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Sur ces neurones de souris, on voit bien les multiples épines dendritiques observées par microscopie Sted. © Max Planck Institute for Biophysical Chemistry
La microscopie Sted (stimulated-emission-depletion ou déplétiondéplétion par émission stimuléeémission stimulée) est une microscopie de fluorescence à balayage dont l'illumination est mise en forme pour dépasser la limite de résolutionrésolution imposée par la diffractiondiffraction.
Elle a été découverte par le physicienphysicien Stefan Hell, qui vient de publier avec des collègues un article dans Science, dans lequel les chercheurs décrivent l'obtention, pour la première fois au monde, d'images de neurones vivants et actifs avec une résolution de seulement 70 nanomètresnanomètres.
Il y a vingt-cinq ans, tout physicien ou biologiste spécialisé dans l'imagerie des systèmes biologiques aurait sans aucun doute haussé les épaules si quelqu'un lui avait affirmé qu'il pouvait voir des cellules vivantes actives avec une résolution inférieure à 200 nanomètres au moyen d'un microscope optique. Les lois de la diffraction semblaient un obstacle insurmontable. Certes, des observations de résolutions plus basses de nanostructures sont possibles mais il faut travailler sous vide et avec des faisceaux d'électronsélectrons, ce qui n'est pas spécialement indiqué pour des cellules que l'on veut garder vivantes...
Les observations en nanoscopie des neurones de souris ont permis de découvrir que les épines dendritiques bougeaient et se modifiaient sur une courte échelle de temps. © MaxPlanckSociety-YouTube
Pourtant, la microscopie Sted, que l'on pourrait même appeler la nanoscopie, est bel et bien une réalité. Elle permet même de filmer en direct des épines dendritiques et des synapses en bouton en pleine modification avec des neurones de souris, comme le montre la vidéo ci-dessus.
Des souris génétiquement modifiées aux neurones fluorescents
Pour réaliser cet exploit, les biophysiciensbiophysiciens n'ont pas seulement dû utiliser la microscopie Sted. Les neurones que l'on voit sur la vidéo et les images prises ne sont pas ceux de souris quelconques. Afin de les rendre suffisamment fluorescents, il a fallu modifier génétiquement ces rongeursrongeurs pour qu'ils produisent d'importantes quantités d'une certaine protéine fluorescente de couleurcouleur jaune. Il s'agit d'une astuce analogue à celle de la protéine fluorescente verteprotéine fluorescente verte (en anglais Green Fluorescent Protein ou GFP), très utilisée en génétique pour marquer des gènes et dont la découverte et les applicationsapplications ont valu le prix Nobel de chimiechimie 2008 à Osamu Shimomura, Martin Chalfie et Roger Tsien.
Les chercheurs estiment que l'on pourrait à terme voir finement où se concentre la protéine fluorescente dans les dendritesdendrites. La haute résolution atteinte et l'accès à la vie des neurones en direct permettront sans doute de mieux comprendre certains dysfonctionnements des neurones affectés par une pathologiepathologie. L'espoir est de trouver, par exemple, des clés pour la mise au point de traitement moléculaire contre l'autisme ou l'épilepsieépilepsie. En tout état de cause, les neurobiologistes disposent maintenant d'un outil de plus pour comprendre les neurones du cerveaucerveau. Nul doute qu'Alan Turing aurait apprécié.
