Molecular Imaging

M. Lauterbach | Imagerie Moléculaire

L'objectif de ce laboratoire est de comprendre l'interaction entre l'ultrastructure et la fonction des neurones et des cellules gliales. Pour atteindre cet objectif, nous appliquons et développons des techniques optiques et électrophysiologiques modernes, notamment dans le domaine de la microscopie à superrésolution. En utilisant une approche interdisciplinaire entre la physique et les neurosciences, nous établissons un lien entre le développement de nouvelles techniques de microscopie et leur application immédiate. Pour les techniques optiques, nous nous concentrons sur la microscopie STED (Stimulated Emission Depletion microscopy), qui est une technique de superrésolution optique pour l'imagerie des tissus vivants et fixés avec une résolution au-delà de la limite de diffraction. La microscopie STED nous donne des informations sur la structure et les changements structurels. Nous combinons ensuite ces informations avec des enregistrements fonctionnels en utilisant des techniques d'imagerie du calcium et d'électrophysiologie. En plus, nous développons de nouvelles approches d'imagerie et construisons un système de microendoscopie pour l'imagerie fonctionnelle des signaux cellulaires. En outre, le laboratoire étudie ces questions dans des organismes modèles non traditionnels dans le but d'identifier les mécanismes conservés au cours de l'évolution et pour des avantages expérimentaux Par conséquent, notre principal organisme modèle est la tortue, mais nous travaillons également avec des souris.

Microscopie STED

La microscopie STED est une technique de microscopie optique dite "à superrésolution" qui donne une résolution plus élevée que les microscopes optiques classiques. Cette résolution supérieure se traduit par un grossissement utile plus important. Son invention a été reconnue par le prix Nobel de chimie en 2014.

Imagerie du Calcium 

Le calcium est une molécule de signalisation importante dans les neurones et les cellules gliales. L'activité des cellules est corrélée aux changements de la concentration intracellulaire de calcium. Des indicateurs fluorescents permettent de convertir ces changements de concentration calcique en changements de fluorescence. L'activité des cellules peut ainsi être suivie par l'imagerie de la fluorescence. Ainsi, de nombreuses cellules du circuit neuronal peuvent être observées simultanément.

Microendoscopie

Pour permettre l'enregistrement in vivo de signaux fonctionnels, nous développons un système de microendoscopie ténue. Basé sur un faisceau de fibres optiques, notre système résout des signaux fonctionnels de cellules uniques. Ce système est plus petit que les approches existantes tout en ayant une fonctionnalité multicanale. Le microendoscope nous permet d'enregistrer les réponses des cellules uniques pendant la communication entre organes et dans divers modèles de maladies.

Électrophysiologie

Les microélectrodes permettent d'enregistrer le potentiel membranaire des cellules. Leur activité et la génération de potentiels d'action peuvent ainsi être suivies avec une haute résolution temporelle.

Tortues

La position évolutive des reptiles par rapport aux mammifères fait du cerveau de reptile un système modèle intéressant pour étudier l'évolution structurelle et fonctionnelle des circuits neuronaux des vertébrés. Les tortues ont un cortex non plié qui n'est divisé qu'en trois couches cellulaires - contrairement au cortex des mammifères qui en a six. Ainsi, le cortex de la tortue est similaire aux parties du cerveau des mammifères (hippocampe, bulbe olfactif) qui sont considérées comme anciennes d'un point de vue évolutif. Ici, les principes généraux - anciens du point de vue de l'évolution - du fonctionnement des signaux neuronaux peuvent probablement être découverts et compris.

Souris transgéniques

Afin d'identifier la morphologie et la fonction des neurones dans certaines zones du cerveau, il faut les visualiser spécifiquement. En utilisant diverses souris transgéniques de nos collègues du département de physiologie moléculaire, nous induisons l'expression de protéines fluorescentes dans des types de cellules et des domaines cérébraux spécifiques.