De minuscules microscopes révèlent le rôle caché des cellules du système nerveux

De minuscules microscopes révèlent le rôle caché des cellules du système nerveux

Les technologies d'imagerie Salk offrent une nouvelle fenêtre sur la moelle épinière pour comprendre les sensations tactiles et douloureuses

LA JOLLA — Un microscope de la taille d'une pièce de monnaie ouvre aux scientifiques une nouvelle perspective sur l'activité quotidienne des cellules de la moelle épinière. Cette technologie innovante a révélé que les astrocytes – des cellules du système nerveux qui ne conduisent pas de signaux électriques et étaient traditionnellement considérées comme de simples cellules de soutien – réagissent de manière inattendue à une sensation intense.

Le nouveau microscope miniaturisé et les méthodes d'imagerie associées, décrits par les scientifiques de l'Institut Salk le 28 avril 2016 dans Communications Nature, offrent un aperçu sans précédent du fonctionnement du système nerveux et pourraient conduire à de nouveaux traitements contre la douleur pour les lésions de la moelle épinière, les démangeaisons chroniques et les maladies neurodégénératives comme la sclérose latérale amyotrophique (SLA).

La moelle épinière est essentielle pour percevoir le monde et y réagir. Parfois, elle fonctionne même indépendamment du cerveau, comme lorsque votre main recule devant un poêle chaud avant même que la sensation ne soit pleinement perçue. Mais on ignore précisément comment les cellules de la moelle épinière codent ces sensations et d'autres provenant de la peau ou des organes internes.

Dans la nouvelle étude, l’auteur principal Axel Nimmerjahn, professeur adjoint à Salk's Centre de biophotonique avancée Waitt, et son équipe ont amélioré les microscopes miniaturisés qu'ils ont décrits pour la première fois en 2008. La nouvelle version des chercheurs, qui présente de nombreuses améliorations matérielles et logicielles, leur a permis de visualiser les changements dans l'activité cellulaire chez des souris éveillées et itinérantes.

« Depuis longtemps, les chercheurs rêvent de pouvoir enregistrer les schémas d'activité cellulaire dans la moelle épinière d'un animal éveillé. De plus, nous pouvons désormais le faire chez un animal en liberté, ce qui est très prometteur », déclare Kohei Sekiguchi, premier auteur, chercheur à Salk et doctorant à l'Université de Californie à Los Angeles. Université de Californie, San Diego.

La plupart des travaux antérieurs de l'équipe Salk se sont concentrés sur l'utilisation de microscopes pour observer le cerveau d'animaux vivants. La moelle épinière, en revanche, a représenté un défi plus important pour plusieurs raisons. Par exemple, contrairement au cerveau, elle est entourée de multiples vertèbres mobiles indépendamment. La moelle épinière est également plus proche des organes pulsatiles (cœur et poumons), ce qui peut gêner la visualisation stable des cellules qu'elle contient. Cependant, grâce au développement de nouvelles approches microscopiques et procédurales et informatiques, l'équipe a pu surmonter ces difficultés et capturer l'action des cellules vivantes en temps réel et lors de mouvements vigoureux.

Dans leurs nouveaux travaux, l'équipe a découvert que des stimuli distincts, comme un léger toucher ou une pression, activent différents sous-ensembles de neurones sensoriels spinaux. Ils ont également constaté que certaines caractéristiques, comme l'intensité ou la durée d'un stimulus donné, se reflètent dans l'activité des neurones.

À la surprise de l'équipe, les astrocytes, traditionnellement considérés comme des cellules de soutien passives, réagissent également aux stimuli (quoique différemment des neurones). Bien que les astrocytes ne puissent pas envoyer de signaux électriques comme les neurones, ils génèrent leurs propres signaux chimiques de manière coordonnée lors de stimuli intenses.

Nimmerjahn est enthousiasmé par ce résultat, car son groupe s'intéresse depuis longtemps à la compréhension des astrocytes et de leur rôle dans le fonctionnement du système nerveux et les maladies. Ces cellules sont de plus en plus reconnues comme des acteurs importants du développement et du fonctionnement du système nerveux et pourraient constituer de nouvelles cibles thérapeutiques prometteuses, explique-t-il.

« Non seulement nous pouvons désormais étudier le traitement sensoriel normal, mais nous pouvons également examiner des contextes de maladies comme les lésions de la moelle épinière et la manière dont les traitements affectent réellement les cellules », explique Nimmerjahn.

L’équipe travaille désormais à enregistrer simultanément l’activité tactile ou liée à la douleur dans le cerveau et la moelle épinière en utilisant des itérations supplémentaires de microscopes miniaturisés, qui leur permettent de surveiller et de manipuler plusieurs types de cellules à des résolutions encore plus élevées.

D'autres chercheurs travaillant sur l'étude incluent Pavel Shekhtmeyster, Katharina Merten, Alexander Arena, Daniela Cook, Elizabeth Hoffman et Alexander Ngo de l'Institut Salk.

Le travail a été soutenu par des subventions du National Institutes of Health, le Fondation Rita Allen, Fondation Whitehall et Fondation de recherche sur le cerveau; fonds provenant du Fondation Waitt, Fondations de Hearst et la Fondation caritative de la famille Richard Allan Barry; et des bourses de recherche de la Fondation Nakajima, Fondation Mary K. Chapman, Fondation Jesse et Caryl Philips, la Fondation Rose Hills, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) et la Fondation Catharina.