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  PHOTOMÉTRIE À FIBRE

La photométrie par fibre est une technique de neuroimagerie puissante permettant de surveiller l'activité des populations neuronales chez les animaux en activité, notamment les rongeurs et les primates.

Pour observer l’activité neuronale, avant l’implantation de la canule, la zone cérébrale ciblée est injectée avec des indicateurs fluorophores génétiquement codés, notamment GCaMP, dLight, GRAB-Ach, RCaMP, jRGECO1, etc. Ces indicateurs possèdent des propriétés de fluorescence, ce qui signifie qu’ils émettent de la lumière à une longueur d’onde plus longue après avoir absorbé de la lumière à une longueur d’onde plus courte (lumière d’excitation). Cependant, pour que cette fluorescence se produise, les indicateurs doivent également se lier à des molécules (par exemple, la dopamine, l’acétylcholine, les ions calcium), qui augmentent pendant l’activité neuronale. Par conséquent, en mesurant l’émission fluorescente du tissu cérébral, les chercheurs peuvent mesurer indirectement le niveau de molécules comme indicateur de l’activité de la population neuronale lors de comportements complexes.
La méthode de photométrie par fibre optique offre plusieurs avantages, notamment une faible invasion, un faible coût, une simplicité par rapport aux autres méthodes et la possibilité de surveiller des zones cérébrales profondes. Néanmoins, il existe des inconvénients à prendre en compte, par exemple, la résolution spatiale du signal de photométrie est limitée à la population neuronale, contrairement à nos systèmes de microscopie miniature qui permettent l'imagerie d'une cellule unique.

La méthode de photométrie par fibre optique offre plusieurs avantages, notamment une faible invasion, un faible coût, une simplicité par rapport aux autres méthodes et la possibilité de surveiller des zones cérébrales profondes. Néanmoins, il existe des inconvénients à prendre en compte, par exemple, la résolution spatiale du signal de photométrie est limitée à la population neuronale, contrairement à nos systèmes de microscopie miniature qui permettent l'imagerie d'une cellule unique.

Doric Lenses Inc. est un leader reconnu dans le développement de produits de pointe pour la photométrie par fibre optique chez les animaux en comportement, stimulant l'innovation dans ce domaine en évolution rapide. L'image ci-dessous donne un résumé global de tous les systèmes de photométrie conçus jusqu'à présent dans l'entreprise. Chaque système est méticuleusement conçu pour répondre aux besoins et aux défis spécifiques rencontrés par les utilisateurs.

Trois grandes catégories de systèmes de photométrie sont divisées en fonction de leur détecteur : Système de base : photodétecteur à haute sensibilité et haute résolution temporelle. Systèmes en faisceaux : une caméra CMOS capture simultanément plusieurs fibres. Système FluoPulses : un photodétecteur rapide mesure les variations de la durée de vie de la fluorescence.

  SYSTÈMES DE BASE

Les systèmes de photométrie à fibre optique de base sont conçus pour enregistrer les signaux de fluorescence échantillonnés avec une fibre optique par cube. Cependant, il est possible de combiner plusieurs cubes pour enregistrer à partir de plusieurs sites de souris ou de cerveau. Doric Lenses propose trois (3) configurations de système différentes pour s'adapter aux expériences avec des animaux en mouvement libre. Le mini-cube de photométrie à fibre optique (FMC), le mini-cube de photométrie à fibre optique rotatif (RFMC) et le système de photométrie sans fil. Les FMC peuvent être sous-catégorisés en 3 types (FMC, iFMC et ilFMC) en fonction de leur niveau d'intégration (voir l'image ci-dessous). Le FMC dispose d'un cube de fluorescence entièrement optique avec des sources lumineuses externes et un détecteur pour l'enregistrement des signaux de photométrie. Cette conception modulaire le rend hautement personnalisable pour différentes applications. Cependant, l'iFMC ne nécessite qu'une source lumineuse séparée car le photodétecteur est intégré dans le cube à dessein pour augmenter le rapport signal/bruit. L'ilFMC contient tous les détecteurs et sources lumineuses dans le cube. Ainsi, non seulement le rapport signal/bruit s'améliore, mais le système est également plus simple et convivial. Notamment, tous les systèmes FMC peuvent être utilisés avec nos joints rotatifs à queue de cochon (FRJ_1x1_PT, FRJ_2x2_PT et AFRJ_2x2_PT) pour des expériences à long terme et en mouvement libre sur 1 ou 2 sites. Dans le mini-cube de photométrie à fibre rotative (RFMC), le cube de fluorescence, la lumière d'excitation et les détecteurs sont intégrés sur les joints rotatifs eux-mêmes. Cette configuration unique minimise les artefacts de mouvement dans le signal, ce qui se traduit par une collecte de données plus fiable. Parallèlement, le détecteur est également intégré à l'intérieur du cube pour augmenter le rapport signal/bruit. Par conséquent, le système RFMC bénéficie de l'enregistrement du signal de la plus haute qualité parmi toutes les options, bien qu'à un coût légèrement plus élevé. Le joint rotatif contient également un canal creux pour le passage de câbles ou de tubes supplémentaires pour la stimulation optogénétique, l'administration de fluides ou l'enregistrement électrophysiologique, sur un site distinct des sites de photométrie. Enfin, considérant que les configurations câblées conduisent souvent à des problèmes d'enchevêtrement chez les animaux en mouvement libre, en particulier lors de l'interaction sociale de plusieurs souris dans la même cage, chez Doric Lenses, nous avons récemment développé une nouvelle solution, le produit de photométrie sans fil. Deux lumières d'excitation, un détecteur et toute l'électronique et l'optique sont intégrés sur une tête légère alimentée par batterie avec communication sans fil. Ce système est idéal pour étudier la population neuronale qui sous-tend les comportements sociaux, mais il est limité à la détection d'émission verte à 1 couleur (500-550 nm) avec 2 excitations ; isosbestique (405, 415 nm) et fonctionnelle (470 nm). Tous les systèmes de base utilisent des algorithmes de démodulation de signaux verrouillés ou entrelacés. Les photodétecteurs des systèmes de base capturent également des données à un taux d'échantillonnage élevé, qui est ensuite sous-échantillonné à 60 Hz. De plus, les systèmes FMC sont compatibles avec l'optogénétique décalée vers le rouge sur le site de photométrie, tandis que le RFMC ne peut prendre en charge que les stimulations optogénétiques dans un site différent.

  SYSTÈMES DE GROUPES 

Alors que les systèmes de photométrie à fibre optique de base sont généralement conçus pour enregistrer à partir d'un seul cerveau de souris, plusieurs cubes peuvent encore être combinés pour enregistrer à partir de plusieurs souris ou de plusieurs régions cérébrales. Cependant, cette approche augmente rapidement la complexité de la configuration et pose des défis dans la synchronisation des enregistrements, en particulier pour 3 sites/animaux ou plus. Pour résoudre ce problème, Doric Lenses a conçu une série de systèmes de photométrie à faisceaux, spécifiés pour l'enregistrement simultané de plusieurs animaux ou de différentes régions cérébrales d'une seule souris (1 à 19 régions cibles), le tout à un prix raisonnable. Le système de photométrie à faisceaux comprend 3 sous-catégories, dont le système de photométrie à faisceaux de fibres (BFMC), la photométrie à faisceaux de fibres avec optogénétique ciblée (BFTO) et la photométrie à faisceaux de fibres rotative (RBFMC) (voir l'image ci-dessous). Le BFMC a deux versions en fonction du niveau d'intégration. La nouvelle version du système BFMC a une conception entièrement intégrée (caméra CMOS, LED, pilote de LED et console), simplifiant grandement la configuration par rapport au système BFMC standard. Cependant, les deux systèmes BFMC ne sont pas compatibles avec l'optogénétique. Le système BFTO est spécialement conçu pour combiner la photométrie multifibre et l'optogénétique ciblée. Le contrôle optogénétique multisite indépendant est idéal pour les expériences d'optogénétique en boucle fermée (à la fois multi-animaux et/ou multi-sites). Ce système offre la plus grande flexibilité pour les expériences courantes en neurosciences. Contrairement aux systèmes BFMC et BFTO, le RBFMC dispose d'un cube rotatif qui permet d'éliminer les artefacts de mouvement, ce qui permet d'obtenir des signaux de haute qualité. Cependant, cet avantage a pour prix d'être limité à l'enregistrement de différentes régions cérébrales d'une seule souris. De plus, le RBFMC comprend des capacités optogénétiques qui peuvent éclairer tous les sites simultanément. Tous les systèmes de faisceaux utilisent un détecteur de caméra CMOS qui image simultanément l'ensemble du faisceau de fibres. Les LED de puissance excitent l'ensemble du faisceau de fibres, et le signal de photométrie est ensuite échantillonné à 10-20 Hz selon la configuration.

  VIE

FluoPulse™ est un nouveau système de photométrie de Doric Lenses qui fonctionne en mesurant la durée de vie des fluorophores plutôt que le niveau d'intensité de fluorescence. Il est conçu pour mesurer les durées de vie de fluorescence comprises entre 1 et 10 ns et peut résoudre des différences de durée de vie de 10 à 20 ps. Les durées de vie photométriques mesurées sont ensuite moyennées à 10 Hz pour obtenir un signal photométrique. Ainsi, il est compatible avec la plupart des biocapteurs conçus pour la microscopie à durée de vie de fluorescence (FLIM) et le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET), notamment FLIM-AKAR, GRAB-Ach3.0, etc. En échantillonnant la durée de vie des fluorophores plutôt que leur intensité, FluoPulse™ offre plusieurs avantages, notamment une imagerie de fluorescence très stable qui résiste au niveau d'expression du capteur, à l'autofluorescence, au photoblanchiment, à la puissance d'excitation, aux artefacts de mouvement et à la lumière ambiante. Cela le rend idéal pour les études à long terme qui durent des semaines ou des mois, ainsi que pour comparer les résultats entre différents animaux, points temporels et régions du cerveau.