Défis de l'imagerie des modèles in vitro ; Partie 1 : Champ de vision

Par Parisa Iloun, avril 2026

En neurosciences, les échantillons biologiques englobent une grande variété de structures. Parmi celles-ci figurent les sphéroïdes, les organoïdes et les assembloïdes, ainsi que des modèles in vivo tels que les embryons de poisson-zèbre, de C. elegans et de drosophile, et des préparations in vitro comme les tranches de cerveau entier de rongeurs, entre autres. En contexte expérimental, l'imagerie de ces échantillons dans leur intégralité, à résolution cellulaire, permet de répondre à des questions fondamentales, par exemple pour étudier des processus fonctionnels tels que les dysfonctionnements des réseaux neuronaux dans des modèles de maladies ou l'activité synchronisée au sein de réseaux interconnectés. L'imagerie de structures entières est également essentielle pour étudier la dynamique du développement, notamment la migration cellulaire et la croissance des projections axonales au sein d'organoïdes interconnectés, afin d'établir des circuits neuronaux fonctionnels.

Toutefois, Saisir la structure complète de ces modèles reste un défi, principalement en raison de leur taille relativement importante. Les sphéroïdes ont généralement une taille comprise entre 100 à 500 µm, organoïdes issus de 0.5 – 3 mmet les assembloïdes peuvent atteindre 1 – 4 mm ou plus. Des organismes entiers, comme des larves de poisson-zèbre et des tranches de cerveau, peuvent également s'étendre. plusieurs millimètresEn revanche, le champ de vision (FOV) de nombreuses techniques de microscopie courantes est soit limité à quelques centaines de micromètres, soit, pour des FOV plus importants, ne permet pas d'obtenir une résolution unicellulaire. Il existe donc un compromis entre résolution et FOV, de nombreuses techniques de microscopie étant optimisées pour l'une ou l'autre, sans pouvoir offrir à la fois un large FOV et une résolution cellulaire.

À gauche : image de l’assembloïde, acquise avec VoluScan™. À droite : neurones individuels identifiés et traces cellulaires extraites avec le logiciel d’analyse danse™.

, par exemple en : microscopie à deux photons est optimisé pour imagerie à haute résolution spatiale et en profondeur [2]. Elle permet la visualisation des structures subcellulaires et peut pénétrer plus profondément dans les tissus diffusants que la microscopie à fluorescence conventionnelle. Cependant, cela a pour prix un champ de vision limité, ce qui le rend moins adapté à l'imagerie de la dynamique cellulaire à travers une grande structure.

Pendant ce temps, régulier microscopes à épifluorescence Ces microscopes présentent le problème inverse : pour les échantillons de taille moyenne (< 2.5 mm), il est nécessaire d’utiliser un objectif à faible grossissement afin de les imager intégralement, ce qui réduit généralement la résolution optique et la qualité du signal. De plus, ces types de microscopes ne permettent pas d’imager de grands échantillons (de 2.5 à 5 mm).

En revanche, Microscopie à feuille de lumière propose une approche alternative en permettant Imagerie volumétrique rapide et champs de vision relativement larges [3]. Elle est particulièrement adaptée à l'imagerie d'organoïdes entiers, d'assembloïdes ou de cerveaux de poisson-zèbre. Cependant, ces systèmes sont souvent complexes, nécessitent une préparation d'échantillons spécialisée et peuvent être un prix prohibitif, limitant ainsi leur accessibilité pour de nombreux laboratoires.

Il existe donc un besoin en solutions d'imagerie offrant des champs de vision millimétriques tout en préservant la résolution cellulaire, à un coût abordable. Pour répondre à ce besoin, Doric Lenses a développé un système de microscopie avancé : le microscope à épifluorescence monophotonique VoluScan™.

Le système VoluScan™ peut imager grands échantillons à l'échelle millimétrique (jusqu'à un champ de vision d'environ 5 x 5 mm, soit environ deux fois plus grand que celui des microscopes à fluorescence classiques) tandis que maintien de la résolution cellulaire (résolution d'environ 2.7 µm) et couverture en profondeur jusqu'à environ 150 µm. Cela la rend particulièrement précieuse pour des applications telles que le suivi de la migration cellulaire, la dynamique des populations ou les modèles d'activité à grande échelle sur des échantillons entiers [5].

Comparaison de la taille relative des échantillons et du champ de vision VoluScan™ (encadrés bleus)

Pour des échantillons plus petits, inférieurs à 2.5 mm, le VoluScan™ peut être associé à un objectif à grossissement plus élevé (deux fois supérieur à celui d'un microscope standard), doublant ainsi la résolution optique et multipliant par quatre la quantité de fluorescence collectée. Une comparaison du VoluScan et d'un microscope à épifluorescence conventionnel en termes de champ de vision et de résolution, avec différents objectifs, est présentée ci-dessous :

Un exemple convaincant d'application de VoluScan™ à imagerie d'assembloïdes à grande échelle Cette étude provient du laboratoire de Sergiu P. Pașca à l'Université de Stanford. Dans une étude récente, Miura et al. (2024, bioRxiv) ont imagé un grand assemblage (~2 × 2 mm²) composé de quatre organoïdes interconnectés dans son intégralité. À l'aide de VoluScan™, les auteurs ont enregistré Activité calcique de cellules vivantes (GCaMP8s) provenant de plus de 400 cellules au sein d'un seul assemblage. et a démontré un modèle fonctionnel du circuit cortico-striato-thalamo-cortical. La résolution cellulaire obtenue a permis la validation de activité neuronale coordonnée dans les quatre régions organoïdes [5].

Image modifiée adaptée de Miura et al. (2024, bioRxiv)

De plus, pour répondre aux besoins des applications d'imagerie biologique, VoluScanMC Ce système est conçu pour l'imagerie d'une large gamme de capteurs fluorescents, notamment GCaMP, jRGECO, dLight et autres. Il peut également être facilement intégré à d'autres modalités expérimentales telles que des sources lumineuses (pour l'optogénétique ou le démasquage), des enregistrements électrophysiologiques et des systèmes d'administration de liquides.

De plus, VoluScan™ est compatible avec les systèmes de contrôle environnemental tels que la chambre d'incubation Tokai Hit, permettant ainsi des conditions d'imagerie cellulaire en temps réel stables à long terme. La deuxième génération de VoluScan™ (Gen2) est équipée d'une platine 3D motorisée, permettant l'imagerie séquentielle de plusieurs régions sur des échantillons de grand format, notamment des plaques multipuits et des boîtes de Petri. En définissant au préalable les régions d'intérêt, les utilisateurs peuvent réaliser des acquisitions 3D. des expériences d'imagerie automatisées à haut débit, telles que des acquisitions nocturnes, accélèrent considérablement la collecte de données.

Références:

1. Clevers, H. (2016). Modélisation du développement et des maladies à l'aide d'organoïdes. Téléphone
2. Lancaster, MA, & Knoblich, JA (2014). Organogenèse en boîte de Petri : modélisation du développement et des maladies à l'aide des technologies organoïdes. Science.
3. Denk, W. et al. (1990). Microscopie de fluorescence à balayage laser à deux photons. Science.
4. Ahrens, MB et al. (2013). Imagerie fonctionnelle du cerveau entier à résolution cellulaire à l'aide de la microscopie à feuille de lumière. Méthodes de la nature.
5. Miura, Y. et al. (2024). Modèle d'assembloïde pour l'étude des circuits neuronaux du système nerveux humain. BioRxiv