Comprendre en détails le développement des organes au stade embryonnaire est primordial pour la mise en place de méthodes thérapeutiques plus précises et efficaces. Pour ce faire, les scientifiques doivent pouvoir être capables d’observer la segmentation et la croissance organiques embryonnaires. Grâce à une nouvelle technologie de microscopie, des biologistes ont pu observer en temps réel le développement cellulaire d’un embryon de souris. 

Au moyen d’une nouvelle méthode de microscopie, des biologistes de l’Institut Médical Howard Hughes d’Ashburn ont pu créer une image ultra-détaillée du développement embryonnaire d’une souris au niveau cellulaire. Cette technique, appelée microscopie à nappe de lumière adaptative, repousse les limites de l’imagerie cellulaire. Les résultats ont été publiés dans la revue Cell.

Ce regard sans précédent sur les organes et les tissus va aider les recherches futures concernant la régénération des organes et les différents problèmes affectant le développement organique in utero. « Pour ce faire, vous devez comprendre premièrement comment les organes se forment » explique la biologiste Kate McDole. « En clair, vous devez savoir ce qu’il se passe réellement dans un embryon ».

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La méthode fonctionne via l’utilisation de faisceaux lasers ultra-fins illuminant les cellules durant leur évolution. Des caméras enregistrent ensuite en temps réel la configuration et le mouvement des cellules. Il s’agit des tous premiers jours du développement d’un embryon de souris ; une période que les scientifiques n’avaient jamais étudié avec autant de détails jusqu’à maintenant. Les organes commencent tout juste à se former et les caméras ont pu enregistrer les premiers battements de cœur de l’embryon.

microscope nappe lumiere adaptative

Modélisation présentant le nouveau microscope à nappe de lumière adaptative. Crédits : McDole et al. 2018

Cet ensemble des mécanismes permettant la mise en forme des feuillets embryonnaires durant la morphogenèse s’appelle, chez les mammifères, la gastrulation. Et les biologistes s’efforcent de mieux connaître ce processus. Ainsi, pour les aider dans leur tâche, l’intelligence artificielle du microscope prend elle-même les décisions concernant les ajustements les plus adéquats au niveau de la luminosité et des zooms, au fur et à mesure du développement de l’embryon.

Cette vidéo montre le développement cellulaire et organique d’un embryon de souris, capturé en temps réel grâce à la nouvelle technologie de microscopie :

C’est grâce à ces algorithmes qu’un embryon aussi complexe peut être observé en détails ; les recherches précédentes ne se sont concentrées que sur des embryons moins complexes, comme ceux du poisson zèbre et de la drosophile. En réalité, le nouveau système est si efficace que les scientifiques peuvent observer l’évolution de chaque cellule : les chemins qu’elles prennent, les mécanismes qu’elles activent et leurs interactions avec d’autres cellules.

Par suite, d’autres algorithmes ont permis de reconstruire l’image statistique d’un embryon de souris à partir de quatre sources d’observation différentes, et d’enregistrer les moments et les positions où les cellules se divisent. Les biologistes ont ainsi construit six microscopes de ce type, chacun plus précis et efficace que le précédent.

fonctionnalites microscope nappe lumiere adaptative

Illustration récapitulant les différentes fonctionnalités du microscope à nappe de lumière adaptative : capture en temps réel du développement cellulaire embryonnaire, analyse générale et individuelle des mouvements et divisions cellulaires, cartographie haute résolution de la morphogenèse des tissus, etc. Crédits : McDole et al. 2018

Pour le moment, le microscope ne peut observer l’embryon de souris que dans des conditions de laboratoire très contraignantes et sur une période de deux jours, mais la technique devrait grandement s’améliorer dans le futur. Cela devrait ouvrir une voie très prometteuse dans l’étude de la gastrulation, c’est-à-dire comprendre comment un mammifère se développe à partir d’une seule cellule, en un embryon. Les auteurs ont d’ailleurs mis à disposition publiquement leur travail en ligne, afin d’accélérer la recherche dans ce domaine.

« Si vous prenez tous les matériaux nécessaires à la construction d’une maison, et que vous les jetez au même endroit, ils ne vont pas s’assembler magiquement en une maison. Les ouvriers utilisent des plans pour construire une maison. De la même façon, comprendre la manière dont les organes se développent au sein d’un embryon constitue une avancée majeure » conclut McDole.

Source : Cell

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