Surveillance de l’évolution mécanique des tissus lors de la fermeture du tube neural d’un embryon de poussin

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales graves du système nerveux central causées par des défaillances de la fermeture du tube neural (NTC) au cours du développement embryonnaire¹. L’étiologie des MTN est complexe. Des études ont montré que le NTC implique une séquence de processus morphogénétiques, y compris l’extension convergente, la flexion de la plaque neurale (par exemple, la constriction apicale), l’élévation du pli neural et enfin l’adhésion du pli neural. Ces processus sont régulés par de multiples mécanismes moléculaires et génétiques ^2,3, et tout dysfonctionnement de ces processus peut entraîner des MTN ^4,5,6. Comme de plus en plus de preuves suggèrent que les signaux mécaniques jouent également un rôle crucial au cours du NTC 3,7,8,9,10,11, et que des relations ont été trouvées entre les gènes et les signaux mécaniques 12,13,14, il devient impératif d’étudier la biomécanique tissulaire pendant la neurulation.

Plusieurs techniques ont été développées pour mesurer les propriétés mécaniques des tissus embryonnaires, notamment l’ablation laser (LA)¹⁵, la dissection et la relaxation tissulaire (TDR)^16,17, l’aspiration par micropipette (MA)¹⁸, la nanoindentation basée sur la microscopie à force atomique (AFM)¹⁹, les micro-pénétrateurs (MI) et les microplaques (MP)²⁰, la microrhéologie (IRM) avec pince optique/magnétique 21,22,23et des capteurs à gouttelettes²⁴. Les méthodes existantes permettent de mesurer les propriétés mécaniques à des résolutions spatiales allant de l’échelle subcellulaire à l’échelle tissulaire. Cependant, la plupart de ces méthodes sont invasives car elles nécessitent un contact avec l’échantillon (p. ex., MA, AFM, MI et MP), une injection externe de matière (p. ex., IRM et capteurs à base de gouttelettes) ou une dissection tissulaire (p. ex., LA et TDR). Par conséquent, il est difficile pour les méthodes existantes de surveiller l’évolution mécanique du tissu de la plaque neurale in situ²⁵. Récemment, l’élastographie par cohérence optique réverbérante s’est révélée prometteuse pour la cartographie mécanique sans contact avec une haute résolution spatiale²⁶.

La microscopie confocale Brillouin est une modalité optique émergente qui permet la quantification sans contact de la biomécanique tissulaire avec une résolution subcellulaire 27,28,29,30. La microscopie Brillouin est basée sur le principe de la diffusion spontanée de la lumière Brillouin, qui est l’interaction entre la lumière laser incidente et l’onde acoustique induite par les fluctuations thermiques au sein du matériau. Par conséquent, la lumière diffusée subit un décalage de fréquence, connu sous le nom de décalage de Brillouin ω_R, suivant l’équation³¹ :

(1)

Ici, est l’indice de réfraction du matériau, λ est la longueur d’onde de la lumière incidente, M’est le module longitudinal, ρ est la densité de masse et θ est l’angle entre la lumière incidente et la lumière diffusée. Pour le même type de matériel biologique, le rapport entre l’indice de réfraction et la densité est approximativement constant 28,32,33,34,35,36. Ainsi, le décalage de Brillouin peut être directement utilisé pour estimer les changements mécaniques relatifs dans les processus physiologiques. La faisabilité de la microscopie Brillouin a été validée dans divers échantillons biologiques 29,37,38. Récemment, l’imagerie mécanique en accéléré d’un embryon de poussin vivant a été démontrée en combinant un microscope Brillouin avec un système d’incubation sur scène³⁹. Ce protocole fournit des descriptions détaillées de la préparation des échantillons, de la mise en œuvre de l’expérience, du post-traitement et de l’analyse des données. Nous espérons que cet effort facilitera l’adoption généralisée de la technologie Brillouin sans contact pour étudier la régulation biomécanique du développement embryonnaire et des malformations congénitales.