Des hologrammes révèlent l`intérieur du cerveau en 3D

23 Août 2011
Des hologrammes révèlent l'intérieur du cerveau en 3D
IMAGERIE: Une nouvelle technique de microscopie permet d'observer des
neurones en pleine activité. Le procédé permet des analyses extrêmement
rapides, à un niveau de détail jamais atteint.
Comme pour les galaxies lointaines, de puissants outils sont nécessaires pour
observer les neurones de l'intérieur. Une équipe de neurobiologistes, de psychiatres
et de spécialistes de l'imagerie de pointe de l'EPFL et du CHUV publient dans The
Journal of Neuroscience une recherche décrivant comment la microscopie
holographique digitale (DHM) peut être utilisée pour observer l'activité des neurones
en temps réel et en 3D. La résolution est 50 fois meilleure qu'avec les méthodes
traditionnelles. Cette application présente un énorme potentiel pour comprendre
comment les nouveaux médicaments combattent les maladies neuro-dégénératives
comme Alzheimer ou Parkinson. Issue des sciences des matériaux, cette
technologie est déjà commercialisée par une start-up de l'EPFL, Lyncée Tec.
D'ordinaire, les chercheurs utilisent des colorants pour observer les neurones dans
une boîte de pétri. Or ces additifs chimiques modifient la composition du neurone et
biaisent parfois les résultats. Une démarche laborieuse qui ne permet d'observer
qu'un petit nombre de cellules à la fois.
Grâce à la microscopie holographique digitale, il est possible de contourner ces
limites techniques. «La microscopie holographique digitale est une application
fondamentalement nouvelle pour étudier les neurones. Elle présente de nombreux
avantages par rapport aux microscopes traditionnels», explique Pierre Magistretti, un
des auteurs principaux de cette recherche et directeur du Brain Mind Institute à
l'EPFL. «Cette technique permet l'observation prolongée des processus neuronaux
sans avoir à utiliser des électrodes ou des colorants qui endommagent les cellules».
Pierre Marquet, médecin psychiatre et ingénieur physicien de l'EPFL, ajoute que «la
microscopie holographique digitale donne de précieuses informations non seulement
sur la forme des neurones, mais également sur leur dynamique et leur activité. Elle
permet également de créer des images 3D d'une précision de 10 nanomètres. En
comparaison, les microscopes traditionnels ne dépassent pas les 500 nanomètres
en définition».
A travers les neurones
Pour mieux comprendre comment fonctionne la microscopie holographique digitale,
nous pouvons imaginer un rocher à demi-immergé dans l'océan, et entouré de
vagues parfaitement régulières. Les vagues qui contournent le rocher et se
déforment autour de lui donnent des informations sur sa forme. En les comparant
avec les vagues qui n'ont pas rencontré d'obstacle, il devient alors possible de
reconstruire la forme de l'objet rencontré. La microscopie holographique digitale
effectue une opération similaire, mais avec un laser. Les chercheurs pointent le
faisceau sur un objet. La distorsion du laser, comparée à un faisceau de référence,
permet de déduire la forme de l'objet.
Un ordinateur se charge de calculer et de reconstruire numériquement l'image 3D de
l'objet
- en l'occurrence, les neurones. Les auteurs de l'étude ont développé un algorithme
dans ce but. De plus, les neurones étant transparents, le faisceau laser les traverse
et permet de recueillir d'importantes informations quant à leur composition.
Avec des pionniers de la microscopie holographique digitale et Christian
Depeursinge du Laboratoire d'optique appliquée, Pierre Magistretti a décidé d'utiliser
cette technologie dans le domaine de la neurobiologie. Jusqu'alors, elle était
appliquée dans le domaine des matériaux.
Les chercheurs provoquent une charge électrique dans une culture de neurones.
Pour ce faire, ils introduisent du glutamate, l'un des neurotransmetteurs les plus
communs. Ce transfert de charge achemine de l'eau dans les neurones et modifie
leurs propriétés optiques. Avec la microscopie holographique digitale, il est possible
de détecter ce phénomène. Cette technique permet de visualiser avec précision
l'activité électrique de plusieurs centaines de neurones en temps réel.
Une avancée majeure pour la recherche pharmaceutique
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23 Août 2011
Cette avancée aura un impact important sur la recherche de nouveaux médicaments
destinés à combattre ou à prévenir des maladies neurodégénératives comme la
maladie de Parkinson ou la maladie d'Alzheimer. En effet, elle permet de tester de
nombreuses molécules actives en plus grand nombre et plus rapidement.
«Grâce à sa précision et à sa rapidité, il est possible de dépister d'infimes
changements de propriétés des neurones sur lesquelles on teste un médicament»,
souligne Pierre Magistretti. «Une opération qui prendrait normalement 12 heures en
laboratoire peut être désormais réalisée en 15 à 30 minutes, ce qui diminue
considérablement le temps qu'il faut à un chercheur pour savoir si un médicament
est efficace ou non.»
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