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Le mini microscope est un nouveau GoPro pour l'étude des maladies du cerveau chez la souris
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En travaillant avec des souris, une équipe de chercheurs de Johns Hopkins Medicine a mis au point un mini microscope portatif relativement peu coûteux qui pourrait améliorer la capacité des scientifiques d'étudier les effets du cancer, des accidents vasculaires cérébraux, de la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies dans le cerveau des souris vivantes et actives au fil du temps. L'appareil, qui mesure moins de 5 centimètres cubes, est accroché à la tête des animaux et recueille des images en temps réel du cerveau actif de souris se déplaçant naturellement dans leur environnement.
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"Cette technologie nous permet d'enregistrer des quantités vraiment riches de données sur les fonctions sous-jacentes du cerveau tout au long de la vie d'un modèle de maladie ", dit Arvind Pathak, Ph.D., professeur agrégé de radiologie et de génie biomédical à la Johns Hopkins University School of Medicine, et membre du Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.
Un rapport sur le développement du mini microscope a été publié le 9 janvier dans Nature Communications.
Les microscopes traditionnels utilisés dans les études d'imagerie cérébrale sont de grands microscopes stationnaires dont le coût peut être prohibitif et qui peuvent coûter des dizaines de milliers de dollars, disent les chercheurs, ce qui limite le nombre de laboratoires capables de produire des images sur de longues périodes.
De plus, la nature encombrante des microscopes de laboratoire exige que les animaux de laboratoire soient complètement immobiles pour l'imagerie. Cela exige souvent que les animaux soient anesthésiés à plusieurs reprises pour obtenir des images claires. Les cerveaux anesthésiés subissent des changements non liés à la maladie, ce qui peut brouiller les cartes entre les résultats réels et la réaction du cerveau au médicament anesthésique.
Le nouveau microscope, qui fonctionne comme une mini caméra d'action GoPro, est capable de capturer des images en temps réel et est entièrement portable. Il n'est donc plus nécessaire d'anesthésier les animaux pour l'imagerie, ce qui permet aux chercheurs d'observer les changements pathologiques dans un état plus naturel et d'établir un lien entre ces changements et le comportement de l'animal.
Contrairement à d'autres mini-microscopes, le nouveau microscope offre aux chercheurs trois options d'imagerie pour observer les changements dans le cerveau de la souris au fur et à mesure que la maladie progresse : l'imagerie par fluorescence pour observer le déclenchement des neurones ou suivre les cellules fluorescentes ; l'imagerie optique dite intrinsèque pour observer les changements dans la structure des vaisseaux sanguins au cours du processus de maladie et l'imagerie laser à contraste chatoiement, pour suivre les changements dans le flux sanguin à mesure que la maladie évolue.
Pathak et son équipe ont construit le prototype en utilisant des composants miniatures disponibles dans le commerce, tels que des lumières LED, des lentilles de microscope, des capteurs d'image et des composants imprimés 3D personnalisés. Le boîtier, qui fixe le microscope sur la tête d'une souris, est entièrement imprimé en 3D et réutilisable. L'ensemble de l'installation, dit l'auteur principal Janaka Senarathna, se branche ensuite sur un ordinateur portable où les chercheurs peuvent recueillir et analyser les images.
Dans le cadre d'une expérience de validation de principe conçue pour suivre l'évolution d'une tumeur cérébrale, l'équipe de recherche a injecté dans le cerveau de souris des cellules de cancer du cerveau humain génétiquement modifiées pour qu'elles brillent et soient visibles au microscope. Ils ont ensuite monté le microscope sur la tête de la souris et ont continuellement photographié les souris pendant 16 jours.
Grâce aux images recueillies pendant cette période, les chercheurs ont pu observer la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins le long de la tumeur au fur et à mesure que le cancer progressait. Les chercheurs ont ensuite pu mesurer les modifications du débit sanguin lors du remodelage dynamique de ces vaisseaux sanguins.
"Nous avons suivi avec succès ces changements microscopiques au quotidien, ce qui nous a permis d'observer certains aspects de la maladie dans les moindres détails ", dit Pathak.
Un aspect remarquable, a dit M. Pathak, est que ce microscope pourrait être un outil puissant pour l'imagerie de l'effet de nouveaux médicaments pour ces maladies.
"Il ne s'agit là que d'un exemple de l'utilité de cette technologie, qui pourrait un jour avoir une incidence sur la meilleure façon d'évaluer la réponse aux traitements ", dit Pathak.
Les chercheurs, qui travaillent avec Johns Hopkins Technology Ventures pour mettre au point cette technologie, affirment qu'une version commerciale pourrait coûter environ 10 fois moins cher que les modèles actuellement disponibles, et ils prévoient de perfectionner l'appareil pour capturer des images plus claires et surveiller des fonctions cérébrales supplémentaires.
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