En tant que forme prédominante de la protéine amyloïde, les enchevêtrements de tau sont devenus un axe majeur de recherche pour découvrir les mécanismes sous-jacents à la neurodégénérescence. Différents types d’agrégats de tau, y compris les fibres de tau et les oligomères, sont impliqués dans un large éventail de maladies neurodégénératives. Cependant, le mécanisme de formation des agrégats tau et les voies pathologiques associées restent mal compris.

L’étude de l’agrégation de tau nécessite des outils d’imagerie chimique à haute résolution capables de caractériser les agrégations intracellulaires volumétriques de tau dans leurs environnements natifs. Plusieurs méthodes ont été développées pour cela, telles que la cristallographie aux rayons X, la cryo-microscopie électronique (Cryo-EM), la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, la spectroscopie de dichroïsme circulaire et la spectroscopie infrarouge basée sur la microscopie à force atomique.

Ces méthodes ont fait de grands progrès dans la caractérisation de différents types de protéines amyloïdes, y compris les agrégats tau. Cependant, les solutions actuelles sont fondamentalement limitées par leur incapacité à fournir une spectroscopie volumétrique spécifique au site et une imagerie 3D des assemblages de protéines intracellulaires dans leurs états cellulaires natifs. Par conséquent, le défi de restaurer les informations chimiques 3D des assemblages de protéines intracellulaires dans leurs environnements cellulaires d’origine reste un obstacle important.

Dans un article récent sur La science de la lumière et ses applicationsLe Dr Ji-Xin Cheng du Photonics Center de l’Université de Boston, le Dr Jian Zhao (ancien membre du Cheng Lab de l’Université de Boston) du Bequewer Institute for Learning and Memory du MIT, le Dr Benjamin Louzen de la FT-Boston University School of Medicine et le Dr. Li Tian du Département d’électricité et de génie de l’Université de Boston et leurs collègues ont développé un microscope optique infrarouge (IR moyen) guidé par ordinateur connu sous le nom de fluorescence guidée par Bond. Tomographie sélective par aberration d’intensité (FBS-IDT). FBS-IDT intègre l’imagerie bidimensionnelle par fluorescence à photon unique dans la tomographie par diffraction pulsée à intensité MIP. Cette technologie innovante permet l’imagerie chimique 3D spécifique aux molécules et la spectroscopie infrarouge moyen spécifique au site des fibres tau intracellulaires dans le fluide intercellulaire.

Plus précisément, FBS-IDT permet une extraction efficace des informations chimiques concernant des groupes de protéines sélectionnés à partir de signaux protéiques de fond dans les fluides cellulaires. L’imagerie spectrale 3D de FBS-IDT peut atteindre une vitesse élevée (~ 0,05 Hz, jusqu’à ~ 6 Hz) et une haute résolution (~ 350 nm horizontal, ~ 1,1 µm axial). Tirant parti de la capacité de l’imagerie de chimiotaxie hyperspectrale 3D, FBS-IDT démontre la relation possible entre les fibres tau et l’accumulation de lipides. Notamment, cette technique est capable d’extraire des spectres d’empreintes digitales dans l’infrarouge moyen résolus en profondeur et de visualiser la structure secondaire des protéines des fibrilles tau intracellulaires dans l’espace 3D.

Les scientifiques ont souligné l’importance et les avantages de la technologie FBS-IDT : « FBS-IDT surmonte les défis associés à l’imagerie chimique 3D des grappes de protéines amyloïdes intracellulaires et de leurs structures secondaires de protéines dans des environnements liquides. Cette réalisation est obtenue grâce à un dépistage sans balayage. Conception modulaire utilisant la microscopie de terrain Incandescence à faible coût avec des sources lumineuses supplémentaires. Le coût du système FBS-IDT est au moins 30 fois inférieur à celui des dernières méthodes de microscopie électronique, telles que Cryo-EM, et entraîne des frais d’exploitation négligeables. Ce plateau de table abordable convient à une utilisation de routine dans la plupart des environnements de laboratoire.  »

« Notre technique n’impose aucune limitation supplémentaire sur les échantillons biologiques, ouvrant ainsi une nouvelle voie pour l’imagerie in vivo des assemblages de protéines intracellulaires. De plus, notre méthode est basée sur une conception modulaire qui peut être facilement adaptée pour répondre à diverses exigences d’imagerie. Nous croyons fermement que le FBS-Our IDT pourrait apporter de nouvelles contributions à la recherche sur la neurodégénérescence et à diverses applications biomédicales. » Les scientifiques ont ajouté.