Étude de la structure et de la fonction de l'espace extracellulaire du cerveau à l'aide de la microscopie à super-résolution

Abstract

Les cellules cérébrales baignent dans un fluide appelé espace extracellulaire (ECS). Sa complexité structurelle et sa géométrie, avec des espaces intercellulaires de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, présentent un défi pour visualiser et étudier l'ECS dans le tissu cérébral vivant. Notre technique SUSHI récemment établie permet de surmonter ce problème et d’imager cet espace avec une résolution nanométrique. Au cours de ma formation doctorale, j'ai caractérisé des outils innovant pour étudier l'ECS, ce qui m’a permis de révéler de nouvelles informations structurelles. Mon travail de doctorat a été divisé en trois projets, tous visant à étudier la structure et la fonction de l’ECS cérébral.(1) En utilisant l'approche SUSHI, j'ai étudié l'hétérogénéité de la structure de l’ECS à travers les couches de l’hippocampe, qui sont connues pour avoir une organisation cellulaire très spécifique. L'objectif de ce projet était d'aider à comprendre la nature hétérogène de la morphologie ECS. En effet, j'ai découvert que l'ECS varie en volume et en largeur à travers l'hippocampe. Cela pourrait à son tour conduire à rechercher si les différences régionales dans la structure ECS dans l'hippocampe pourraient soutenir les propriétés anatomiques et fonctionnelles uniques de chaque couche.(2) La fixation chimique conduit à un rétrécissement drastique de l'ECS, mais elle n'a été étudiée que dans le cadre de la microscopie électronique et à grande échelle. Avec l'aide de SUSHI, j'ai effectué une analyse systématique de l'impact de la fixation chimique sur la morphologie des tissus cérébraux. Les résultats ont révélé que la fixation chimique seule n'est pas la raison de ces effets dramatiques, vus par d'autres, car nous n'avons observé que des altérations structurelles mineures. (3) L'étude des signaux calciques dans l'ECS était autrefois un défi car tous les biocapteurs disponibles n'étaient pas conçus pour mesurer les concentrations d'ions avec une affinité milli-molaire. Ce projet visait à caractériser un nouvel outil, GreenT, permettant de capter la dynamique du calcium extracellulaire. J'ai testé avec succès ce capteur et en imageant ses signaux tout en mesurant l’activité électrophysiologique, j'ai pu détecter les fluctuations du calcium dans l’ECS lors de stimulation neuronale.