Une “ chaîne de lumières ” indique la propagation de l’excitation – Technoguide

Un type de nouveau capteur de tension moléculaire permet d’observer les cellules nerveuses au travail. Le principe de la méthode est connu depuis un certain temps. Cependant, des chercheurs de l’Université de Bonn et de l’Université de Californie à Los Angeles ont maintenant réussi à l’améliorer de manière significative. Il permet d’observer la propagation des signaux électriques dans les cellules nerveuses vivantes avec une haute résolution temporelle et spatiale. Cela permet d’enquêter sur des questions complètement nouvelles qui étaient auparavant fermées à la recherche. L’étude a maintenant été publiée dans la revue PNAS.

Lorsque nous sentons une bouteille de crème solaire, des impulsions électriques sont générées dans les cellules sensorielles du nez. Via le bulbe olfactif du cerveau, ils pénètrent dans le cortex olfactif primaire, qui les distribue ensuite aux différents centres cérébraux. Des souvenirs tels que les vacances d’été au bord de la mer il y a longtemps sont alors évoqués dans l’hippocampe et dans d’autres régions.

Au cours des dernières décennies, les chercheurs sur le cerveau ont acquis une idée de plus en plus précise de la façon dont les stimuli sont traités dans le cerveau et du chemin emprunté par l’excitation électrique dans le processus. Cependant, à bien des égards, ces informations sont encore très approximatives. La méthode maintenant présentée par des chercheurs de l’Université de Bonn et de l’Université de Californie à Los Angeles peut aider à résoudre ce problème.

Les cellules nerveuses transmettent des signaux électriques à d’autres cellules nerveuses via des «câbles» biologiques appelés axones. Chaque cellule nerveuse est enfermée dans une fine membrane qui la sépare de son environnement. Au repos, il y a de nombreux ions chargés positivement à l’extérieur de cette membrane, nettement plus qu’à l’intérieur. Il existe donc une tension électrique entre l’intérieur et l’extérieur. Les neuroscientifiques parlent également d’un potentiel membranaire.

Chaîne légère pour les cellules nerveuses

Lorsqu’un signal passe un certain point sur l’axone, ce potentiel y change pendant une courte période. «Et nous pouvons rendre ce changement visible», explique le professeur Istvan Mody de l’Institut de recherche expérimentale sur l’épileptologie et la cognition (IEECR) du centre médical de l’Université de Bonn. Pour ce faire, les chercheurs drapent une chaîne de lumières autour des cellules nerveuses, pour ainsi dire. La particularité: chaque lampe de cette chaîne est équipée d’un variateur dépendant de la tension. Cela signifie qu’il s’assombrit lorsque le potentiel de membrane à l’emplacement de la lampe change.

Cela rend la propagation de l’excitation visible comme une sorte de “goutte noire” longeant l’axone. Les chercheurs utilisent des protéines fluorescentes comme chaîne légère. «Nous avons introduit le gène pour cela dans les cellules», explique Mody. Les chercheurs ont également étiqueté la constitution génétique avec une sorte d’étiquette d’expédition. “Cette étiquette garantit que les colorants fluorescents sont transportés vers l’extérieur de la membrane immédiatement après leur fabrication. Une sorte d’ancrage assure alors leur maintien.”

Le variateur ne fait pas partie de la nano lampe, mais une autre molécule: un soi-disant «désactivateur d’obscurité». Celui-ci est normalement situé à l’intérieur de la membrane. Cependant, en raison du changement de tension pendant la transmission du signal, il change vers l’extérieur. Là, il rencontre les protéines fluorescentes et les protège. La nano lampe devient alors plus sombre. Dès que le potentiel se normalise, l’extincteur d’obscurité revient vers l’intérieur et la luminosité augmente à nouveau.

«Cette méthode n’est pas vraiment nouvelle», déclare Mody. “Cependant, nous l’avons fondamentalement amélioré à deux égards.” Jusqu’à présent, les protéines fluorescentes étaient intégrées directement dans la membrane, ce qui perturbait considérablement le fonctionnement des neurones. Les nouvelles nano lampes, en revanche, se trouvent à l’extérieur de la membrane. Ils ne se décolorent pas aussi rapidement, mais conservent leur luminosité pendant 40 minutes, soit quatre fois plus longtemps que les colorants fluorescents conventionnels.

Gradateur hautement explosif

Le deuxième changement concerne l’extincteur d’obscurité: le composé normalement utilisé à cet effet est toxique et également hautement combustible. Il a même été utilisé comme explosif pendant la Seconde Guerre mondiale. “Notre extincteur, en revanche, est totalement inoffensif”, souligne Mody. “Il réagit également encore plus rapidement et de manière plus sensible aux plus petits changements de potentiel. Cela permet à notre méthode de visualiser jusqu’à 100 impulsions électriques par seconde.”

La méthode permet d’observer la fonction des cellules nerveuses sans les perturber. Cela permet, par exemple, d’avoir un aperçu plus précis des dysfonctionnements associés à certaines maladies neuronales. C’est finalement un nouvel outil prometteur pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de Bonn. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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