Un film en accéléré tourné dans le cerveau

Un nouveau type de micro-endoscope permet aux scientifiques d'observer les cellules nerveuses et les vaisseaux sanguins profondément à l'intérieur du cerveau d'un animal vivant pendant des jours, des semaines, voire des mois. Une équipe dirigée par Marc Schnitzer , professeur agrégé de biologie et de physique appliquée à l'Université de Stanford, a développé l'endoscope, un instrument optique utilisé pour scruter le corps, ainsi qu'un système pour l'insérer au même endroit à chaque fois. Cette fonctionnalité a permis aux scientifiques de suivre les changements dans des caractéristiques infimes, telles que les connexions entre les cellules du cerveau.

Cerveau : À l'aide d'un micro-endoscope implanté profondément dans le cerveau, les chercheurs peuvent voir que les vaisseaux sanguins alimentant une tumeur se déforment avec le temps.

Je pense que ce sera un outil puissant pour suivre les propriétés des cellules sur de longues périodes de temps en réponse aux changements de l'environnement, au cours de l'apprentissage, au cours du vieillissement ou de la progression de la maladie, explique Schnitzer. Certaines maladies développementales et neurodégénératives, par exemple, endommagent les connexions entre les neurones profondément enfouis dans le cerveau.

L'hippocampe, une zone profonde du cerveau qui est cruciale pour la mémoire, présente un intérêt particulier pour les neuroscientifiques. Auparavant, les scientifiques n'avaient pu examiner en détail des régions comme celle-ci qu'avec des méthodes hautement invasives et à un moment donné. Mais beaucoup de troubles cérébraux surviennent lentement, explique Schnitzer. Nous ne voulons pas seulement un instantané, nous voulons un [film] en accéléré sur une échelle de temps pertinente pour la progression de la maladie.

L'équipe de Schnitzer développe le micro-endoscope depuis plusieurs années. Surnommée l'aiguille optique, elle mesure entre 500 et 1 000 microns de diamètre à son extrémité, soit environ la moitié de la largeur d'un grain de riz. Alors que l'appareil ressemble à une version réduite des endoscopes couramment utilisés pour la chirurgie, la petite lentille est légèrement différente. La petite taille de l'appareil signifie qu'une lentille incurvée, typique de la plupart des microscopes, n'est pas pratique. Au lieu de cela, sa lentille est fabriquée à partir d'un matériau qui présente des variations internes dans son profil de réfraction pour guider les rayons de lumière.

Dans la nouvelle étude, publiée en ligne ce mois-ci dans Médecine naturelle , les chercheurs démontrent qu'ils peuvent utiliser le micro-endoscope pour observer le même endroit dans le cerveau au fil du temps. Ils implantent d'abord un tube de guidage en verre dans le cerveau d'un animal, le plaçant juste au-dessus de la zone d'intérêt, avec une minuscule lame de microscope recouvrant son extrémité. Ils peuvent ensuite insérer le micro-endoscope dans le tube et prendre des photos des cellules à l'aide d'un microscope à deux photons standard. Après l'imagerie, vous pouvez retirer la micro-aiguille, remettre l'animal dans sa cage, puis la réinsérer [des jours ou des semaines] plus tard et regarder à nouveau, explique Schnitzer.

Elly Nedivi , professeur agrégé de neurobiologie au MIT, affirme que pouvoir revenir au même endroit encore et encore peut être l'une des applications les plus importantes du micro-endoscope. Vous pouvez l'utiliser pour voir si les médicaments ont un effet, par exemple si une tumeur répond au traitement, dit-elle.

Dans leurs premières expériences, les chercheurs de Stanford ont examiné les structures neuronales de l'hippocampe, l'un des seuls endroits du cerveau où de nouveaux neurones naissent à l'âge adulte. Schnitzer a émis l'hypothèse qu'en raison de cette proximité étroite avec de nouvelles cellules, ces structures changeraient avec la formation de nouveaux souvenirs. Mais ce n'est pas ce que nous avons trouvé, dit-il. Après avoir examiné plus de 4 000 dendrites, nous avons vu très peu de cas de changement.

Dans une deuxième série d'expériences conçues pour voir comment le cerveau change en réponse à la maladie, l'équipe de Schnitzer a injecté des cellules cancéreuses dans un côté du cerveau d'une souris. Ces cellules se sont ensuite transformées en tumeurs, permettant aux scientifiques d'observer les changements dans les vaisseaux sanguins qui accompagnent le cancer. Les chercheurs ont découvert que les vaisseaux du côté cancéreux du cerveau étaient instables et que le flux sanguin ralentissait. Le côté sain du cerveau est resté stable.

Emily Singer est la rédactrice en chef biomédecine de Revue de la technologie.

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