Des scientifiques de l'EPFL ont utilisé une nouvelle technique d'imagerie pour surveiller comment le glucose, notre principale source d'énergie, est utilisé dans le corps. Leurs découvertes peuvent avoir de grandes implications pour des maladies comme le diabète.

Le glucose est essentiel pour la production d'énergie dans notre corps, et son niveau dans le sang doit être maintenu avec soin, surtout dans les organes sensibles comme le cerveau. Dans nos cellules, le glucose est stocké dans une molécule appelée glycogène. Mais malgré l'importance du glycogène dans des troubles comme le diabète et l'hypoglycémie, sa distribution et son métabolisme dans le corps sont restés insaisissables. À l'aide d'une nouvelle technologie d'imagerie appelée NanoSIMS – précédemment utilisée par exemple sur des échantillons de météorites – les scientifiques de l'EPFL ont pu retracer l'utilisation du glycogène dans les cellules du foie et du cerveau. Leurs travaux sont publiés dans Nanomédecine .

Comprendre comment les cellules stockent, distribuer et métaboliser le glycogène est au cœur du traitement des troubles associés comme le diabète et l'hypoglycémie, qui sont tous deux caractérisés par une diminution de la dégradation du glycogène, entraînant moins de glucose libéré dans le sang et une perte d'énergie subséquente. L'épuisement du glycogène provoque également un phénomène courant appelé "frapper le mur" chez les athlètes de longue distance comme les coureurs de marathon, skieurs de fond, et les cyclistes.

Bien qu'étant d'une importance capitale pour le bon fonctionnement de notre corps, la distribution du glycogène dans le temps n'est pas encore claire. L'une des raisons est que la technique d'imagerie habituelle utilisée pour le tracer, imagerie par résonance magnétique ou IRM, n'a pas la sensibilité nécessaire pour atteindre la résolution spatiale requise pour imager le glycogène à l'intérieur des cellules individuelles.

Animé par Arnaud Comment et Anders Meibom à l'EPFL, en collaboration avec des collègues de l'EPFL et de l'UNIL, les scientifiques ont utilisé une nouvelle technologie d'imagerie pour tracer avec succès l'évolution du glycogène dans le foie et le cerveau de souris au fil du temps. NanoSIMS (SIMS signifie Secondary Ion Mass Spectrometry) est une microsonde ionique qui bombarde un échantillon solide avec un faisceau de particules "lourdes", comme les atomes de césium. Le bombardement force les ions de l'échantillon à être éjectés, et ils sont ensuite identifiés avec un spectromètre de masse. La lecture des ions individuels est ensuite utilisée pour identifier les composants chimiques de l'échantillon.

NanoSIMS peut dépasser la résolution des systèmes d'IRM conventionnels, car il peut numériser un échantillon avec une résolution spatiale ultra-élevée de 100 nanomètres (environ 1/100 de la longueur d'une cellule). Cela signifie que NanoSIMS peut suivre des molécules à l'intérieur d'une cellule, quelque chose dont Comment et ses collègues ont profité. « La question était, Pouvons-nous réellement détecter où le glucose est transformé en glycogène ?", explique Comment. et aussi pour déterminer la vitesse à laquelle le glucose est incorporé dans le glycogène dans ces cellules."

Les chercheurs ont utilisé NanoSIMS sur des échantillons de tissus hépatiques et cérébraux, qui avait été auparavant enrichi d'un type de glucose traçable en imagerie. Cependant, Les images NanoSIM apparaissent sous forme de couleurs et de lignes, et ne suffisent pas à localiser des molécules dans une cellule. Pour cette raison, les échantillons ont également été photographiés au microscope électronique, qui a fourni une image réelle du tissu et des cellules. L'équipe a ensuite superposé l'image NanoSIMS sur la vraie photographie du microscope électronique, et pourrait alors obtenir une image complète de la distribution du glycogène dans les cellules du foie et du cerveau.

En utilisant cette méthode à différents intervalles de temps, les chercheurs ont pu suivre la formation du glycogène au fil du temps, et dans quelles parties des cellules. Leurs résultats ont montré que les cellules du foie stockent le glucose dans le glycogène presque 25 fois plus rapidement que les cellules du cerveau (astrocytes). "C'est la première fois que ce phénomène est mesuré à une si petite échelle, " dit Commentaire.

La méthode peut être utilisée pour suivre d'autres molécules biologiques, comme les neurotransmetteurs dans le cerveau. C'est quelque chose que l'équipe de Comment prévoit de faire ensuite, visant à utiliser leur nouvelle approche pour obtenir une imagerie à haute résolution de la façon dont les molécules de signalisation sont distribuées et métabolisées dans différentes parties du cerveau. L'équipe travaille également à l'amélioration de la précision et de l'exactitude de la détection en la combinant avec l'imagerie par fluorescence.