Des chercheurs du Brigham and Women's Hospital et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont dévoilé des images d'une précision sans précédent de tissus cancéreux du cerveau grâce à l'utilisation d'une nouvelle technologie de microscopie appelée pathologie d'expansion du decrowding (dExPath). Leurs résultats, publiés dans Science Translational Médecine , fournissent de nouvelles informations sur le développement du cancer du cerveau, avec des implications potentielles pour faire progresser le diagnostic et le traitement des maladies neurologiques agressives.
"Dans le passé, nous nous appuyions sur des microscopes coûteux à super-résolution que seuls des laboratoires très bien financés pouvaient se permettre, dont l'utilisation nécessitait une formation spécialisée et qui étaient souvent peu pratiques pour les analyses à haut débit des tissus cérébraux au niveau moléculaire", a déclaré Pablo Valdes, MD, Ph.D., ancien élève résident en neurochirurgie au Brigham et auteur principal de l'étude. "Cette technologie apporte une imagerie fiable et de super-résolution à la clinique, permettant aux scientifiques d'étudier les maladies neurologiques à un niveau nanométrique jamais atteint auparavant sur des échantillons cliniques conventionnels avec des microscopes conventionnels."
Les chercheurs s'appuyaient auparavant sur des microscopes coûteux à très haute résolution pour imager les structures à l'échelle nanométrique dans les cellules et les tissus cérébraux, et même avec la technologie la plus avancée, ils avaient souvent du mal à capturer efficacement ces structures à l'échelle nanométrique.
Ed Boyden, Ph.D., professeur Y. Eva Tan en neurotechnologie au MIT et co-auteur principal de cette étude, a commencé à résoudre ce problème en marquant les tissus, puis en les modifiant chimiquement pour permettre une expansion physique uniforme des tissus. Cependant, cette technologie d’expansion était loin d’être parfaite. S'appuyant sur des enzymes appelées protéases pour briser les tissus, les scientifiques ont découvert que ce traitement chimique avec des enzymes détruisait les protéines avant de pouvoir les analyser, ne laissant derrière eux qu'un squelette de la structure originale, ne conservant que les étiquettes.
En travaillant ensemble, Boyden et E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., titulaire de la chaire de neurochirurgie du Brigham and Women's Hospital et co-auteur principal de cette étude, ont encadré Valdes au cours de sa formation de neurochirurgien scientifique, pour développer de nouvelles chimies avec dExPath. pour répondre aux limites de la technologie d'extension d'origine.
Leur nouvelle technologie modifie chimiquement les tissus en les enrobant dans un gel et en les « adoucissant » avec un traitement chimique spécial qui sépare les structures protéiques sans les détruire et qui permet aux tissus de se développer. Cela a fourni des découvertes passionnantes aux chercheurs du MIT et de Brigham, qui utilisent régulièrement des anticorps disponibles dans le commerce pour se lier et éclairer des biomarqueurs dans un échantillon.
Cependant, les anticorps sont volumineux et ne peuvent souvent pas pénétrer facilement dans les structures cellulaires pour atteindre leur cible. Désormais, en séparant les protéines avec dExPath, ces mêmes anticorps utilisés pour la coloration peuvent pénétrer dans des espaces pour lier des protéines dans les tissus qui n'étaient pas accessibles avant l'expansion, mettant en évidence des structures de taille nanométrique ou même des populations cellulaires qui étaient auparavant cachées.
"Le cerveau humain dispose de plusieurs dispositifs de protection pour se protéger des agents pathogènes et des toxines environnementales. Mais ces éléments rendent l'étude de l'activité cérébrale difficile. Cela peut être un peu comme conduire une voiture dans la boue et les fossés. Nous ne pouvons pas accéder à certaines structures cellulaires dans le cerveau en raison des barrières qui font obstacle », a déclaré E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., directeur du département de neurochirurgie du Brigham. "C'est justement l'une des raisons pour lesquelles cette nouvelle technologie pourrait tellement changer les pratiques. Si nous pouvons prendre des images plus détaillées et plus précises du tissu cérébral, nous pouvons identifier davantage de biomarqueurs et être mieux équipés pour diagnostiquer et traiter les maladies cérébrales agressives."
Pour valider l'efficacité de dExPath, l'équipe de Boyden et Chiocca a appliqué la technologie à des tissus cérébraux humains sains, à des tissus cérébraux cancéreux de haut et de bas grade et à des tissus cérébraux affectés par des maladies neurodégénératives, notamment les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Les enquêteurs ont coloré les tissus pour détecter des biomarqueurs spécifiques au cerveau et à la maladie et ont capturé des images avant et après l'expansion des échantillons avec dExPath.
Les résultats ont révélé une expansion uniforme et cohérente du tissu sans distorsion, permettant une analyse précise des structures protéiques. De plus, dExPath a efficacement éliminé les signaux fluorescents dans les tissus cérébraux appelés lipofuscine, ce qui rend très difficile l'imagerie des structures subcellulaires dans les tissus cérébraux, améliorant ainsi la qualité de l'image. De plus, dExPath a fourni des signaux fluorescents plus puissants pour un marquage amélioré ainsi que le marquage simultané de jusqu'à 16 biomarqueurs dans le même échantillon de tissu. Notamment, l'imagerie dExPath a révélé que les tumeurs précédemment classées comme « de bas grade » contenaient des caractéristiques et des populations cellulaires plus agressives, ce qui suggère que la tumeur pourrait devenir beaucoup plus dangereuse que prévu.
Bien que prometteur, dExPath nécessite une validation sur des échantillons de plus grande taille avant de pouvoir contribuer au diagnostic de maladies neurologiques telles que le cancer du cerveau. Valdes souligne que, même si son équipe en est encore à ses débuts, elle aspire à ce que cette technologie serve à terme d'outil de diagnostic, améliorant ainsi les résultats pour les patients.
"Nous espérons qu'avec cette technologie, nous pourrons mieux comprendre à l'échelle nanométrique le fonctionnement complexe des tumeurs cérébrales et leurs interactions avec le système nerveux sans dépendre d'équipements de laboratoire exorbitants", ont déclaré Valdes, maintenant professeur adjoint de neurochirurgie et Jennie. Chaire distinguée Sealy en neurosciences de la branche médicale de l'Université du Texas.
« L'accessibilité de dExPath permettra à l'imagerie à super-résolution de comprendre le traitement biologique au niveau nanométrique dans les tissus humains en neuro-oncologie et dans les maladies neurologiques telles que la maladie d'Alzheimer et de Parkinson, et pourrait même un jour améliorer les stratégies de diagnostic et les résultats pour les patients. "
Les auteurs sont Pablo Valdes (BWH et MIT), Chih-Chieh (Jay) Yu, Jenna Aronson, Debarati Ghosh, Yongxin Zhao, Bobae An (MIT), Joshua D. Bernstock (BWH et MIT), Deepak Bhere (BWH), Michelle M. Felicella, Mariano S. Viapiano, Khalid Shah (BWH) et les auteurs principaux co-correspondants E. Antonio Chiocca et Edward S. Boyden.
Plus d'informations : Pablo Valdes et al, Amélioration de l'immunomarquage des nanostructures et des cellules dans des échantillons de cerveau humain grâce au décapage des protéines médié par l'expansion, Science Translational Medicine (2024). DOI :10.1126/scitranslmed.abo0049
Informations sur le journal : Science Médecine translationnelle
Fourni par Brigham and Women's Hospital
