L'imagerie neuronale à haute résolution en temps réel

Les neurones ont une morphologie unique comparée à la majorité d'autres cellules dans le corps qui sont plutôt d'une forme sphérique. En plus de leur forme cellulaire, ils possèdent des extensions spécialisées pour l'envoi et la réception d'informations. Un arbre dendritique ramifié se forme à partir d'une région du corps de la cellule et un long axone se trouve de l'autre côté.

Les cellules sont petites et les dendrites sont encore plus petites. Pour compliquer cela, les dendrites ont de petites protrusions en forme de champignon appelés épines dorsales. C'est à ce point-là que les synapses ou les jonctions entre les neurones agissent. C'est également là que de nombreuses maladies neurologiques ont leur origine.

Étant donné leur extrêmement petite taille et leur rapide dynamique, leur étude in situ a été complexe. Les scientifiques ont lancé un projet DYNASPINE («Nanoscale photoactivation and imaging of synaptic spine dynamics») pour développer et appliquer les techniques visant à accomplir cela. Leur objectif ultime était de corréler la structure et le fonctionnement au niveau des synapses unique en temps réel.

La signalisation neuronale s'appuie sur une interaction compliquée des composants chimiques et électriques. La puissance de voltage le long de la membrane change, les pores des membranes s'ouvrent et se ferment et les ions et les molécules s'y déplacent. Même le nombre, la taille et la forme des épines démontrent la plasticité (la capacité de changer). Ces changements peuvent s'accompagner de pics de force synaptique qui peuvent durer de longues périodes de temps (potentialisation à long terme), qui sont également induites par la stimulation répétée. Ce phénomène devrait être impliqué dans l'apprentissage et les souvenirs.

Les scientifiques ont appliqué une association d'enregistrements électrophysiologiques et l'une des techniques microscopiques à haute résolution les plus avancées, la microscopie de déplétion par émission stimulée (ou STED). L'équipe a activé du glutamate aisément photostimulable, un neurotransmetteur excitateur, en vue de stimuler les récepteurs d'une synapse individuelle.

Les expériences ont démontré la plasticité de l'épine, notamment le rétrécissement et l'élargissement du tronc de l'épine, pendant la potentialisation synaptique. Elles ont également démontré que ces changements structurels ont des effets inopinément différents sur la signalisation chimique et électrique, indiquant ainsi une nouvelle couche de complexité dans le fonctionnement des épines dendritiques de neurones.

DYNASPINE a ouvert une nouvelle fenêtre sur le fonctionnement des épines dendritiques. Le suivi de cette nouvelle direction de recherche sera effectué avec un grand intérêt par la communauté neuroscientifique.