Observer un cerveau entier par transparence grâce à CLARITY

Un procédé permettant de rendre un cerveau transparent a été développé par l’équipe de Karl Deisseroth à l’université de Stanford. La technique, baptisée CLARITY, permet d’avoir accès à tous les détails de l’organe tout en maintenant la perspective globale nécessaire pour comprendre le fonctionnement du système.

Figure 1 : Le cerveau d’une souris adulte après deux jours de traitement CLARITY. Sur l’image de droite les fines structures du cerveau peuvent être aperçues floues au dessus des mots : « number », « unexplored », « continent » and « stretches »

Cette technique permet d’accumuler plus d’informations sur les interactions intra-organe  que lors de la reconstitution “puzzle” d’informations provenant de plusieurs études. En effet, l’organisation tridimensionnelle des réseaux neuronaux et l’organisation des composants du cerveau restent complètement intacts et l’on peut observer le cerveau entier sans le détruire.

Il est possible d’utiliser plusieurs anticorps fluorescents de couleurs différentes qui ciblent divers composants cérébraux, permettant ainsi de mener plusieurs expériences sur le même cerveau intact.

Figure 2 : Vue tridimensionnelle de l’hippocampe coloré par marquages fluorescents montrant les neurones (vert), les interneurones (rouge) et les cellules gliales (bleu).

Pour rendre le cerveau transparent, les lipides, qui empêchent la lumière de passer, sont extraits par électrophorèse dans une chambre spécialement conçue par l’équipe, et remplacés par un hydrogel. La solution d’hydrogel permet de remplacer les lipides dans leur rôle de structuration de l’organe tout en autorisant le passage de la lumière. Pour le marquage, l’échantillon doit d’abord être incubé pendant deux jours dans une solution, puis placé dans une chambre isolée. Il peut prendre quelques mois pour colorer entièrement un cerveau minuscule de souris.

Il reste cependant à développer une optique adaptative avec des objectifs optimisés capables de capter les informations à longue distance de travail pour une observation améliorée de l’organe entier, et adaptés à une visualisation en 3 dimensions.

De plus, transformer l’ensemble des données obtenues en connaissances utiles reste un défi majeur. Le développement d’approches informatiques pour la segmentation des images en trois dimensions, l’enregistrement et le traçage automatique des neurones ou neurotransmetteurs est en cours pour permettre d’optimiser l’utilisation des résultats accessibles.

La combinaison de CLARITY avec la microscopie électronique pourrait permettre d’étudier la connectivité des neurones à l’échelle de la synapse. Pour cela, CLARITY peut d’abord être utilisée pour visualiser et tracer les neurones marqués par fluorescence dans l’ensemble du cerveau. Ensuite, la microscopie électronique permettrait d’analyser des petits volumes en définissant précisément les modèles et les règles (par exemple, le type de cellules cible).

CLARITY peut aider à favoriser la compréhension des systèmes biologiques intacts à grande échelle, mais un développement d’outils adaptés à la visualisation en 3D et au traitement des résultats est nécessaire. Malgré tout, le problème majeur est que cette technique est accessible seulement sur des modèles post-mortem. En revanche, elle pourrait aussi rendre foies, cœurs et poumons transparents aussi facilement.