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L'activité cérébrale rendue visible grâce aux nanotubes

ActualitéClassé sous :nanoscience , nanotechnologie , nanotube de carbone

Une équipe de chercheurs de l'université de Stanford a développé une nouvelle technique non invasive pour visualiser et étudier la circulation sanguine dans le cerveau. Pour cela, elle utilise des nanotubes de carbone injectés dans le sang qui peuvent devenir fluorescent sous l'action de la lumière laser dans le proche infrarouge. Cela pourrait conduire à mieux comprendre les origines des AVC, des accidents ischémiques transitoires (AIT) et peut-être de la maladie d'Alzheimer.

Cette illustration montre que des nanotubes de carbone, une fois injectés dans une souris, peuvent devenir fluorescents sous l'action de la lumière dans le proche infrarouge. De cette façon, on peut visualiser la vascularisation du cerveau et suivre le débit sanguin cérébral. © Dai Lab

Le XXe siècle a été l'âge de l'énergie nucléaire et de l'électronique, le XXIe sera probablement celui de la nanotechnologie, de la génétique et des neurosciences. En effet, nous avons percé l'essentiel des secrets de la matière à l'échelle atomique, mais le mystère de l'origine de la conscience reste entier. Notre cerveau devient donc la nouvelle frontière par excellence après l'atome et le cosmos. Le vieillissement de la population d'une partie de la planète étant en train de poser des problèmes de santé publique avec des répercussions économiques de plus en plus importantes, les vannes financières s'ouvrent désormais pour irriguer les recherches sur le cerveau comme le montre l'exemple du Human Brain Project.

L'imagerie médicale est l'un des outils les plus importants pour explorer le cerveau, aussi bien en ce qui concerne la recherche fondamentale que pour les applications médicales. On cherche donc à la perfectionner. Une publication récente dans Nature Photonics par des chercheurs de l'Université de Stanford aux USA est un bon exemple de cette stratégie.

Sous l’action d’un laser émettant de la lumière infrarouge dans une bande de longueurs d’onde comprise entre 1.300 et 1.400 nanomètres, certains nanotubes de carbone deviennent fluorescents. Injectés dans le sang de souris, ces nanotubes permettent d’observer des détails fins de la circulation sanguine à la surface du cerveau de ces animaux alors qu’ils sont encore en vie et de façon non invasive. © Dai Lab

Les chercheurs voulaient obtenir des détails sur la circulation du sang dans un cerveau in vivo plus fins que ce que fournissent le scanner et l'IRM. Des informations importantes, par exemple pour comprendre ce qui est à l'origine des AVC ou de la maladie d'Alzheimer, se trouvent peut-être au niveau des vaisseaux sanguins individuels et des groupes de neurones. Mais pour faire de l'imagerie à ce niveau de résolution, on en était réduit jusqu'ici à ouvrir la boîte crânienne de cobaye pour avoir accès directement aux cellules du cerveau. Les inconvénients avec cette approche sont multiples, sans parler des objections éthiques liées à la vivisection. L'opération et l'expérience sont évidemment des traumatismes pour un animal et perturbent donc le fonctionnement du cerveau.

Voir des capillaires de quelques microns de diamètre

Les chercheurs états-uniens ont donc eu recours à une nouvelle stratégie, non invasive celle-ci. Sans surprise pour ce XXI siècle, ils ont décidé d'utiliser la nanotechnologie, à savoir des nanotubes de carbone injectés en solution avec de l'eau. Ces nanotubes ont été fabriqués afin d'avoir des propriétés bien spécifiques, être biocompatibles et sans danger pour l'organisme bien sûr, mais surtout être capables de devenir fluorescents lorsqu'ils sont plongés dans un bain de rayonnement dans le proche infrarouge.

Ce type de rayonnement peut en effet traverser la peau de sorte qu'il est possible de voir, par exemple, des vaisseaux sanguins par transparence. Cette technique d'imagerie dans le proche infrarouge n'est pas tout à fait nouvelle comme le prouve l'exemple de la paire de lunettes Eyes-On mise au point par l'entreprise californienne Evena Medical, laquelle visualise le système veineux à travers la peau en temps réel.

Dans le cas présent on peut voir ce qui se passe environ trois millimètres sous le cuir chevelu à l'échelle des vaisseaux capillaires, dont certains ont seulement quelques microns de diamètre. Il ne semble pas y avoir d'effet secondaire sur les cobayes, mais qu'en sera-t-il avec un cerveau humain ? Avant de répondre à cette question, il faut que la technique soit perfectionnée de façon à ce qu'elle descende plus en profondeur à l'intérieur du système nerveux central.

En cas de succès, elle permettra peut-être de démontrer certaines hypothèses qui font jouer un rôle à des modifications fines du flux sanguin dans certaines parties du cerveau dans l'apparition de maladies comme celles d'Alzheimer et Parkinson. On pourrait aussi ajouter des biomarqueurs à certains neurones et étudier directement leur activité spécifique ce qui pourrait nous en apprendre beaucoup sur son fonctionnement.

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