Une équipe dirigée par l'Université technologique de Nanyang (NTU) de Singapour a, pour la première fois, capturé une infime contraction mécanique des cellules de la vision nocturne de l'œil lors de la détection de la lumière. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à un dépistage plus précoce et non invasif des maladies causant la cécité.
Une équipe dirigée par l'Université technologique de Nanyang, à Singapour, a capturé un minuscule mouvement mécanique dans l'œil au moment précis où il détecte la lumière — une découverte qui pourrait changer la façon dont les médecins repèrent les maladies cécitantes bien avant que la vision ne soit perdue.
Grâce à une technique d'imagerie avancée, une équipe internationale a observé une contraction rapide des photorécepteurs à bâtonnets, les cellules responsables de la vision nocturne, chez l'homme et le rongeur vivants. Ces cellules nous permettent de voir dans la pénombre et sont parmi les premières à se détériorer dans des pathologies comme la dégénérescence maculaire liée à l'âge et la rétinite pigmentaire.
Tong Ling, chercheur principal et professeur adjoint à l'École de chimie, de génie chimique et de biotechnologie de l'Université technologique de Nanyang (NTU), a décrit le mouvement nouvellement observé comme une sorte de point d'allumage pour la vision.
« Le "tressaillement" des cellules de la vision nocturne de l'œil est comparable à l'étincelle d'allumage de la vision. Nous savons depuis longtemps que ces cellules produisent des signaux électriques lorsqu'elles absorbent la lumière, mais personne n'avait, jusqu'à présent, signalé la contraction mécanique concomitante de ces cellules à l'intérieur des yeux vivants, que ce soit chez l'homme ou chez les rongeurs », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
Les bâtonnets, photorécepteurs situés dans la rétine au fond de l'œil, constituent la grande majorité de ses cellules photosensibles. Extrêmement sensibles, ils réagissent à de très faibles niveaux de lumière, ce qui les rend essentiels à la vision nocturne mais aussi vulnérables aux dommages précoces.
Ling a fait remarquer que ces travaux mettent en lumière une étape fondamentale du processus par lequel l'œil transforme la lumière en signaux que le cerveau peut comprendre.
« Ces résultats révèlent une étape fondamentale du processus par lequel les photorécepteurs à bâtonnets détectent la lumière et transmettent l’information visuelle au cerveau. Ces cellules représentent environ 95 % de tous les photorécepteurs de la rétine humaine », a-t-il ajouté.
Les résultats de l'équipe ont été présentés par Ling lors de la réunion annuelle 2024 de l'Association pour la recherche en vision et en ophtalmologie. publié dans la revue Light: Science & Applications.
Pour parvenir à cette découverte, les chercheurs ont utilisé une méthode de pointe appelée optorétinographie, ou ORG. Contrairement aux examens ophtalmologiques traditionnels qui reposent sur des enregistrements électriques ou nécessitent des flashs lumineux et un contact avec l'œil, l'ORG permet de détecter des mouvements extrêmement infimes des cellules rétiniennes sans colorants, sans marquages et sans contact avec l'œil.
Grâce à l'ORG, les scientifiques ont mesuré une contraction rapide des bâtonnets, pouvant atteindre environ 200 nanomètres (soit un millième de l'épaisseur d'un cheveu humain), en seulement 10 millisecondes après l'impact de la lumière sur la rétine. C'est plus rapide qu'un battement d'ailes de colibri.
En combinant ces mesures à une modélisation biophysique, l'équipe a établi un lien entre ce mouvement et l'activation de la rhodopsine, la molécule photosensible présente dans les bâtonnets. Lorsque la rhodopsine absorbe la lumière, elle déclenche une cascade d'événements qui aboutit à la génération des signaux électriques transmis au cerveau par le nerf optique. Ce léger tremblement mécanique observé semble être l'un des premiers signes physiques du déclenchement de ce processus.
Ramkumar Sabesan, co-auteur de l'étude et professeur adjoint de recherche au département d'ophtalmologie de la faculté de médecine de l'université de Washington, a souligné à quel point il pourrait être utile d'observer les bâtonnets en action en temps réel.
« C’est la première fois que nous observons ce phénomène dans les bâtonnets d’un œil vivant. Un dysfonctionnement des bâtonnets est l’un des premiers signes de nombreuses maladies rétiniennes, notamment la DMLA et la rétinite pigmentaire. La possibilité de suivre directement la réponse des bâtonnets à la lumière nous offre un outil précieux pour le dépistage précoce et le suivi de la réponse au traitement, avec une sensibilité supérieure à celle de tout instrument de diagnostic conventionnel », a-t-il déclaré dans le communiqué de presse.
Aujourd'hui, de nombreux outils cliniques d'évaluation de la fonction des bâtonnets sont relativement imprécis. Ils peuvent contraindre les patients à subir des tests inconfortables ou ne détecter les lésions qu'à un stade avancé. L'ORG, non invasive et sans contact, pourrait faciliter un dépistage plus fréquent et permettre de déceler des changements subtils dans la santé des bâtonnets avant même l'apparition des symptômes.
Ces nouveaux travaux s'appuient sur une technique antérieure du même groupe de recherche, publiée en 2024, qui mesurait les mouvements plus lents des bâtonnets en réponse à des stimuli visuels de faible intensité. Ensemble, ces approches offrent une image plus complète du comportement des bâtonnets à différentes échelles de temps et sous différentes intensités lumineuses, fournissant potentiellement aux cliniciens un ensemble de signaux plus riche pour le suivi des maladies.
Des experts indépendants affirment que cette technologie pourrait révolutionner la science et la médecine. Jost Jonas, ophtalmologue et chercheur clinicien, directeur du département d'ophtalmologie de l'université de Heidelberg en Allemagne, a qualifié cette approche de novatrice et prometteuse.
« L’optorétinographie, technique novatrice, est très intéressante et prometteuse sur les plans clinique et scientifique, car elle permet pour la première fois la visualisation non invasive des mouvements des structures cellulaires de l’œil d’une personne vivante à l’échelle nanométrique. Ceci est valable pour les bâtonnets, photorécepteurs, ainsi que pour les autres cellules de la rétine », a-t-il déclaré.
Il a ajouté que cette méthode « pourrait ainsi ouvrir de nouvelles perspectives pour mieux comprendre le fonctionnement des cellules rétiniennes et leurs relations avec les cellules voisines, et pourrait également permettre, sur le plan clinique, un diagnostic plus précis et potentiellement plus précoce des maladies rétiniennes, en particulier des troubles affectant principalement les photorécepteurs », soulignant ainsi sa portée potentielle au-delà des seules cellules à bâtonnets.
Ce projet a réuni des ingénieurs biomédicaux, des physiciens et des scientifiques cliniciens de plusieurs institutions, notamment des équipes du Singapore Eye Research Institute et de la Duke-NUS Medical School, qui ont apporté leur expertise en imagerie rétinienne et en modèles rongeurs.
À l'avenir, les chercheurs envisagent que l'ORG soit perfectionnée et adaptée à une utilisation en clinique ophtalmologique. Si de futures études confirment que de subtiles variations dans l'activité des bâtonnets peuvent signaler de manière fiable une maladie à un stade précoce, les médecins pourraient un jour utiliser un examen rapide et indolore pour dépister les affections rétiniennes à un stade où les traitements ont les meilleures chances de préserver la vue.
Pour les patients à risque de cécité, cela pourrait signifier quelque chose de simple mais de profond : préserver l’étincelle de la vision pendant de nombreuses années encore.