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Une nouvelle méthode d’imagerie d’organismes entiers en 3D met l’accent sur le pigment principal de la couleur de la peau

La mélanine est imagée dans un poisson zèbre de 5 jours coloré à l’argent en utilisant l’histologie aux rayons X. Les différentes couleurs ont été attribuées en fonction de la profondeur de mélanine dans les cellules de l’échantillon de haut en bas. Crédit: Keith Cheng Lab, Penn State College of Medicine

Pour comprendre les fondements biologiques de la pigmentation de la peau et des cheveux et des maladies associées telles que l’albinisme ou le mélanome, les scientifiques et les cliniciens ont besoin d’informations quantitatives 3D sur la structure, le contenu et l’emplacement des mélanocytes. Les chercheurs de la Penn State University School of Medicine ont développé une nouvelle technique qui permet aux scientifiques de visualiser chaque cellule contenant de la mélanine en 3D chez le poisson zèbre entier.


Étude de l’arabe mélanine Il présente un défi car il bloque la lumière utilisée en microscopie conventionnelle. Les chercheurs se sont donc tournés vers l’imagerie par rayons X, qui peut traverser une substance optiquement opaque comme la mélanine.

En 2019, une équipe dirigée par le Dr Keith Cheng, professeur émérite de pathologie, de pharmacologie, de biochimie et de biologie moléculaire, a développé la « cartographie tissulaire aux rayons X » – une forme cellulaire de tomodensitométrie, comme méthode d’étude de l’architecture 3D des cellules et les tissus dans les échantillons.La biologie avec une précision et une clarté sans précédent. Spencer Katz, MD/PhD. Un étudiant du programme de formation de scientifiques médicaux de l’équipe de Cheng a modifié cette technologie de tomographie par micro-ordinateur pour étudier spécifiquement la mélanine, l’étude des scientifiques sur les pigments dans la recherche sur la couleur de la peau humaine et le cancer de la peau, en général. poisson zèbre.

La mélanine est un pigment brun à noir qui donne au poisson zèbre ses rayures distinctives et sa peau, ses cheveux et ses yeux foncés. Il y a plus de 15 ans, Cheng et son laboratoire ont découvert un gène clé dans le développement de la couleur claire de la peau chez l’homme en étudiant une lignée spécifique mutée de poisson zèbre, le poisson rouge, qui a des rayures plus claires. Cette découverte a démontré l’importance des modèles de poisson zèbre pour étudier des questions importantes sur la biologie humaine et les maladies, y compris l’albinisme et le mélanome.

Les tomodensitogrammes, comme les tomodensitogrammes humains, utilisent une série de rayons X pris à des angles légèrement différents pour calculer ou reconstruire des représentations 3D de l’objet d’origine. Pour la tomodensitométrie, les échantillons sont plus petits et la résolution développée par l’équipe de Cheng est 2 000 fois plus élevée. Katz a utilisé de l’argent pour colorer la mélanine, permettant aux chercheurs de déterminer l’emplacement 3D et la densité de la mélanine à partir de scans de poisson zèbre entier.

Pour effectuer l’imagerie, Cheng Lab s’est associé à Dilworth Parkinson sur la source lumineuse avancée des laboratoires nationaux Lawrence Berkeley à Berkeley, en Californie, qui abrite l’une des sources de rayons X synchrotron les plus puissantes des États-Unis, où il dirige une ressource CT appropriée. Pour l’imagerie tissulaire aux rayons X de Cheng. Le nouveau système de détection par rayons X in vitro est conçu pour atteindre une précision sans précédent d’échantillons entiers de la taille d’un poisson zèbre ou de biopsies humaines. L’équipe a scanné le poisson zèbre avec une couleur normale et variable, y compris l’or.

Les chercheurs ont pu visualiser chaque cellule contenant de la mélanine, appelée mélanocyte, dans le poisson, cartographiant chacun de ses emplacements dans une image 3D. De plus, ils ont pu obtenir des mesures quantitatives de leur teneur en mélanine, permettant pour la première fois une comparaison directe de la teneur en mélanine chez des poissons normaux et mutants. Ils ont publié les résultats de leur étude dans eLife.

Ce travail a jeté les bases d’autres recherches sur les carcinomes contenant de la mélanine, ou mélanomes, qui sont généralement classés selon la profondeur de l’invasion des cellules cancéreuses. Selon Cheng, chercheur au Penn State Cancer Institute, un certain nombre de modèles de cancer de la peau existent à partir du poisson zèbre et peuvent être étudiés à l’aide de la nouvelle technique. Katz et Cheng ont déclaré que les mélanomes humains peuvent être colorés à l’argent et imagés de la même manière pour caractériser pleinement les cellules tumorales et leurs dispositions dans les tumeurs. Ils prédisent que les scientifiques pourront, par exemple, compter le nombre de cellules cancéreuses présentant des caractéristiques différentes et étudier plus spécifiquement l’invasion, une caractéristique centrale du cancer, et aider les cliniciens à prendre des décisions pronostiques et thérapeutiques.

À l’avenir, Cheng Lab continuera à développer de nouvelles méthodes optiques et de coloration pour étendre les applications d’imagerie histologique. Cette étude représente une preuve de principe de la façon d’effectuer une analyse informatique 3D du corps entier d’organismes et de tissus à l’aide de la tomodensitométrie qui peut permettre une compréhension plus complète de la fonction des gènes.

Maxim Yakovlev, Daniel Vanslow, Yifu Deng, Alex Lin, Victor Canfield et Khai Zhong Ang du Penn State Medical College ont également contribué à cette recherche. Le nouveau système de lentilles utilisé dans l’étude a été conçu et construit par Yuxin Wang de Mobile Imaging Innovations Inc. Les auteurs ont déclaré qu’il n’y avait pas d’intérêts concurrents.


Une précision et un volume accrus font passer la tomodensitométrie et le diagnostic au niveau supérieur


Plus d’information:
Spencer R. Katz et al, Caractérisation quantitative 3D de l’organisme entier de la mélanine du poisson zèbre par dépôt d’argent par tomodensitométrie, eLife (2021). DOI : 10.7554 / eLife.68920

Informations sur la revue :
eLife

la citation: Une nouvelle méthode d’imagerie d’objets entiers en 3D met en évidence les principaux pigments de la peau (2021, 5 octobre) Récupéré le 5 octobre 2021 sur https://phys.org/news/2021-10-image-3d-key-skin- pigment .langage de programmation

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