Une vidéo 3D du rythme cardiaque embryonnaire

Un pour cent des nourrissons aux États-Unis naissent avec des anomalies cardiovasculaires. Les processus de développement qui conduisent à ces problèmes congénitaux ne sont pas visibles dans les échographies, et le manque d'outils pour imager le développement des mammifères de manière non invasive à haute résolution a entravé les tentatives des chercheurs pour comprendre ces processus.

Dans l'espoir de fournir des informations sur la manière dont ces problèmes de développement pourraient être évités, des chercheurs de l'Université de Houston ont développé un système d'imagerie qu'ils utilisent pour prendre une vidéo 3D du cœur des mammifères au fur et à mesure qu'il se forme. Dans la vidéo ci-dessous, montrant un embryon de souris 8,5 jours après la conception, un rythme cardiaque normal est visible. Le cœur de souris commence à se former à 7,5 jours.

La vidéo a été réalisée à l'aide d'une technologie d'imagerie appelée tomographie par cohérence optique. Bien qu'elle ait l'air granuleuse, cette vidéo et d'autres du cœur en développement réalisées par le groupe de Houston sont parmi les meilleures jamais prises. Ce sont les premières images à haute résolution du cœur battant [de mammifères], dit Kirill Larin , professeur adjoint de génie biomédical et mécanique à l'Université de Houston. Vous pouvez voir les vaisseaux sanguins, les cavités cardiaques. La résolution actuelle de la technique est de six micromètres et Larin espère la ramener à deux.

Les techniques de microscopie peuvent obtenir une résolution beaucoup plus élevée, mais elles sont invasives. L'échographie peut pénétrer suffisamment profondément dans le corps pour imager des embryons humains, mais sa résolution est faible. Les chercheurs du Texas ont développé une variante de la tomographie par cohérence optique qui combine certains des avantages de chacune : sa résolution est supérieure à celle des ultrasons, elle est non invasive et elle peut regarder plus profondément dans le corps que la microscopie (pas assez profonde pour fonctionner chez l'homme, mais assez profonde observer un embryon de souris en laboratoire). D'autres études sur le développement du cœur ont été réalisées chez les poissons et les amphibiens : ils sont plus faciles à voir car ces animaux sont plus petits. Mais leur système cardiovasculaire est très différent du nôtre. De nombreux problèmes cardiovasculaires congénitaux résultent de la malformation des cavités cardiaques. Les cœurs de poisson n'ont que deux chambres; les cœurs d'amphibiens en ont trois. Les mammifères tels que les souris et les humains ont un cœur à quatre chambres, et en utilisant la technique de Houston, Larin peut regarder ces chambres se former.

La tomographie par cohérence optique fonctionne sur un principe similaire à celui des ultrasons. Un faisceau de lumière laser est envoyé à travers l'embryon et lorsqu'il rebondit, il est combiné à un faisceau de référence interférent. En examinant l'effet de la lumière sur le faisceau de référence, il est possible de déterminer la distance qu'il a parcourue et cette information est reconstruite pour former une image. Le groupe de Houston n'a pas inventé la technique, qui est couramment utilisée pour l'imagerie clinique de la rétine. Ils ont adapté le matériel et les logiciels existants pour les rendre adaptés à l'imagerie des embryons.

Larin, qui a présenté la technologie d'imagerie la semaine dernière à la conférence Frontiers in Optics à San Jose, en Californie, a déclaré que son groupe étudie actuellement les embryons de souris atteints de troubles du développement.

Cette image d'un embryon de souris a été réalisée 8,5 jours après la conception et montre certaines des structures visibles dans la vidéo. Le sac péricardique est la structure entourant le cœur; le ventricule est l'une des chambres du cœur ; la voie d'éjection est la structure à partir de laquelle le sang s'écoule dans les artères puis dans le reste du corps.
Crédit : Kirill Larin

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