Projet ANR-15-CE19-0018 – MyDeepCARS : Microscopie en profondeur de fluorescence et de Diffusion Raman Anti-Stokes Stimulée polarisée pour l’imagerie quantitative de la démyélination dans les pathologies neurodégénératives
Programme : Exploration du système nerveux dans son fonctionnement normal et pathologique (DS0407) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Sophie Brasselet (Centre National de la Recherche Scientifique délégation Provence et Corse_Institut Fresnel)
Montant : 381616.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 36 mois
Résumé : Les techniques actuelles d’observation de la myéline in vivo dans le réseau d’axones de la moelle épinière, comme l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) et la Tomographie par Emission de Positons (TEP), sont limitées en spécificité pour la myéline, et en résolution spatiale, qui n’est pas compatible avec une observation à l’échelle cellulaire. Comprendre les maladies neurodégénératives requiert cependant une observation in vivo ciblée des processus de démyélination et de neurodégénération, à l’échelle moléculaire, et de leur relation intriquée sur de longues durées. L’objectif de MyDeepCARS est d’aider à clarifier l’interaction entre les axones et les couches de myéline dans des maladies neurodégénératives, en utilisant de nouvelles modalités de microscopie optique. MyDeepCARS développera en particulier un microscope, base sur le Coherent Anti Stokes Raman Scattering (CARS) et la fluorescence à deux photons (2PF), pour visualiser la myéline et les axons in vivo, profondément dans les tissus de moelle épinière, et pour analyser l’ultrastructure de la myéline à l’échelle sub-micrométrique. L’objectif de MyDeepCARS est de détecter la dynamique de processus précoce de démyélination dans le système nerveux central dans des modèles de souris. Nous utiliserons quatre modèles de démyélination : 1) neurodégénération par rhizotomy, 2)  intoxication  oligodendrocyte, 3) attaque immunitaire causée par vascular endothelial growth factor (VEGF), 4)  myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) immunisation induisant l’experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), avec le but de non seulement améliorer la compréhension fondamentale de la progression de la pathologie mais également de proposer de nouveaux outils pour les diagnostics cliniques et pré-cliniques. Grâce à l’expertise présente dans le consortium en CARS et développements instrumentaux, deux modalités supplémentaires seront mises en place : 1) le CARS résolu en polarisation sera utilisé pour quantifier l’organisation moléculaire locale de la myéline dans la moelle épinière dans des souris vivantes, dans des conditions de contrôle et de démyélination ; 2) le façonnage de front d’onde incluant l’optique adaptative et la modulation de front d’onde sera étudié pour corriger les distortions optiques et la diffusion de la lumière qui empêchent aujourd’hui d’imager au-delà des tracti de la substance blanche, le but étant d’atteindre la zone tractus moteur à une profondeur d’environ 700 µm sous la surface du tissus. En tirant profit de souris transgéniques possédant des axones fluorescents et implantées d’une fenêtre en verre dorsale développée dans le consortium, nous évaluerons par CARS/2PF l’intégrité des axones de la moelle épinière soumis à des processus de démyélination locaux et multifocaux au cours de plusieurs jours. La dynamique de la dégénération des axones sera corrélée au nombre et à l’étendue des dommages sur la myéline, et à la densité des points faibles de la myéline, identifiés par le pCARS comme des zones plus désorganisées, donnant un moyen unique d’évaluer la domination de la démyélination  sur la neurodégénération et de comparer leur progression relative à l’échelle microscopique. Grâce à ces observations, qui devraient donner une vision nouvelle sur l’interaction que les axones établissent avec leur gaine de myéline, nous évaluerons le potentiel de cette nouvelle technique pCARS comme diagnostic précoce pour les pathologies liées à la démyélination, un domaine d’un grand intérêt pour la communauté médicale. Ce projet bénéficie de l’effort conséquent du coordinateur (I. Fresnel) pour le développement d’une imagerie CARS bio-médicale, et du partenaire (INT) pour l’étude de la dynamique d’interactions cellulaires dans des modèles murins des pathologies du système nerveux central. Dans cette collaboration, les physiciens et biologistes combineront leur savoir faire pour développer de nouvelles modalités d’imagerie chronique précliniques, construites pour apporter un niveau inégalé d’