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Avec l'aimable autorisation de l'Allen Institute (document de dossier)

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En utilisant une technologie initialement conçue pour la détection des défauts dans la fabrication de produits électroniques, les scientifiques ont construit un microscope unique en son genre permettant de capturer des images du cerveau avec une résolution incroyable.

Connu sous le nom de microscope « ExA-SPIM », sa capacité à fournir des détails sans précédent pourrait faire progresser notre compréhension des structures énigmatiques et des fonctions neurologiques du cerveau.

Les progrès récents dans le traitement des tissus, le marquage et la microscopie à fluorescence offrent des informations exceptionnelles sur les structures cellulaires et tissulaires à des résolutions de sous-diffraction et à une sensibilité proche d'une molécule unique.

Ce sont des avancées comme celles-ci qui continuent de susciter des découvertes dans divers domaines biologiques, notamment les neurosciences.

Cela dit, pour permettre l’imagerie moléculaire d’échantillons tridimensionnels à toutes les échelles des tissus biologiques (des nanomètres aux centimètres), de nouveaux microscopes dotés de champs de vision plus larges et d’un débit d’imagerie plus élevé sont nécessaires.

Un débit d’imagerie plus élevé signifie que le système peut acquérir des images plus rapidement, permettant ainsi de générer et d’analyser davantage de données sur une période plus courte.

Dans ce contexte, Adam Glaser, Ph.D., et ses collègues de l'Allen Institute de Seattle, aux États-Unis, ont créé un nouveau microscope à éclairage plan sélectif assisté par expansion (ExA-SPIM).

Essentiellement, le microscope utilise un plan de lumière laser pour pénétrer dans les échantillons de tissus, éliminant ainsi le besoin de les couper en sections plus petites.

Regardez comment l'équipe a mis en place ExA-SPIM dans cette vidéo accélérée :

Le microscope produit des images qui permettent aux scientifiques d'examiner des neurones individuels et leurs connexions dans l'ensemble du cerveau de la souris, à peu près de la taille d'un bonbon et contenant environ 80 millions de neurones.

De manière impressionnante, ils ont pu visualiser des caractéristiques spécifiques, telles que les neurones corticospinaux dans le cortex moteur des singes macaques et tracer des axones dans la substance blanche humaine.

Les chercheurs ont utilisé des étiquettes fluorescentes spéciales pour mettre en évidence des neurones spécifiques à observer au microscope.

Institut Allen/YouTube

Selon un communiqué de presse, la nouvelle machine est « une sorte de microscope à feuille lumineuse », une technologie émergente qui utilise des plans lumineux bidimensionnels (2D) pour éclairer les tissus ou les cellules avec une précision remarquable.

Dans le cas d'ExA-SPIM, ces images 2D sont assemblées pour créer une vue tridimensionnelle du cerveau entier de la souris.

De plus, la technologie intègre des éléments de l’industrie de la fabrication électronique, notamment des caméras de détection de défauts. Ces caméras ont été conçues à l’origine pour identifier les moindres imperfections des puces LED sur les bandes transporteuses des usines électroniques.

Le résultat de l’intégration de cette technologie de caméra dans les nouveaux systèmes de microscope est une imagerie haute résolution à un rythme rapide.

Une étude – qui n'a pas encore été évaluée par des pairs – mettant en évidence les derniers résultats du microscope a été publiée dans la prépublication Biorxiv et peut être consultée ici.

Résumé de l'étude :

Les progrès récents dans le traitement des tissus, le marquage et la microscopie à fluorescence fournissent des vues sans précédent de la structure des cellules et des tissus à des résolutions de sous-diffraction et à une sensibilité proche d'une molécule unique, conduisant à des découvertes dans divers domaines de la biologie, y compris les neurosciences. Les tissus biologiques sont organisés à des échelles allant du nanomètre au centimètre. L’exploitation de l’imagerie moléculaire sur des échantillons tridimensionnels à cette échelle nécessite de nouveaux types de microscopes dotés de champs de vision et d’une distance de travail plus larges, ainsi que d’un débit d’imagerie plus élevé. Nous présentons un nouveau microscope à éclairage plan sélectif assisté par expansion (ExA-SPIM) avec des performances limitées par diffraction et sans aberration sur un grand champ de vision (85 mm2) et une distance de travail (35 mm). Combiné à de nouvelles méthodes de nettoyage et d'expansion des tissus, le microscope permet une imagerie à l'échelle nanométrique d'échantillons à l'échelle centimétrique, y compris des cerveaux de souris entiers, avec des résolutions limitées par la diffraction et un contraste élevé sans section. Nous illustrons ExA-SPIM en reconstruisant des neurones individuels dans le cerveau de souris, en imagerie des neurones cortico-spinaux dans le cortex moteur du macaque et en traçant les axones dans la substance blanche humaine.