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Le nouveau capteur IRM peut imager profondément dans notre cerveau

Le nouveau capteur IRM peut imager profondément dans notre cerveau

Les chercheurs du MIT ont mis au point un moyen de regarder plus profondément dans le cerveau que jamais. Le calcium est une molécule de signalisation essentielle pour la plupart des cellules. Il joue un rôle encore plus important dans les neurones.

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Les scientifiques ont longtemps été en mesure d'imaginer le calcium dans les ondes cérébrales pour développer une image de la façon dont ils communiquent entre eux. Cependant, la technologie actuelle ne permet qu'une pénétration d'image de quelques millimètres.

L'IRM aide à obtenir une image plus profonde

L'équipe de recherche du MIT a développé une méthode basée sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et offre une vision beaucoup plus profonde.

«Cet article décrit la première détection par IRM de la signalisation intracellulaire du calcium, qui est directement analogue aux puissantes approches optiques largement utilisées en neuroscience, mais qui permet désormais d'effectuer de telles mesures in vivo dans les tissus profonds», explique Alan Jasanoff, professeur au MIT. génie biologique, sciences du cerveau et cognitives, et sciences et génie nucléaires, et membre associé du MIT McGovern Institute for Brain Research.

Au repos, les neurones cérébraux ont de très faibles niveaux de calcium. Mais lorsque les neurones déclenchent une impulsion électrique, le calcium inonde le neurone.

La nouvelle méthode pénètre plus loin

Les scientifiques ont utilisé ce phénomène pour avoir un aperçu du fonctionnement du cerveau en marquant le calcium avec des molécules fluorescentes. Cela se fait dans les cellules du cerveau dans une boîte de laboratoire ou dans le cerveau d'animaux vivants.

Cependant, ce type d'imagerie microscopique ne peut pénétrer que quelques dixièmes de millimètre dans les tissus, ce qui limite l'étude à la seule surface du cerveau.

«Il y a des choses incroyables à faire avec ces outils, mais nous voulions quelque chose qui nous permettrait, à nous et aux autres, d'examiner plus en profondeur la signalisation au niveau cellulaire», dit Jasanoff.

Pour réaliser leur rêve, les chercheurs ont commencé à se pencher sur l'IRM. L'IRM fonctionne en détectant les interactions magnétiques entre un agent de contraste injecté et des molécules d'eau à l'intérieur des cellules. C’est un outil commun pour l’imagerie non invasive dans diverses parties du corps.

Bien que d'autres recherches aient été effectuées sur des capteurs de calcium à base d'IRM, elles ont toutefois été entravées par le manque de développement d'un agent de contraste pouvant pénétrer dans les cellules cérébrales. L'équipe de Jasanoff a créé un agent de contraste qui utilisait des éléments constitutifs pouvant traverser la membrane cellulaire.

Tests réussis sur des rats

L'agent contient du manganèse lié à un composé qui peut pénétrer les membranes cellulaires. Il contient également un bras de liaison au calcium appelé chélateur. Une fois que l'agent est à l'intérieur de la cellule, si les niveaux de calcium sont faibles, le chélateur se lie faiblement à l'atome de manganèse, protégeant le métal de la détection par IRM.

Lorsque la cellule est inondée de calcium, le chélateur se lie au calcium et libère le manganèse, l'agent de contraste apparaît alors plus clair sur l'image IRM.

«Lorsque les neurones, ou d'autres cellules cérébrales appelées glies, sont stimulés, ils subissent souvent une augmentation de plus de dix fois la concentration de calcium. Notre capteur peut détecter ces changements », explique Jasanoff.

Pour tester leur agent, les chercheurs l'ont injecté dans le cerveau de rats dans une zone profonde du cerveau connue sous le nom de striatum. Le striatum est la partie du cerveau impliquée dans la planification du mouvement et l'apprentissage de nouveaux comportements.

Les ions potassium ont ensuite été utilisés pour stimuler l'activité électrique des neurones du striatum, et le chercheur a pu mesurer la réponse calcique dans ces cellules.

La recherche continuera à se développer et pourrait permettre de comprendre précisément le moment de l'activité neuronale profondément dans le cerveau.

«Cela pourrait être utile pour comprendre comment différentes structures du cerveau travaillent ensemble pour traiter les stimuli ou coordonner le comportement», explique Jasanoff. La recherche apparaît dans le numéro du 22 février de Nature Communications.


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