Les astronomes construisent de nouveaux télescopes et observent le ciel nocturne pour voir ce qu'ils pourraient trouver. Le chef du groupe Janelia, Abraham Beyene, adopte une approche similaire lorsqu'il examine les cellules qui composent le cerveau humain.

Beyene et son équipe conçoivent et synthétisent de nouveaux types de biocapteurs très sensibles qu'ils utilisent pour scruter les neurones et voir ce qu'ils peuvent apprendre.

"Vous avez ce nouvel outil qui nous aide maintenant à faire le genre de mesures que nous n'avons jamais pu faire auparavant, et nous allons dans le laboratoire et déployons cette technologie et nous voyons ce qui se passe", dit Beyene. "Ce que vous voyez, c'est que certains phénomènes vraiment intéressants commencent à émerger auxquels vous n'avez même pas commencé à penser."

Beyene et son équipe utilisent cette approche avec leur nouveau nanocapteur synthétique conçu pour capturer la libération de dopamine dans des neurones entiers avec une résolution subcellulaire. Le biocapteur est attaché à un nanofilm 2D, appelé DopaFilm, et les neurones sont ensuite cultivés sur le film. Lorsque les neurones libèrent le neurotransmetteur dopamine, le produit chimique tombe sur le film, ce qui le fait briller. L'équipe utilise ensuite un microscope sur mesure pour capturer cet éclaircissement, ce qui leur permet de visualiser la libération de dopamine à partir de n'importe quelle partie du neurone et de créer des films pour capturer les produits chimiques au fur et à mesure qu'ils sont libérés et diffusés.

Les neurotransmetteurs qui envoient des signaux entre les neurones sont généralement libérés des axones, la longue chaîne sortant du soma du neurone ou du corps cellulaire. Mais certains neurotransmetteurs, comme la dopamine, sont également libérés du soma et de ses dendrites, les structures arborescentes qui en rayonnent. Alors que des recherches antérieures ont démontré que la dopamine est libérée du soma et des dendrites, les méthodes traditionnelles ne pouvaient pas fournir un aperçu suffisamment précis de l'endroit et de la manière dont cela s'est produit.

Les biocapteurs traditionnels utilisent des protéines ciblées sur la membrane externe d'un neurone, permettant aux scientifiques d'observer uniquement ce qui se passe à des points spécifiques de la cellule. Mais le nanocapteur de Beyene est immobilisé sur une surface 2D, ce qui lui permet d'enregistrer la libération de substances neurochimiques sur l'ensemble d'un neurone. Le capteur présente également une sensibilité extrême à la dopamine, ce qui lui permet de détecter même le plus petit signal chimique émanant des cellules.

Ces caractéristiques ont permis à l'équipe de capturer la libération de dopamine avec des détails sans précédent. La nouvelle technique leur permet d'obtenir des images haute résolution de la libération de dopamine par les axones et de voir pour la première fois la libération de cet important neurotransmetteur à partir d'emplacements spécifiques sur les dendrites.

Leurs travaux, rapportés dans un nouvel article publié dans eLife , donne aux scientifiques l'occasion de jeter un regard neuf sur la libération de dopamine par les dendrites et suggère que ces structures pourraient jouer un rôle plus important dans les calculs cérébraux qu'on ne le pensait auparavant.

"Nous sommes capables de créer des films où nous capturons toute l'étendue spatiale et temporelle des produits chimiques à mesure qu'ils sont libérés et diffusés, ce qui n'a jamais été fait auparavant. Et puis nous avons profité de cette capacité pour étudier la libération dendritique de la dopamine, qui a n'ont pas été entièrement caractérisés et bien compris", déclare Beyene.

Alors que le nouveau travail répond à certaines questions, il en soulève également de nouvelles, comme pourquoi certaines dendrites libèrent de la dopamine tandis que d'autres sont silencieuses, dit Beyene. Il espère que leurs découvertes inciteront les neuroscientifiques à mener de nouvelles études sur les neurones dopaminergiques du cerveau.

"Parce que la plupart des outils ont du mal à donner une bonne mesure et une bonne visualisation de la libération de dendrites, le rôle potentiel de la libération de dopamine dendritique dans le calcul plus important entrepris par les neurones dopaminergiques n'a pas été pleinement exploré. Espérons que cette étude donnera l'impulsion aux chercheurs pour prendre un deuxième regard », dit Beyene. + Explorer plus loin

Un neurone artificiel qui peut recevoir et libérer de la dopamine