Observer l’espace entre les cellules cérébrales dans une souris
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Avec une nouvelle technique d’imagerie, les chercheurs ont réussi à observer l’espace entre les cellules cérébrales, appelé l’espace extracellulaire, dans une souris. L’imagerie montre une structure d’une grande complexité et dynamisme.
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Entre les neurones et les cellules gliales du cerveau se trouve une structure critique, mais sous-étudiée qui est considérée comme l’une des dernières frontières des neurosciences, l’espace extracellulaire. Avec un nouveau paradigme d’imagerie, les scientifiques peuvent désormais voir et étudier cette matrice complexe remplie de liquide. L’analyse, démontrée chez la souris, a été publiée dans la revue Cell.1
L’espace extracellulaire
La matrice extracellulaire, qui représente jusqu’à 20 % du volume global du cerveau, est très compliquée, fascinante et importante explique U. Valentin Nägerl, auteur principal de l’Institut Interdisciplinaire de Neurosciences de l’Université de Bordeaux. Ces images nous donnent un nouveau sens de la complexité du tissu cérébral. Pour le voir, Nägerl et ses collègues ont couplé un colorant fluorescent diffusible avec la microscopie à super-résolution, dans ce cas la microscopie STED (stimulation des émissions stimulées), pour générer des reconstructions 3D de haute qualité des tissus et des espaces des coupes de cerveau.
Cette nouvelle technique d’imagerie appelée SUSHI révèle le contexte anatomique complet qui entoure un neurone individuel fluorescent (en vert) – Crédit : UV Nägerl (CNRS & Université de Bordeaux)
L’espace entre les neurones est censé réguler le flux du liquide céphalo-rachidien et des métabolites pendant le sommeil. La compréhension de sa composition pourrait conduire à une meilleure administration de médicaments dans le cerveau. L’espace extracellulaire est altéré pendant une lésion cérébrale traumatique et l’épilepsie, mais sa structure et sa fonction dans les cerveaux sains et malades restent largement inconnues.
La technique d’imagerie SUSHI
La technique a révélé que l’espace extracellulaire est une profusion de tendrils rampantes qui émergent du soma bulbeux (des corps cellulaires neuronaux) qui est immergé dans un liquide. Un colorant vert met en évidence un seul neurone et ses connexions avec les axones et dendrites qui s’amincissent lorsqu’ils s’enroulent comme des mèches de mousse espagnole autour d’un million d’autres axones. Étant donné que l’espace extracellulaire est essentiellement l’empreinte négative de l’espace occupé par les cellules, la technique montre les neurones et la glie comme des ombres nettes d’où son nom : SUper-resolution SHadow Imaging (SUSHI). Les vues panoramiques et détaillées de SUSHI sur la microanatomie du tissu cérébral sont comparables à observer la forêt et les feuilles en même temps selon Nägerl. Et sa capacité à montrer la forme des dendrites et des processus neuronaux fournit des informations contextuelles indisponibles par des techniques d’imagerie telles que la microscopie électronique, la microscopie à fluorescence et l’imagerie par résonance magnétique (IRM).
Dans cette image en haute résolution, le réseau dense et complexe de cellules cérébrales vivantes est visualisé au niveau nanoscopique comme une reproduction en négatif de l’espace extracellulaire – Crédit : UV Nägerl (CNRS & Université de Bordeaux)
SUSHI visualise également les fentes synaptiques pour la première fois dans des coupes de tissus vivants et révèle des interactions glie-neurones et la migration cellulaire. Et cela peut aider les chercheurs à observer les changements dans les synapses au cours du développement du cerveau et de la maladie. Les progrès des techniques chirurgicales et de l’optique adaptative permettraient à SUSHI d’être utilisé dans un cerveau vivant intact dans un proche avenir selon Nägerl.
Le fluide de l’espace extracellulaire, un réservoir d’ions critiques pour l’activité électrique et la transmission synaptique, apparaît comme de minuscules espaces noirs parmi les filaments blancs et les gouttes. À un moment donné, les chercheurs ont observé une cellule microgliale rampante, ressemblant à l’amibe, à travers des fibres nerveuses densément entrelacées alors qu’elle déplaçait un corps cellulaire neuronal et son faisceau d’axones. Nägerl a été surpris de voir à quel point l’espace extracellulaire est variable et dynamique ce qui contredit la vision obtenue par la microscopie électronique où elle semble super compacte et rigide.
