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La moelle épinière agit comme un messager, transportant des signaux entre le cerveau et le corps pour tout réguler, de la respiration au mouvement. Alors que la moelle épinière est connue pour jouer un rôle essentiel dans la transmission des signaux de douleur, la technologie a limité la compréhension des scientifiques sur la façon dont ce processus se produit au niveau cellulaire. Maintenant, les scientifiques de Salk ont créé des microscopes portables pour permettre un aperçu sans précédent des modèles de signalisation qui se produisent dans la moelle épinière des souris.
Cette avancée technologique, détaillée dans deux articles publiés dans Communication Nature le 21 mars 2023, et Biotechnologie naturelle le 6 mars 2023, aidera les chercheurs à mieux comprendre la base neurale des sensations et du mouvement dans des contextes sains et pathologiques, tels que la douleur chronique, les démangeaisons, la sclérose latérale amyotrophique (SLA) ou la sclérose en plaques (SEP).
« Ces nouveaux microscopes portables nous permettent de voir l’activité nerveuse liée aux sensations et aux mouvements dans des régions et à des vitesses inaccessibles par d’autres technologies à haute résolution », explique l’auteur principal Axel Nimmerjahn, professeur agrégé et directeur du Waitt Advanced Biophotonics Center. « Nos microscopes portables changent fondamentalement ce qui est possible lors de l’étude du système nerveux central. »
Les microscopes portables mesurent environ sept et quatorze millimètres de large (environ la largeur d’un petit doigt ou de la moelle épinière humaine) et offrent une imagerie haute résolution, à contraste élevé et multicolore en temps réel dans des régions auparavant inaccessibles de la colonne vertébrale. corde. La nouvelle technologie peut être combinée avec un implant de microprisme, qui est un petit élément de verre réfléchissant placé près des régions tissulaires d’intérêt.
« Le microprisme augmente la profondeur de l’imagerie, de sorte que des cellules auparavant inaccessibles peuvent être visualisées pour la première fois. Il permet également d’imager simultanément des cellules à différentes profondeurs et avec une perturbation tissulaire minimale », déclare Erin Carey, co-première auteur de l’un des les études et le chercheur du laboratoire de Nimmerjahn.
Pavel Shekhtmeyster, ancien boursier postdoctoral du laboratoire de Nimmerjahn et co-premier auteur des deux études, est d’accord : « Nous avons surmonté les barrières du champ de vision et de la profondeur dans le contexte de la recherche sur la moelle épinière. Nos microscopes portables sont suffisamment légers pour être portés par des souris et permettent des mesures auparavant considérées comme impossibles. »
Avec les nouveaux microscopes, l’équipe de Nimmerjahn a commencé à appliquer la technologie pour recueillir de nouvelles informations sur le système nerveux central. En particulier, ils voulaient imager les astrocytes, des cellules gliales non neuronales en forme d’étoile, dans la moelle épinière, car les travaux antérieurs de l’équipe suggéraient une implication inattendue des cellules dans le traitement de la douleur.
L’équipe a découvert que presser la queue des souris activait les astrocytes, envoyant des signaux coordonnés à travers les segments de la moelle épinière. Avant l’invention des nouveaux microscopes, il était impossible de savoir à quoi ressemblait l’activité des astrocytes — ou à quoi n’importe quel l’activité cellulaire ressemblait à travers ces régions de la moelle épinière des animaux en mouvement.
« Pouvoir visualiser quand et où les signaux de douleur se produisent et quelles cellules participent à ce processus nous permet de tester et de concevoir des interventions thérapeutiques », explique Daniela Duarte, co-première auteure de l’une des études et chercheuse du laboratoire de Nimmerjahn. « Ces nouveaux microscopes pourraient révolutionner l’étude de la douleur. »
L’équipe de Nimmerjahn a déjà commencé à étudier comment l’activité neuronale et non neuronale de la moelle épinière est altérée dans différentes conditions de douleur et comment divers traitements contrôlent l’activité cellulaire anormale.
Les autres auteurs incluent Alexander Ngo, Grace Gao, Nicholas A. Nelson, Jack A. Olmstead et Charles L. Clark de Salk.
Le travail a été soutenu par les National Institutes of Health (R01NS108034, U19NS112959, U19NS123719, U01NS103522 et F31NS120619), une subvention de formation des National Institutes of Health (T32/CMG), le Sol Goldman Charitable Trust, C. et L. Greenfield, un Bourse d’études supérieures de la Fondation Rose Hills, bourse de recherche Burt et Ethel Aginsky, bourse d’études supérieures de la dotation Kavli-Helinski et bourse d’innovation Salk.
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