Des chercheurs du Helmholtz Zentrum Muenchen ont développé une méthode pour visualiser l'expression des gènes des cellules avec un microscope électronique. Bien que la microscopie électronique fournisse actuellement l'examen le plus détaillé des cellules, il ne peut pas différencier les programmes génétiques exécutés à l'intérieur des cellules individuelles. La nouvelle méthode peut maintenant être examinée de plus près en utilisant des nanosphères génétiquement programmées de différentes tailles comme marqueurs "multicolores", ce qui pourrait même être utile pour étudier comment les souvenirs sont stockés dans les réseaux neuronaux.

Que se passe-t-il exactement dans les cellules ? Cette question a occupé les scientifiques pendant des décennies. Pour étiqueter les petites structures, les scientifiques ont utilisé des protéines fluorescentes. Cette méthode fonctionne bien mais présente des inconvénients dus à la résolution relativement faible des microscopes optiques. Bien que les microscopes électroniques permettent de regarder de plus près, déclare le professeur Gil Gregor Westmeyer, "Jusqu'à présent, il n'y a pratiquement pas de solutions pour le marquage génétique multicolore des cellules pour cette technologie, de telle sorte que l'on puisse directement distinguer les différentes cellules. » Il dirige un groupe de recherche à l'Institut d'imagerie biologique et médicale (IBMI) de Helmholtz Zentrum München et est professeur d'imagerie moléculaire à la TUM School of Medicine.

Nanocompartiments comme marqueurs multicolores pour la microscopie électronique

Westmeyer et ses collègues travaillent depuis un certain temps avec ce qu'on appelle les encapsulines. Ce sont des petits, protéines non toxiques provenant de bactéries. Les encapsulines s'assemblent automatiquement dans des nanocompartiments dans lesquels des réactions chimiques peuvent se dérouler sans perturber le métabolisme de la cellule. Selon les conditions expérimentales, des nanocompartiments de différents diamètres sont formés au sein de cellules vivantes par programmation génétique. « Analogue à la palette de couleurs en microscopie à fluorescence, notre méthode transforme la géométrie en une étiquette pour la microscopie électronique, " ajoute Felix Sigmund du groupe de recherche de Westmeyer.

Pour obtenir un fort contraste dans les images de la microscopie électronique, les chercheurs utilisent l'enzyme ferroxydase, qui peut être encapsulé à l'intérieur d'encapsulines. Si les ions fer pénètrent dans la lumière intérieure par les pores des nanocompartiments, les ions fer divalents sont oxydés par l'enzyme en leur forme trivalente. Cela crée des oxydes de fer insolubles qui restent à l'intérieur. Les métaux créent de bons contrastes car ils "avalent" des électrons, comparables aux os denses d'une image radiographique, qui absorbent fortement les rayons X. Cette propriété matérielle particulière des encapsulines les rend clairement visibles dans les images.

Suivre les voies neuronales

Avec leur nouvelle méthode, les chercheurs vont désormais également étudier les circuits neuronaux. Malgré la résolution impressionnante de la microscopie électronique, la méthode ne peut pas distinguer de manière fiable certains types de neurones dans le cerveau. "Avec nos nouveaux gènes rapporteurs, nous pourrions étiqueter des cellules spécifiques, puis lire quel type de cellule nerveuse établit quelles connexions et dans quel état se trouvent les cellules, " ajoute Westmeyer.

Cette nouvelle technologie de reporter pourrait donc également aider à découvrir le schéma de câblage exact du cerveau et à étudier de plus près comment les souvenirs sont stockés dans les réseaux neuronaux.