Suivi simultané et en temps réel de nombreux signaux neuromodulateurs grâce à l'enregistrement optique multiplexé de capteurs sur un micro-endoscope
Simultaneous, real-time tracking of many neuromodulatory signals with multiplexed optical recording of sensors on a micro-endoscope.
L’essentiel
Cette étude décrit le développement d'une sonde optique permettant de suivre simultanément, en temps réel, les concentrations de dix neuropeptides et neuromodulateurs ou plus dans le liquide extracellulaire cérébral. La méthode repose sur le multiplexage spatial de capteurs fluorescents génétiquement codés : des cellules cultivées, chacune exprimant un type de capteur, sont immobilisées à l'avant d'une lentille à gradient d'indice pour une imagerie biphotonique 3D in vitro et in vivo. L'identité et la sensibilité de chaque capteur sont déterminées par immersion robotisée de la sonde dans des puits contenant différents ligands et concentrations. Les auteurs ont détecté la libération de multiples neuromodulateurs évoquée par stimulation dans des tranches de cerveau aiguës, et ont suivi les modifications endogènes et induites par des médicaments de la composition du liquide céphalo-rachidien dans le ventricule latéral de souris éveillées, ce qui a déclenché l'activation de l'épithélium du plexus choroïde. Cette approche constitue une nouvelle méthode de suivi quantitatif, en temps réel et à haute dimension, de la composition du liquide extracellulaire cérébral.
- Développement d'une sonde optique multiplexée permettant de suivre simultanément au moins dix neuromodulateurs et neuropeptides en temps réel.
- La méthode utilise des cellules immobilisées exprimant chacune un capteur fluorescent génétiquement codé, imagées par microscopie biphotonique 3D.
- L'identité et la sensibilité des capteurs sont calibrées par immersion robotisée dans des solutions de ligands connus.
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Synthèse
Cette étude décrit le développement d'une sonde optique permettant de suivre simultanément, en temps réel, les concentrations de dix neuropeptides et neuromodulateurs ou plus dans le liquide extracellulaire cérébral. La méthode repose sur le multiplexage spatial de capteurs fluorescents génétiquement codés : des cellules cultivées, chacune exprimant un type de capteur, sont immobilisées à l'avant d'une lentille à gradient d'indice pour une imagerie biphotonique 3D in vitro et in vivo. L'identité et la sensibilité de chaque capteur sont déterminées par immersion robotisée de la sonde dans des puits contenant différents ligands et concentrations. Les auteurs ont détecté la libération de multiples neuromodulateurs évoquée par stimulation dans des tranches de cerveau aiguës, et ont suivi les modifications endogènes et induites par des médicaments de la composition du liquide céphalo-rachidien dans le ventricule latéral de souris éveillées, ce qui a déclenché l'activation de l'épithélium du plexus choroïde. Cette approche constitue une nouvelle méthode de suivi quantitatif, en temps réel et à haute dimension, de la composition du liquide extracellulaire cérébral.
Résultats principaux
Développement d'une sonde optique multiplexée permettant de suivre simultanément au moins dix neuromodulateurs et neuropeptides en temps réel. La méthode utilise des cellules immobilisées exprimant chacune un capteur fluorescent génétiquement codé, imagées par microscopie biphotonique 3D. L'identité et la sensibilité des capteurs sont calibrées par immersion robotisée dans des solutions de ligands connus. La sonde a permis de détecter la libération évoquée de multiples neuromodulateurs dans des tranches de cerveau aiguës. Chez la souris éveillée, la sonde a suivi les changements de composition du liquide céphalo-rachidien dans le ventricule latéral, associés à l'activation du plexus choroïde. Cette technologie ouvre la voie à un suivi quantitatif et haute dimension de la composition du liquide extracellulaire cérébral.
Repères pour la pratique
Cette technologie pourrait à terme permettre une meilleure compréhension des mécanismes neurochimiques sous-jacents aux troubles neurodéveloppementaux et psychiatriques. Elle pourrait faciliter le développement de biomarqueurs dynamiques pour le suivi de maladies neurologiques et psychiatriques. Elle pourrait aider à évaluer les effets pharmacologiques de médicaments sur la neuromodulation cérébrale. Elle pourrait contribuer à une médecine personnalisée en permettant de suivre en temps réel les réponses neurochimiques individuelles.
Limites et précautions
Article de neurosciences fondamentales sur une technologie de pointe pour la recherche animale, sans application clinique immédiate ni lien avec les thématiques de NeuroWatch (troubles neurodéveloppementaux, évaluation, prise en charge). L'étude est principalement une preuve de concept chez l'animal (souris) et en tranches de cerveau. La traduction clinique chez l'humain n'est pas encore réalisée et nécessitera des développements supplémentaires. La complexité technique et le coût pourraient limiter l'accessibilité de cette méthode. La résolution temporelle et la sensibilité pour certains neuromodulateurs restent à caractériser plus précisément.