Des chercheurs du Brigham and Women’s Hospital, membre fondateur du Mass General Brigham, et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont révélé des images d’une précision sans précédent du tissu tumoral cérébral à l’aide d’une nouvelle technologie de microscopie appelée Decrowding Expansion Pathology (dExPath). Médecine translationnelle scientifiquefournissent de nouvelles informations sur le développement des tumeurs cérébrales avec des implications potentielles pour l’avancement du diagnostic et du traitement des maladies neurologiques agressives.
“Dans le passé, nous nous appuyions sur des microscopes coûteux à haute résolution que seuls des laboratoires très bien équipés pouvaient se permettre, dont l’utilisation nécessitait une formation spéciale et qui étaient souvent peu pratiques pour les analyses à haut débit des tissus cérébraux au niveau moléculaire”, ” a déclaré Pablo Valdes, MD, PhD, étudiant diplômé en neurochirurgie à Brigham et auteur principal de l’étude. « Cette technologie apporte une imagerie fiable et haute résolution à la clinique et permet aux scientifiques d’étudier les maladies neurologiques à une échelle nanométrique sans précédent sur des échantillons cliniques conventionnels à l’aide de microscopes conventionnels. »
Auparavant, les chercheurs s’appuyaient sur des microscopes coûteux à super-résolution pour imager les structures à l’échelle nanométrique dans les cellules et les tissus cérébraux, et même avec la technologie la plus avancée, ils avaient souvent du mal à capturer efficacement ces structures à l’échelle nanométrique.
Ed Boyden, PhD, professeur Y. Eva Tan de neurotechnologie au MIT et co-auteur principal de cette étude, a commencé à résoudre ce problème en marquant les tissus, puis en les modifiant chimiquement pour permettre une expansion physique uniforme du tissu. Cependant, cette technologie d’expansion était loin d’être parfaite. En utilisant des enzymes appelées protéases pour décomposer les tissus, les scientifiques ont découvert que ce traitement chimique avec des enzymes détruisait les protéines avant de pouvoir les analyser, ne laissant subsister qu’un squelette de la structure d’origine et que les marquages.
Boyden et E. Antonio Chiocca, MD, PhD, président de neurochirurgie au Brigham and Women’s Hospital et co-auteur principal de cette étude, ont encadré Valdes au cours de sa formation de neurochirurgien-scientifique dans le développement de nouvelles chimies utilisant dExPath pour répondre aux limites du les originaux Technologie d’extension.
Leur nouvelle technologie modifie chimiquement les tissus en les incorporant dans un gel et en les « adoucissant » grâce à un traitement chimique spécial qui sépare les structures protéiques sans les détruire et permet aux tissus de se développer. Cela a fourni des informations intéressantes aux chercheurs du MIT et de Brigham, qui utilisent régulièrement des anticorps disponibles dans le commerce pour se lier à des biomarqueurs présents dans un échantillon et les éclairer. Cependant, les anticorps sont volumineux et ont souvent du mal à pénétrer dans les structures cellulaires pour atteindre leur cible. En séparant les protéines avec dExPath, les mêmes anticorps utilisés pour la coloration peuvent désormais pénétrer dans des espaces pour lier des protéines dans les tissus qui étaient inaccessibles avant l’expansion, mettant en évidence des structures de taille nanométrique ou même des populations cellulaires auparavant inaccessibles.
« Le cerveau humain dispose de plusieurs mécanismes de protection pour se protéger des agents pathogènes et des toxines environnementales. Mais ces éléments rendent l’étude de l’activité cérébrale difficile en raison des obstacles qui font obstacle », a déclaré E. Antonio Chiocca, MD, PhD, président du département de neurochirurgie du Brigham. « Ce n’est qu’une des raisons pour lesquelles cette nouvelle technologie pourrait tellement changer les pratiques. Si nous pouvons prendre des images plus détaillées et plus précises du tissu cérébral, nous pouvons identifier davantage de biomarqueurs et être mieux équipés pour diagnostiquer et traiter les maladies cérébrales agressives.
Pour valider l’efficacité de dExPath, l’équipe de Boyden et Chiocca a appliqué la technologie à des tissus cérébraux humains sains, à des tissus cérébraux de haut et de bas grade et à des tissus cérébraux affectés par des maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson. Les chercheurs ont coloré les tissus pour détecter des biomarqueurs spécifiques au cerveau et à la maladie et ont pris des images avant et après l’expansion de l’échantillon à l’aide d’ExPath.
Les résultats ont montré une expansion uniforme et cohérente du tissu sans distorsion, permettant une analyse précise des structures protéiques. De plus, dExPath a efficacement éliminé les signaux de fluorescence dans les tissus cérébraux, appelés lipofuscine, ce qui a rendu très difficile la visualisation des structures subcellulaires dans les tissus cérébraux et a encore amélioré la qualité de l’image. De plus, dExPath a délivré des signaux fluorescents plus puissants pour un marquage amélioré, ainsi que le marquage simultané de jusqu’à 16 biomarqueurs dans le même échantillon de tissu. En particulier, l’imagerie dExPath a révélé que les tumeurs précédemment classées comme « de bas grade » présentaient des caractéristiques et des populations cellulaires plus agressives, ce qui suggère que la tumeur pourrait devenir beaucoup plus dangereuse que prévu.
Bien que dExPath soit prometteur, il doit être validé sur des échantillons plus importants avant de pouvoir aider à diagnostiquer des maladies neurologiques telles que le cancer du cerveau. Valdes souligne que même si elle en est encore à ses débuts, son équipe s’efforce de faire en sorte que cette technologie serve éventuellement d’outil de diagnostic et, à terme, améliore les résultats pour les patients.
“Nous espérons que cette technologie nous permettra de mieux comprendre le fonctionnement complexe des tumeurs cérébrales et leurs interactions avec le système nerveux à l’échelle nanométrique sans avoir recours à des équipements de laboratoire trop coûteux”, ont déclaré Valdes, aujourd’hui professeur adjoint de neurochirurgie, et Jennie. Chaire distinguée Sealy en neurosciences du département de médecine de l’Université du Texas. « L’accessibilité de dExPath permettra à l’imagerie haute résolution de comprendre les processus biologiques à l’échelle nanométrique dans les tissus humains en neuro-oncologie et dans les maladies neurologiques telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, et pourrait même un jour améliorer les stratégies de diagnostic et les résultats pour les patients.