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Une première : un neurone vivant en vidéo haute résolution !

Moins de 70 nanomètres ! C’est la résolution record des détails de véritables films montrant les modifications des dendrites de neurones de souris bien vivants, obtenus grâce à une nouvelle technique, la microscopie Sted. Les neurobiologistes disposent maintenant d’un nouvel outil pour comprendre les pathologies des synapses.

Sur ces neurones de souris, on voit bien les multiples épines dendritiques observées par microscopie Sted. © Max Planck Institute for Biophysical Chemistry Sur ces neurones de souris, on voit bien les multiples épines dendritiques observées par microscopie Sted. © Max Planck Institute for Biophysical Chemistry

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La microscopie Sted (stimulated-emission-depletion ou déplétion par émission stimulée) est une microscopie de fluorescence à balayage dont l'illumination est mise en forme pour dépasser la limite de résolution imposée par la diffraction.

Elle a été découverte par le physicien Stefan Hell, qui vient de publier avec des collègues un article dans Sciencedans lequel les chercheurs décrivent l'obtention, pour la première fois au monde, d'images de neurones vivants et actifs avec une résolution de seulement 70 nanomètres.

Il y a vingt-cinq ans, tout physicien ou biologiste spécialisé dans l’imagerie des systèmes biologiques aurait sans aucun doute haussé les épaules si quelqu’un lui avait affirmé qu’il pouvait voir des cellules vivantes actives avec une résolution inférieure à 200 nanomètres au moyen d'un microscope optique. Les lois de la diffraction semblaient un obstacle insurmontable. Certes, des observations de résolutions plus basses de nanostructures sont possibles mais il faut travailler sous vide et avec des faisceaux d’électrons, ce qui n’est pas spécialement indiqué pour des cellules que l’on veut garder vivantes...


Les observations en nanoscopie des neurones de souris ont permis de découvrir que les épines dendritiques bougeaient et se modifiaient sur une courte échelle de temps. © MaxPlanckSociety-YouTube

Pourtant, la microscopie Sted, que l’on pourrait même appeler la nanoscopie, est bel et bien une réalité. Elle permet même de filmer en direct des épines dendritiques et des synapses en bouton en pleine modification avec des neurones de souris, comme le montre la vidéo ci-dessus.

Des souris génétiquement modifiées aux neurones fluorescents

Pour réaliser cet exploit, les biophysiciens n’ont pas seulement dû utiliser la microscopie Sted. Les neurones que l’on voit sur la vidéo et les images prises ne sont pas ceux de souris quelconques. Afin de les rendre suffisamment fluorescents, il a fallu modifier génétiquement ces rongeurs pour qu’ils produisent d’importantes quantités d’une certaine protéine fluorescente de couleur jaune. Il s’agit d’une astuce analogue à celle de la protéine fluorescente verte (en anglais Green Fluorescent Protein ou GFP), très utilisée en génétique pour marquer des gènes et dont la découverte et les applications ont valu le prix Nobel de chimie 2008 à Osamu Shimomura, Martin Chalfie et Roger Tsien.

Les chercheurs estiment que l’on pourrait à terme voir finement où se concentre la protéine fluorescente dans les dendrites. La haute résolution atteinte et l’accès à la vie des neurones en direct permettront sans doute de mieux comprendre certains dysfonctionnements des neurones affectés par une pathologie. L’espoir est de trouver, par exemple, des clés pour la mise au point de traitement moléculaire contre l’autisme ou l’épilepsie. En tout état de cause, les neurobiologistes disposent maintenant d’un outil de plus pour comprendre les neurones du cerveau. Nul doute qu’Alan Turing aurait apprécié.


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