Un microscope à feuille de lumière pour étudier le cerveau en 3D
Emmanuel BOURINET– l’Institut de Génomique Fonctionnelle à Montpellier
Titre du projet : « Faire toute la transparence sur les maladies du cerveau »
Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2019 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un ultramicroscope pour un montant de 185 000 €
L’un des principaux challenges de la recherche en neurosciences consiste à étudier les réseaux neuronaux et les connexions qui relient les milliards de neurones du système nerveux. Les méthodes classiques utilisées étaient limitées à un plan en deux dimensions empêchant souvent de décrire la complexité des réseaux, qui prennent place dans un volume tridimensionnel.
La possibilité de visualiser les circuits neuronaux dans le volume d’un cerveau entier est devenu possible grâce aux techniques de transparisation* développées récemment. En effet, les récentes avancées ont permis de rendre transparent un cerveau entier et de pouvoir imager des neurones dans un volume 3D grâce à un type particulier de microscope : le microscope à feuille de lumière (LSFM). Ce type d’analyse devient indispensable pour étudier la complexité du cerveau. L’opération Rotary Espoir en Tête a déjà permis à plusieurs équipes de recherche en France d’acquérir cet équipement de pointe leur offrant ainsi la possibilité de grandes avancées dans leurs projets, telle que la réalisation d’une cartographie en 3D de tissus dont le cerveau.
L’absence de ce type de microscope à Montpellier limite certains projets des équipes de recherche de la région. L’acquisition d’un microscope LSFM par l’Institut de Génomique Fonctionnelle grâce à l’opération Rotary-Espoir en tête 2019 servira des projets concernant :
- La douleur (6 équipes impliquées dont les axes de recherche concernent entre autres l’implication de diverses molécules dans la douleur, neuropathies, douleur liée à une inflammation, douleur chronique, la douleur en cas d’arthrite)
- L’épilepsie (3 équipes)
- Les troubles psychiatriques (5 équipes – autisme, schizophrénie, addictions)
- Le neurodéveloppement et la neuroplasticité (5 équipes impliquées)
L’équipement
Utilisation
La mise en place de cet appareil au sein de la plateforme d’imagerie de Montpellier (MRI) début 2021 profite pour le moment à 6 équipes provenant de plusieurs instituts de la région. Il est également à noter qu’une équipe de la région Grand-Est sollicite la plateforme pour réaliser un projet d’imagerie à l’aide de l’ultramicroscope.
L’utilisation principale du microscope est de pouvoir visualiser des organes entiers rendus transparent, ce qui permet l’étude de réseaux neuronaux, de protéines, entre autres, en volume. Cet équipement fournit ainsi des images complémentaires à celles obtenues par des approches plus classiques d’imagerie.
Premiers résultats
L’acquisition de cet ultramicroscope a permis de générer des premiers résultats, en particulier pour 4 projets :
Mieux comprendre la douleur chronique
- Les chercheurs ont caractérisé l’organisation de protéines impliquées dans la douleur.
- Ils ont également généré des données afin d’identifier comment certains neurones sensoriels, sensibles aux touchers légers et plaisant, innervent la peau et tous les organes internes avec une précision jamais atteinte à ce jour. Cette innervation constitue potentiellement des barorécepteurs, informant le cerveau de la pression artérielle.
- Après avoir développé un modèle de la phase précoce de la maladie de Parkinson (phase pendant laquelle les patients commencent à souffrir de douleurs persistantes bien avant les signes moteurs), les chercheurs utiliseront l’ultramicroscope pour analyser le cerveau transparisé de ce modèle d’un point de vue histologique. Cela permettra notamment de mieux comprendre l’hypersensibilité sensorielle précoce.
Analyser les mécanismes de fibrose associés à l’insertion d’implants cochléaires
- La pose d’un implant cochléaire peut être à l’origine du développement d’un tissu fibrotique délétère pour le bon fonctionnement de celui-ci et le maintien de l’audition résiduelle. Les chercheurs, à l’aide de l’ultramicroscope, vont quantifier la fibrose qui se développe autour du faisceau d’électrode après implantation.
Mieux comprendre l’hémorragie sous-arachnoïdienne anévrismale (une forme grave d’AVC) et les conséquences neurophysiologiques de l’anesthésie générale
- Des défauts microvasculaires précoces et des processus neuro-inflammatoires joueraient un rôle fondamental dans la pathogenèse de l’ischémie cérébrale retardée, principale complication de l’hémorragie sous-arachnoïdienne anévrismale. Grâce à l’ultramicroscope, les chercheurs identifieront si des régions spécifiques du cerveau sont plus sensibles à la neuro-inflammation et établiront la fenêtre temporelle critique des événements pathogènes précoces.
- Les équipes de recherche travailleront également sur les effets neurophysiologiques de l’anesthésie générale en étudiant les circuits neuronaux fonctionnels et la mort cellulaire déclenchée par une anesthésie générale.
Etudier l’organisation du système neuromusculaire digestif
- De premières données ont permis de mieux comprendre la mise en place du système neuromusculaire digestif au cours de l’embryogénèse afin de mieux comprendre les troubles digestifs pédiatriques chez l’Homme.
Emmanuel Bourinet est Directeur de Recherche à l’Institut de Génomique Fonctionnelle. Il y dirige l’équipe « Dynamique cellulaire des canaux calciques et nociception ». Ses travaux de recherche portent sur l’étude des mécanismes de la douleur.
L’Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF) est un centre important de recherche fondamentale à Montpellier. La recherche à l’IGF met l’accent sur la signalisation et les processus de communication cellulaires, ainsi que sur les mécanismes pathogéniques dans les domaines de la neurobiologie, la cardiologie, l’endocrinologie et l’oncologie. Les principales activités vont de la pharmacologie structurale à la biologie des systèmes, du développement de modèles précliniques de maladies à la recherche translationnelle. Un des principaux objectifs de l’IGF est d’identifier de nouveaux concepts en médecine moléculaire et d’évaluer de nouvelles stratégies permettant le développement d’outils diagnostiques et thérapeutiques.
