Le contrôle de l'activité neuronale est un enjeu crucial pour la neurobiologie. Il se heurte toutefois régulièrement aux limites des outils techniques dont les chercheurs disposent. Un nouveau dispositif, OptoPatcher, mis au point par une équipe de l'Institut Weizmann (Rehovot) en s'appuyant sur l'optogénétique, permet de réaliser de sensibles progrès.
L'optogénétique au soutien de la neurobiologie
Le contrôle de l'activité neuronale est un enjeu très important en neurobiologie. Mais la maîtrise de l'excitabilité des neurones s'est souvent heurtée à la limite d'action des outils pharmacologiques censés contrôler l'activité de ces cellules.
Une amélioration considérable de la résolution temporelle et spatiale du contrôle de l'activité neuronale a été apportée par l'optogénétique. Cette méthode, développée par l'équipe du professeur Karl Deisseroth (Université Stanford, Etats-Unis) repose sur l'activation par la lumière de canaux ioniques - channelrhodopsine et halorhodopsine - qui y sont sensibles. La révolution réside dans la nature de ces canaux, qui induisent une activation ou une inhibition de l'activité neuronale en fonction de la couleur (longueur d'onde) de la stimulation lumineuse appliquée. Les progrès réalisés dans la miniaturisation des lasers ont aussi fortement contribués à l'essor de cette technique en permettant de focaliser la stimulation lumineuse à l'intérieur du parenchyme cérébral sur des groupes de neurones précis, en laissant le reste du système nerveux central non affecté.
Cette approche a notamment permis de "déconstruire" la contribution de certaines régions dans des fonctions cérébrales telles que la motricité, la mémoire, l'anxiété ou le sommeil.
Une stimulation sélective des neurones
Jusqu'alors, la stimulation et l'enregistrement dépendaient de deux systèmes de positionnement séparés et de surcroît, les électrodes composant cette "optrode" enregistraient principalement des activités extracellulaires.
Le nouveau dispositif OptoPatcher, développé par les équipes des docteurs Ofer Yizhar (qui a effectué un séjour postdoctoral dans l'équipe du professeur Deisseroth avant de revenir en Israël) et Ilan Lampl du département de neurobiologie de l'Institut Weizmann (Rehovot), en collaboration avec le professeur Jochen Staiger du département de neuroanatomie de l'université de Göttingen (Allemagne), permet de stimuler sélectivement les neurones et de mesurer leur activité intracellulaire en mode patch-clamp.
Ce système, décrit dans le Journal of Neuroscience Methods permet de résoudre des problèmes inhérents a l'utilisation d'une fibre optique séparée, placée par micromanipulateur et qui peut endommager une partie du tissu cérébral, perturbant de fait l'enregistrement ciblé de régions profondes comme l'hippocampe.
Améliorer la qualité des enregistrements intracellulaires in vivo
Sur le plan matériel, l'OptoPatcher a été optimisé pour délivrer une lumière effective à partir de la pipette de patch (en verre). Dans certains cas où l'application du laser doit être très confinée, la pipette peut être recouverte d'un matériau non-réflectif (opaque et non toxique).
Le test a été concluant in vivo sur des souris exprimant le canal activateur ChR2 (channelrhodopsine) dans les neurones pyramidaux de la couche 5 du cortex cérébral. Les résultats montrent que la réponse des neurones est bien spécifique à la stimulation lumineuse de l'OptoPatcher.
Cet outil pourrait désormais être utilisé pour contrôler l'activité neuronale de tranches de cerveaux en survie ou des neurones en culture et continuer d'améliorer la qualité des enregistrements intracellulaires in vivo.
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