On estime que 5,5 millions d'Américains vivent avec la maladie d'Alzheimer, un type de démence qui cause des problèmes de mémoire, pensée et comportement. Bien que les traitements puissent ralentir l'aggravation des symptômes, les scientifiques travaillent toujours pour mieux comprendre la maladie neurodégénérative afin que des médicaments curatifs et préventifs puissent être développés. Un nouveau système d'imagerie pourrait aider à accélérer le développement de nouveaux médicaments en offrant un meilleur moyen de surveiller les changements cérébraux révélateurs de la maladie d'Alzheimer dans des modèles murins de la maladie.

Les souris génétiquement modifiées pour présenter les caractéristiques de la maladie d'Alzheimer sont un outil précieux pour étudier la biologie de la maladie et tester de nouveaux médicaments. Comme les personnes atteintes de la maladie, le cerveau de ces souris accumule des amas de protéines appelés plaques séniles. L'équipe Visible Brain-wide Networks de Qingming Luo à l'Université des sciences et technologies de Huazhong, La Chine a développé un système appelé tomographie par sectionnement cryo-micro-optique (cryo-MOST) qui améliore la capacité d'imager ces plaques séniles dans l'ensemble du cerveau de la souris.

"L'étude de la distribution à l'échelle du cerveau des plaques séniles chez la souris facilitera la compréhension de la détérioration des fonctions cérébrales au cours de la progression de la maladie d'Alzheimer, " dit Jing Yuan, un membre clé de l'équipe de recherche. "Nous espérons que cryo-MOST accélérera le développement et l'évaluation des traitements de la maladie d'Alzheimer."

Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , les chercheurs détaillent leur système cryo-MOST et rapportent les résultats de son utilisation pour créer de la 3D, cartes à résolution micrométrique des plaques séniles dans tout le cerveau d'un modèle murin de la maladie d'Alzheimer. Le nouveau système est simple et efficace par rapport aux approches conventionnelles, ne nécessite pas de colorants ou d'étiquettes externes, et parce qu'il est optique, offre des informations plus détaillées que d'autres techniques d'imagerie telles que l'imagerie par résonance magnétique (IRM) ou la tomographie par émission de positons (TEP).

Refroidir les tissus pour améliorer l'imagerie

Les marqueurs ne sont pas nécessaires avec cryo-MOST car il profite de la fluorescence naturelle des plaques séniles après exposition à la lumière d'excitation, une propriété connue sous le nom d'autofluorescence. Les chercheurs ont découvert que l'abaissement de la température des tissus à moins de -100 degrés Celsius éclairait l'autofluorescence des plaques séniles et améliorait les images obtenues.

"Les colorants exogènes peuvent conduire à des marquage faux positif ou inégal dans le tissu cérébral, qui empêche l'observation d'authentiques changements de structure pathologique de la maladie d'Alzheimer, " a déclaré Yuan. " Notre approche sans étiquette évite ces problèmes tout en simplifiant la préparation des échantillons, accélérant ainsi le processus de recherche.

Pour maintenir les températures ultra-basses requises pour améliorer la fluorescence, les chercheurs ont créé un système qui a permis l'imagerie d'un échantillon immergé dans l'azote liquide. Parce que la microscopie optique traditionnelle ne peut imager que la surface du tissu, ils ont incorporé une fraiseuse mécanique qui enlevait une couche de tissu à chaque fois que la surface était imagée. Lors de l'acquisition d'images de l'ensemble du cerveau de la souris, le système alterne automatiquement entre le broyage et l'imagerie en utilisant une platine mécanique pour déplacer l'échantillon.

Cartographier les plaques séniles

Démontrer la capacité de cryo-MOST à ​​imager la distribution à l'échelle du cerveau des plaques séniles, les chercheurs l'ont utilisé pour imager un cerveau entier à partir d'un modèle murin APP/PS1 de 17 mois de la maladie d'Alzheimer.

"Les images d'une souris âgée atteinte de la maladie d'Alzheimer ont révélé que des plaques séniles se sont propagées à tout le cerveau, " a déclaré Yuan. " Cela indique que la maladie ne blesse pas seulement la mémoire et l'intelligence, mais peut également provoquer une détérioration globale d'autres fonctions cérébrales."

Le système utilisé dans l'article a une résolution latérale de 1,072 microns et une résolution axiale de 17,152 microns lors de la détection de fluorescence à une longueur d'onde de 536 nm. Les chercheurs disent que ces paramètres pourraient être encore améliorés en utilisant un meilleur microscope.

Parce que la taille du tissu imagé n'est limitée que par la plage de déplacement maximale de la platine mécanique, le système pourrait être utilisé pour étudier le tissu cérébral humain de donneurs décédés. Il pourrait également être utile pour visualiser d'autres molécules biologiques qui présentent une autofluorescence dans d'autres organes. Par exemple, il pourrait représenter la distribution du métabolisme dans des organes tels que les reins et le foie.

L'équipe de recherche travaille actuellement à améliorer l'automatisation de l'approche pour accélérer l'acquisition d'images et intègre des améliorations qui amélioreront la qualité de l'image. Ces mises à niveau permettront à leur approche d'être utilisée pour plus d'applications. Ils continuent également à utiliser cryo-MOST pour étudier la distribution des plaques séniles et les changements morphologiques qui accompagnent la progression de la maladie d'Alzheimer.

« En plus d'évaluer l'efficacité des médicaments pour les maladies neurodégénératives, nous pensons que notre méthode aidera les neuroscientifiques à comprendre la relation entre la distribution de la plaque sénile et d'autres facteurs clés de la maladie d'Alzheimer, ", a déclaré Yuan. "Cela améliorera la compréhension globale des mécanismes et du traitement de la maladie."