«Mapear cerebros completos es difícil y requiere mucho tiempo, incluso con la mejor tecnología moderna», señaló en marzo del año pasado un equipo internacional de las Universidades Johns Hopkins y Cambridge, que logró reconstruir el conectoma de este órgano en la larva de mosca tras 10 ans.
Aujourd’hui, un groupe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) y est parvenu en un temps record et chez l’homme. Les chercheurs ont automatisé un technique pour acquérir des images 3D de chaque moitié du cerveau en un peu plus de quatre jours.
Cette nouvelle technologie obtient simultanément, comme s’il s’agissait d’un zoom, la vision de tout un hémisphère cérébral et il « descend » jusqu’aux plus petites structures des neuronesou même les synapses.
Le processus permettant d’obtenir une photographie complète du cerveau à l’échelle cellulaire nécessite de le diviser en centaines ou en milliers de fines tranches de tissu, obtenir des images de chacun d’eux au microscope électronique puis effectuez un processus méticuleux de reconstruction de toutes ces pièces, neurone par neurone, dans un cerveau complet pour obtenir une carte précise.
A ce rythme de travail, le connectome du cerveau humain, indispensable à connaître comment cela fonctionne, puis traitez les innombrables maladies qui vous affligentce serait une tâche de titan.
Cependant, la nouvelle approche présentée dans Science pour Kwanghun Chung et votre équipe pourrait grandement faciliter cette tâche ardue. Chung est déjà connu pour avoir été l’un des créateurs en 2013, avec Karl Deisseroth, de la technique Clarity, qui a permis de rendre transparents de petits cerveaux entiers et qui est aujourd’hui couramment utilisée en laboratoire.
Depuis, l’expert continue dans cette voie pour améliorer la vue 3D du cerveau avec une précision totale quelle que soit l’échelle. Avec cette nouvelle publication, il a franchi une étape importante en rendant encore plus facile l’observation du cerveau avec un maximum de détails, minimiser les dommages au tissu cérébral pendant la phase de préparation des échantillons afin de pouvoir les réutiliser ultérieurement.
Changez votre façon de voir le cerveau
Réalisés en collaboration avec une équipe de jeunes ingénieurs, les travaux publiés dans Science vise à changer la façon dont nous regardons de près le cerveau, surmonter les écueils liés aux techniques actuelles. Il est à noter qu’ils ont réussi à recomposer les coupes de tissus cérébraux pour qu’elles « correspondent » parfaitement, comme si elles n’avaient pas été coupées, ce qui nécessitait jusqu’à présent une intégration lente et laborieuse.
Pour ce faire, la première étape a été d’affiner la manière dont les échantillons de tissus cérébraux sont découpés. L’ingénieur en mécanique s’en est occupé Ji Wangqui a développé un ‘mégatome’un appareil permettant de couper les hémisphères cérébraux humains de manière à ne pas les endommager, puis de les reconstruire à nouveau avec une grande précision pour avoir une vue d’ensemble.
Comme l’explique Chung, jusqu’à présent « aucune technologie ne permet d’obtenir des images de l’anatomie complète du cerveau humain ». avec une résolution subcellulaire sans le couper au préalable, car il est opaque et très épaissoit environ 3 000 fois le volume du cerveau d’une souris.
Mais avec ce mégatome, le les coupes ne perdent pas d’informations anatomiques aux points de coupe ou ailleurssoulignent les chercheurs.
Un autre obstacle à surmonter était d’augmenter la flexibilité des échantillons sans les casser. Et cet aspect a été pris en compte Parc Juhyuk un jeune ingénieur en matériaux qui a réussi à chaque partie du cerveau transparent est flexible et relativement facile à manipuler, durable et extensible.
De plus, il peut être marqué avec différents marqueurs de manière rapide, uniforme et répétée, car ce marquage sélectif peut être « effacé », ce qui permet de réaliser différentes études sur le même échantillon en fonction du but poursuivi. Et pour cela, ils ont développé une autre nouvelle technologie intégrée à la plateforme qu’ils ont appelée melast.
Analyse informatique
Bien sûr, nous ne pouvions pas manquer un analyse informatiquece qui dans ce cas nous a permis d’effectuer automatiquement et avec une grande précision la tâche de réunir les tranches dans lesquelles le tissu cérébral a été divisé.
La reconstruction est réalisée en utilisant comme guide l’alignement précis de chaque vaisseau sanguin et de chaque axone neuronal, et avec un logiciel qui il recompose le cerveau au nanomètre comme s’il n’avait pas été préalablement découpé, développé par un autre ingénieur, Webster Guan. A cet effet, il a créé un système informatique appelé “UNSLICE”.
Grâce à ces trois techniques intégrées à la plateforme technologique, l’échelle d’affichage peut être modifiée en cartographier simultanément un hémisphère entier et en même temps accéder également à des caractéristiques microscopiques telles que des informations moléculaires, morphologiques et de connectivité. Et tout cela, affirment les chercheurs, sans détruire l’échantillon.
Bref, cette nouvelle technique permet un voyage immersif jusqu’au cerveau, de l’hémisphère entier jusqu’à l’intérieur des plus petites structures cellulaires ou encore la visualisation très détaillée des synapses.
“Cette technologie vraiment nous permet d’analyser le cerveau humain à plusieurs échelles. “Potentiellement, il peut être utilisé pour cartographier complètement le cerveau humain”, précise Chung.
Impact de cette étude
Le temps de préparation des échantillons de cerveau est un autre aspect notable de cette nouvelle plateforme, car cela réduit considérablement. Grâce à cette technologie, ce qui prenait auparavant plusieurs mois peut désormais être réalisé en un peu plus de quatre jours.
Pour le neuroscientifique Manuel Valérochef de groupe à l’Instituto Hospital del Mar d’Investigacions Mèdiques (IMIM) et prix Jeunes Chercheurs 2023 de la Société Espagnole de Neurosciences, qui n’a pas participé à l’étude, “l’impact de cet article réside dans la coordination de tous ces améliorations techniques dans le but d’automatiser et d’optimiser l’analyse histologique et analyse moléculaire de grands fragments de cerveau humain.
Pour Valero, ce travail représente un grand effort technique et une grande compétence, “qui tente d’améliorer la limite technique, expérimentale et analytique étudier des échantillons de cerveau humain avec des techniques de microscopie du point de vue moléculaire, cellulaire et de la connectivité.
“Oui ok, Aucune de ces améliorations n’est révolutionnairel’adoption par la communauté scientifique de certaines de ces ressources, par exemple des méthodes d’analyse développées et facilement diffusées, peut avoir un impact à court et moyen termeprincipalement dans le l’optimisation et l’automatisation de ce type d’études cérébrales”, ajoute-t-il.
Application pratique dans la maladie d’Alzheimer
Justement pour démontrer les possibilités de cette nouvelle technique, des chercheurs du MIT Ils sont entrés dans un cerveau atteint de la maladie d’Alzheimer et ils l’ont comparé à un autre sans cette maladie neurodégénérative.
Avec cela, ils ont réalisé une preuve de concept de la portée et de l’utilité de leur nouvelle technique, tout en précisant que ce qui a été observé dans un seul cerveau ne doit pas être généralisé. Mais cela ouvre la porte à une nouvelle approche, plus rapide et plus détaillée.
Dans ce cas, Chung a collaboré avec Matthieu Frosch, expert de la maladie d’Alzheimer et directeur de la banque de cerveaux du Massachusetts General Hospital. Les chercheurs se sont concentrés sur une partie de tissu où ils ont observé la plus grande perte de neurones par rapport à un cerveau témoin sain. A partir de là, ils se laissent emporter par leur curiosité, disent-ils : “Nous n’avons pas conçu toutes les expériences à l’avance”, souligne Chung.
Sachant que, grâce à cette nouvelle approche, ils pourraient avoir un accès quasi illimité aux tissus et que cela leur permettait même reviens en arrière et regarde quelque chose de nouveaua utilisé de nombreux marqueurs différents, pour pouvoir observer différents aspects, caractériser et voir les relations entre les facteurs pathogènes et différents types de cellules.
L’une des nombreuses observations qu’ils ont faites était que la perte de synapses était concentrée dans les zones où il y avait un chevauchement direct. avec les plaques amyloïdes caractéristiques de la maladie d’Alzheimer. Cependant, en dehors des zones de plaque, la densité synapse était aussi élevée dans le cerveau pathologique que dans le cerveau témoin sain.
Cette technologie ne se limite pas au cerveau, soulignent les chercheurs, mais peut également être appliquée à de nombreux autres tissus du corps. “Nous prévoyons que cette plate-forme technologique évolutive améliorera notre compréhension des fonctions des organes humains et des mécanismes pathologiques afin de stimuler le développement de nouvelles thérapies”, conclut Chung.
