HEIDELBERG, Allemagne, 4 octobre 2021 — Une méthode développée par le groupe Prevedel au Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) permet aux neuroscientifiques d'observer des neurones vivants profondément dans le cerveau — ou toute autre cellule cachée dans un tissu opaque. La méthode est basée sur la microscopie à trois photons et l'optique adaptative.

La méthode augmente la capacité des scientifiques à observer les astrocytes générant du calcium agité dans les couches profondes du cortex et à visualiser toutes les autres cellules neurales de l'hippocampe, la région du cerveau responsable de la mémoire spatiale et de la navigation. Le phénomène a lieu régulièrement dans le cerveau de tous les mammifères vivants. Lina Streich du groupe Prevedel et ses collaborateurs ont pu utiliser cette technique pour capturer les détails fins de ces cellules polyvalentes à une résolution sans précédent.
Un miroir déformable utilisé en microscopie pour focaliser la lumière dans les tissus vivants. Avec l'aimable autorisation d'Isabel Romero Calvo, EMBL.
Un miroir déformable utilisé en microscopie pour focaliser la lumière dans les tissus vivants. Une équipe de l'EMBL a combiné l'optique adaptative et la microscopie à trois photons pour soutenir la capacité du personnel médical à prendre des images en profondeur dans l'hippocampe. Avec l'aimable autorisation d'Isabel Romero Calvo, EMBL.

En neurosciences, les tissus cérébraux sont généralement observés dans de petits organismes modèles ou dans des échantillons ex vivo qui doivent être tranchés pour être observés, qui représentent tous deux des conditions non physiologiques. L'activité normale des cellules cérébrales n'a lieu que chez les animaux vivants. Le cerveau de la souris, cependant, est un tissu très diffusant, a déclaré Robert Prevedel. "Dans ces cerveaux, la lumière ne peut pas être focalisée très facilement, car elle interagit avec les composants cellulaires", a-t-il déclaré. « Cela limite la profondeur à laquelle vous pouvez générer une image nette et il est très difficile de se concentrer sur de petites structures situées au plus profond du cerveau avec les techniques traditionnelles.

«Avec les techniques traditionnelles de microscopie cérébrale à fluorescence, deux photons sont absorbés par la molécule de fluorescence à chaque fois, et vous pouvez vous assurer que l'excitation causée par le rayonnement est confinée à un petit volume. Mais plus les photons voyagent loin, plus ils sont susceptibles d'être perdus à cause de la diffusion.

Une façon de surmonter cela est d'augmenter la longueur d'onde des photons d'excitation vers l'infrarouge, ce qui garantit une énergie de rayonnement suffisante pour être absorbée par le fluorophore. De plus, l'utilisation de trois photons au lieu de deux permet d'obtenir des images plus nettes au plus profond du cerveau. Un autre défi restait cependant : s'assurer que les photons sont focalisés, afin que l'ensemble de l'image ne soit pas flou.