRS UMR 5297 / Université de Bordeaux / Centre Broca Nouvelle-Aquitaine / Bordeaux Neurocampus / Email : valentin.nagerl@u-bordeaux.fr


L
'espace extracellulaire (ECS) du cerveau fournit la scène physique et la plate-forme de signalisation où les neurones et cellules gliales jouent de concert. Alors que l'ECS occupe un cinquième du volume cérébral, sa topologie est incroyablement complexe et miniaturisée, défiant les approches d'investigation traditionnelles. L’équipe de Valentin Nägerl de l'Institut Interdisciplinaire de Neurosciences à Bordeaux a développé une méthode basée sur la microscopie à super-résolution pour visualiser l'ECS dans le tissu cérébral vivant et ainsi dévoiler l'une des plus importantes énigmes et frontières de la neuroscience. Cette étude a été publiée le 22 février 2018 dans la revue Cell.

 

 

Time-lapse SUSHI de migration cellulaire «contextualisée» induite par une lésion au laser montrant l'arrivée orchestrée de cellules microgliales putatives, qui sont les cellules immunitaires résidentes du cerveau.

Time-lapse SUSHI de migration cellulaire «contextualisée» dans des conditions normales non stimulées, montrant une cellule microgliale putative qui pousse elle-même à travers des faisceaux d'axones et un corps cellulaire.

L'équipe de Valentin Nägerl a mis au point une méthode révolutionnaire pour visualiser le tissu cérébral vivant de manière panoramique mais détaillée. La technique permet pour la première fois non seulement de voir les cellules cérébrales individuelles et leurs réseaux complexes, mais aussi de révéler tout le contexte anatomique environnant. C'est comme être capable de voir les feuilles, les arbres et la forêt en même temps. Même si de nombreuses techniques différentes de bio-imagerie existent déjà, elles ont toutes de sérieuses limites: la microscopie optique régulière ne visualise généralement que quelques cellules individuelles et n'a pas une résolution spatiale suffisante pour voir leurs détails structuraux, alors que la microscopie électronique ne peut s'appliquer qu'à un tissu cérébral fixé c'est-à-dire mort. En revanche, la nouvelle approche peut prendre des images extrêmement précises de l'architecture anatomique complète de toutes les cellules en même temps dans le tissu cérébral vivant. Les chercheurs ont réussi cet exploit en ajoutant un colorant fluorescent dans le liquide du tissu cérébral, rendant toutes les cellules visibles comme silhouettes (ce colorant restant à l'extérieur des cellules).


 Pour que ce concept simple fonctionne réellement,
les chercheurs ont dû construire un microscope optique à super-résolution avancé, de sorte que les images aient un contraste et une résolution spatiale suffisants. Parce que les cellules ressemblent à des ombres dans une mer brillante, la nouvelle technique est appelée «super-resolution shadow imaging» (SUSHI).
Le SUSHI non seulement visualise l'organisation anatomique du tissu cérébral vivant avec une résolution spatiale à l'échelle nanométrique, mais permet en même temps de voir les petits espaces qui séparent toutes les cellules cérébrales d'une autre, qui sont collectivement appelés «espace extracellulaire cérébral». Cet espace est considéré comme très important pour la communication neuronale et l'homéostasie cérébrale, mais il n'a jamais été imaginé directement auparavant, car il est si compact et alambiqué. La technique SUSHI permettra aux chercheurs de cartographier cet espace inexploré et de l'examiner dans des modèles animaux de maladies du cerveau, tels que les accidents vasculaires cérébraux, l'épilepsie et la maladie d'Alzheimer, où l'espace extracellulaire du cerveau est susceptible d'être affecté.
De plus, la stratégie de marquage extracellulaire atténue grandement les problèmes de photo-blanchiment et de photo-toxicité associés aux approches d'imagerie traditionnelles. En tant que variante directe de la microscopie STED, la méthode SUSHI permet l’étude de la structure et de la dynamique de l’ECS et du neuropile dans un cerveau vivant.

Figure : Super-resolution shadow imaging (SUSHI) rend toutes les cellules du cerveau visibles «en une seule fois». L'image de gauche montre un aperçu des neurones de l'hippocampe, qui est le centre archétypal de la mémoire du cerveau des mammifères. Au zoom supérieur et après l'inversion des couleurs, l'image de droite révèle l'enchevêtrement du tissu cérébral avec une résolution spatiale à l'échelle nanométrique. Le neurone vert a été marqué avec une protéine fluorescente et se distingue ainsi du reste du tissu inversement marqué.

Prof. U. Valentin Nägerl, PhD Institut Interdisciplinaire de Neurosciences (IINS) CNRS UMR 5297 / Université de Bordeaux (valentin.nagerl @ u-bordeaux.fr)
Dernière mise à jour le 26.02.2018