Le Laser fuse depuis 50 ans

Dans son laboratoire de biologie(1), à l’Université de Rennes 1, François Tiaho n’en revient toujours pas : « On a réussi à faire quelque chose de vraiment original... ! » Au départ, le chercheur devait observer des neurones, « mais les molécules à analyser n’étaient pas prêtes, explique-t-il. En attendant, pour tester l’appareil de mesure – un microscope couplé à un laser femtoseconde – et apprendre à le maîtriser, on a cherché à observer d’autres cellules. Voilà comment on a commencé à travailler sur les muscles. »

Des impulsions ultrarapides

Les muscles sont constitués de cellules de forme allongée appelées myofibres. Elles contiennent les sarcomères, unités élémentaires de la contraction musculaire, organisés en chaînes appelées myofibrilles. Chaque sarcomère est composé d’un millier de myofilaments épais, eux-mêmes constitués de molécules de myosine. Avec ses impulsions ultrarapides (1 femtoseconde = 10-15 secondes), le laser femtoseconde permet de faire de l’imagerie harmonique, c’est-à-dire basée sur la vibration à l’échelle atomique. « La myosine est une molécule en forme d’hélice qui a une signature harmonique. C’est ce que nous avons montré dans notre première publication, en 2007(2). L’intérêt c’est qu’on peut maintenant la repérer sans avoir recours à des marqueurs exogènes comme des colorants. »

La deuxième phase des travaux a été l’observation à une échelle supérieure : celle de l’organisation des myofilaments. « L’agencement des molécules de myosine au sein d’un myofilament épais fait apparaître une symétrie centrale, précise François Tiaho. Quand on les excite avec le laser femtoseconde, elles se comportent un peu comme des aimants : elles sont polarisées. Les dipôles centraux étant inversés, ils s’annulent et on observe une atténuation du signal harmonique. Nous avons ainsi observé et publié en 2009 que l’atténuation augmente quand les myofilaments épais sont désorganisés. » La désorganisation des myofilaments musculaires correspond à une dégradation qui peut être due au vieillissement, à l’exposition à des radicaux libres, à l’oxydation, à des myopathies...

Cette vue en 2D d’une section de muscle a été obtenue en couplant l’imagerie harmonique, basée sur la vibration des molécules et la fluorescence, obtenue grâce à un marqueur. Deux bandes vertes délimitent un sarcomère avec au centre la zone des filaments épais de myosine (rouge).
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Il accélère le vieillissement

« On a travaillé sur des cellules de crapauds, de rats et on observait toujours une atténuation du signal. » C’est là le troisième “coup” des biologistes(3). En fait, c’est la lumière du laser qui provoquait la dégradation ! Le laser femtoseconde peut donc être utilisé pour reconstituer, en quelques minutes, les conditions du vieillissement sur plusieurs années.

« Aujourd’hui, nous avons besoin d’experts médicaux pour comprendre les mécanismes responsables de la dégradation. Nous cherchons à travailler sur de vraies pathologies musculaires afin de valider nos hypothèses de travail. » Un contact a été pris avec des chercheurs de l’école vétérinaire de Nantes qui travaillent sur la myopathie de Duchenne (dégénérescence du muscle) chez le chien golden retriver. François Tiaho a aussi rencontré l’équipe de médecine du sport de Paul Delamarche, de l’Université Rennes 2. « Ces collègues étudient l’impact du régime alimentaire plus ou moins riche en antioxydants chez le cochon soumis à un stress induisant des radicaux libres qui vont aller endommager les muscles. »

Dans le secteur de l’agroalimentaire

Les derniers contacts initiés par les biologistes sont issus du secteur de l’agroalimentaire : l’Institut français du porc (basé au Rheu, 35) y voit un intérêt pour suivre la qualité de la viande. Les applications générées par les observations au laser femtoseconde balayent large !