Microscopie de second harmonique en mode interférométrique pour l'imagerie en temps réel de la polarité et la dynamique des microtubules dans les maladies neurodégénératives

L’orientation des microtubules (MT) contribue à la polarité neuronale qui est cruciale pour de nombreuses fonctionnalités du système nerveux telles que la plasticité neuronale, le développement et le transport de signaux. En outre, ils sont également critiques pour les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer (MA) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Traditionnellement, la polarité des MTs a été étudiée à l’aide de techniques invasives telles que la méthode «hook decoration» et l’utilisation de protéines s’attachant à la partie + des MTs. Récemment, la microscopie de second harmonique («SHG») a été utilisée comme une méthode non invasive pour imager in vivo les MTs dans les axones et les dendrites des neurones. Bien que la polarité axonale soit bien comprise, la polarité dendritique est moins bien documentée et seules quelques hypothèses existent pour justifier la polarité et le signal de SHG observé dans les dendrites. Bien que la microscopie SHG soit puissante, elle n’est pas capable d’imager l’orientation des structures biologiques. Par conséquent, nous proposons l’utilisation de la microscopie interférométrique SHG («I-SHG») qui est sensible à l’orientation des structures. La microscopie I-SHG a été utilisée pour l’imagerie des matériaux. Au cours des dernières années, nous avons optimisé l’utilisation de cette méthode pour l’imagerie biomédicale. Au fil des ans, nous avons apporté plusieurs améliorations pour augmenter la vitesse d’acquisition de la microscopie I-SHG à l’aide d’un microscope à balayage laser et nous proposons de repousser cette technique à un niveau supérieur pour permettre l’imagerie en temps réel de la dynamique de la polarité dans les neurones.
À cette fin, nous combinerons la force de la microscopie I-SHG et de celle à plein champ pour développer un système d’imagerie innovant que nous utiliserons pour des applications en recherche biomédicale. Nous utiliserons le microscope I-SHG à plein champ pour étudier et imager les neurones afin de mieux comprendre les facteurs qui contribuent au signal SHG dans les dendrites, ainsi que de capturer en temps réel des images de neurones vivants afin de suivre la dynamique des MTs telles que leur polymérisation et leur dépolymérisation (catastrophe). En outre, nous utiliserons la microscopie I-SHG pour mieux comprendre comment les altérations de la polarité et de la dynamique des MTs contribuent à la MA en effectuant des études approfondies de neurones obtenus de patients atteints de la maladie et de sujets témoins. De plus, nous allons utiliser le système pour étudier le rôle de la polarité des MTs dans la SLA en utilisant un modèle établi de cette maladie chez le poisson-zèbre. Nous croyons que la stabilité des MTs, en particulier l’altération de la dynamique, joue un rôle crucial dans la SLA. Par conséquent, ces recherches jetteront une nouvelle perspective sur ces dynamiques afin de trouver une approche thérapeutique pour le traitement de la maladie. Dans ce contexte, nous testerons également les capacités de la plate-forme d’imagerie pour la découverte de nouveaux médicaments. Cette technique pourrait ultérieurement permettre d’améliorer le diagnostic et le développement d’une thérapie, et être utilisée à grande échelle dans les établissements médicaux.