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Solutions de photométrie à fibre

La photométrie des fibres est une technique de neuroimagerie qui surveille l'activité neuronale dans se déplacer librement animaux. Cette technique utilise des indicateurs fluorescents génétiquement codés (par exemple, GCaMP, dLight, GRAB-Ach, RCaMP, jRGECO1) exprimés dans des régions cérébrales ciblées. Ces indicateurs ne fluorescent que lorsqu'ils sont liés à des molécules telles que le calcium, la dopamine ou l'acétylcholine, ce qui permet de détecter dynamique moléculaire en temps réel lors de comportements complexes.

Contrairement à Miniscopes doriques, qui résolvent l'activité unicellulaire, la photométrie des fibres enregistre les signaux de population (c'est-à-dire la fluorescence globale des neurones marqués). Mais contrairement à la microscopie, la photométrie par fibre optique est un peu envahissant, optimisé pour multi-animal & multi-sites des expériences, et plus rentable.

Comparaison des systèmes de photométrie à fibre optique

Doric Lenses Inc. est un leader reconnu dans les solutions avancées de photométrie par fibre optique pour le comportement animal, stimulant l'innovation dans ce domaine en pleine évolution. L'image ci-dessous illustre aperçu de tous les systèmes de photométrie actuellement disponibles. Chaque système a été soigneusement conçu pour répondre aux besoins et défis expérimentaux spécifiques.

Les systèmes de photométrie sont divisés en fonction de leur détecteur :

  1. Basic: photodétecteur avec haute sensibilité et haute résolution temporelle.
  2. Systèmes de regroupement: Images de caméra CMOS plusieurs fibres simultanément.
  3. vie: mesures photodétecteurs rapides changements dans la durée de vie de la fluorescence au niveau de la nanoseconde.

Systèmes de base de photométrie à fibre

Systèmes de base de photométrie à fibre sont conçus pour enregistrer les signaux de fluorescence échantillonnés avec une fibre optique par cube. Il est toutefois possible de combiner plusieurs cubes pour enregistrer des données provenant de plusieurs sites de souris ou de cerveaux. Doric Lenses propose trois (3) configurations différentes pour s'adapter aux expériences avec des animaux en mouvement. Mini-cube de photométrie à fibre optique (FMC), les Mini-cube de photométrie à fibre rotative (RFMC) et le Photométrie sans fil système.

La FMC Les systèmes FMC sont classés en deux catégories : FMC, iFMC et ilFMC, selon leur niveau d'intégration. Le FMC est doté d'un cube de fluorescence tout optique avec sources lumineuses externes et détecteur pour l'enregistrement des signaux photométriques. Sa conception modulaire le rend hautement personnalisable pour différentes applications. L'iFMC, quant à lui, ne nécessite qu'une source lumineuse distincte, le photodétecteur étant intégré au cube afin d'améliorer le rapport signal/bruit. L'ilFMC intègre l'ensemble détecteur et sources lumineuses dans le cube. Ainsi, non seulement le rapport signal/bruit est amélioré, mais le système est également plus simple et convivial. Tous les systèmes FMC sont notamment compatibles avec nos joints rotatifs à queue de cochon.FRJ_1x1_PT, FRJ_2x2_PT & AFRJ_2x2_PT) pour des expériences à long terme, sur un ou deux sites, en mouvement libre.

Dans le mini-cube de photométrie à fibre rotative (RFMCLe cube de fluorescence, la lumière d'excitation et les détecteurs sont intégrés aux articulations rotatives. Cette configuration unique minimise les artefacts de mouvement dans le signal, ce qui améliore la fiabilité de la collecte de données. Le détecteur est également intégré au cube pour améliorer le rapport signal/bruit. Ainsi, le système RFMC offre la meilleure qualité d'enregistrement du signal parmi toutes les options, malgré un coût légèrement supérieur. L'articulation rotative comporte également un canal creux permettant le passage de câbles ou de tubes supplémentaires pour la stimulation optogénétique, l'administration de fluides ou l'enregistrement électrophysiologique, à un emplacement distinct des sites de photométrie.

Enfin, considérant que les installations filaires entraînent souvent des problèmes d'enchevêtrement chez les animaux en mouvement, notamment lors des interactions sociales entre plusieurs souris dans la même cage, Doric Lenses a récemment développé une nouvelle solution : la photométrie sans fil. Deux lampes d'excitation, un détecteur, l'électronique et l'optique sont intégrés à une tête légère alimentée par batterie et dotée d'une communication sans fil. Ce système est idéal pour étudier la population neuronale responsable des comportements sociaux, mais il est limité à la détection d'émissions vertes unicolores (500-550 nm) avec deux 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 une fréquence d'échantillonnage élevée, puis sous-échantillonnent à 60 Hz. De plus, les systèmes FMC sont compatibles avec l'optogénétique décalée vers le rouge sur le site de photométrie, tandis que les systèmes RFMC ne prennent en charge que les stimulations optogénétiques sur un autre site.


Système de photométrie à fibre groupée

Bien que les systèmes de photométrie à fibre optique de base soient généralement conçus pour enregistrer les données d'un seul cerveau de souris, il est possible de combiner plusieurs cubes pour enregistrer celles de plusieurs souris ou de plusieurs régions cérébrales. Cependant, cette approche complexifie rapidement la configuration et pose des problèmes de synchronisation des enregistrements, notamment pour plus de trois sites/animaux.
Pour résoudre ce problème, Doric Lenses a conçu une série de systèmes de photométrie groupée, 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 groupée comprend 3 sous-catégories, dont la Système de photométrie à fibre groupée (BFMC), Photométrie des fibres en faisceau avec optogénétique ciblée (BFTO) Et le Photométrie à fibre optique à faisceau rotatif (RBFMC) (voir image ci-dessous).
La BFMC Il existe deux versions du système BFMC, selon le niveau d'intégration. La nouvelle version du système BFMC est entièrement intégrée (caméra CMOS, LED, pilote LED et console), ce qui simplifie grandement l'installation par rapport au système BFMC standard. Cependant, ces deux systèmes ne sont pas compatibles avec l'optogénétique.

La BFTO Ce système est spécialement conçu pour combiner photométrie multifibres et optogénétique ciblée. Le contrôle optogénétique multisite indépendant est idéal pour les expériences d'optogénétique en boucle fermée (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 est doté d'un cube rotatif qui élimine les artefacts de mouvement et permet d'obtenir des signaux de haute qualité. Cependant, cet avantage a pour contrepartie la limitation de l'enregistrement de différentes régions cérébrales d'une seule souris. De plus, le RBFMC intègre des fonctionnalités optogénétiques permettant d'éclairer tous les sites simultanément.

Tous les systèmes de faisceaux utilisent un détecteur à caméra CMOS qui capture simultanément l'intégralité du faisceau de fibres. Les LED de puissance excitent l'intégralité du faisceau de fibres et le signal de photométrie est ensuite échantillonné à 10-20 Hz selon la configuration.


FluoPulse™

FluoPulse™ est un nouveau système de photométrie développé par Doric Lenses, qui mesure la durée de vie des fluorophores plutôt que l'intensité de la fluorescence. Il est conçu pour mesurer la fluorescence. durées de vie comprises entre 1 et 10 ns et peut résoudre différences de durée de vie de 10 à 20 psLes 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 hautement stable et résistante au niveau d'expression du capteur, à l'autofluorescence, au photoblanchiment, à la puissance d'excitation, aux artéfacts de mouvement et à la lumière ambiante. Cela le rend idéal pour les études à long terme, s'étendant sur plusieurs semaines ou plusieurs mois, ainsi que pour comparer les résultats entre différents animaux, à différents moments et dans différentes régions cérébrales.

Références externes (Système de photométrie à fibre optique de base)

1. Protocole pour in vivo photométrie bicolore des fibres dans le thalamus de la souris. Protocole Star.10.1016 (2024). Lien 
2. Sharma S et al. La voie inhibitrice de la zone incerta médiane entraîne un comportement exploratoire en inhibant les neurones cunéiformes glutamatergiques. Nat. Commun. 15(1):1160 (2024). Lien 
3. Lee YH et al. Les neurones récepteurs de la leptine hypothalamique latérale stimulent la recherche de nourriture et les comportements de consommation liés à la faim chez les souris mâles. Nat. Commun. 14(1):1486 (2023). Lien
4. Khalil V et al. La voie sous-cortico-amygdale traite les menaces innées et apprises. elife. 12:e85459 (2023). Lien
5. Conde-Berriozabal S et al. Circuits du cortex M2 et altérations comportementales induites par les sens dans la maladie de Huntington : rôle du colliculus supérieur. J. Neurosci. 43(18):3379-3390 (2023). Lien
6. Linders LE et al. La potentialisation induite par le stress des synapses hypothalamiques latérales sur les neurones dopaminergiques de l'aire tegmentale ventrale entraîne une augmentation de la consommation d'aliments savoureux. Nat. Commun. 13(1):6898 (2022). Lien
7. Chen D et al. Déconstruction d'un axe sympathique astrocyte hypothalamique-adipocyte blanc qui régule la lipolyse chez la souris. Nat. Commun. 13(1):7536 (2022). Lien
8. Zessen RV et al. L'activité dopaminergique évoquée par les signaux et les récompenses est nécessaire au maintien des associations pavloviennes apprises. J. Neurosci. 41(23):5004-5014 (2021). Lien 
9. Tecuapetla F et al. L'activité équilibrée dans les voies de projection des noyaux gris centraux est essentielle pour les mouvements contraversifs. Nat. Commun. 5, 4315 (2014). Lien
10. Lerner TN et al. Les analyses du cerveau intact révèlent des informations distinctes véhiculées par les sous-circuits dopaminergiques SNc. Cellule 30, 635-47 (2015). Lien 
11. Kim CK, et al. Mesure rapide et simultanée de la dynamique des circuits à plusieurs endroits du cerveau des mammifères. Nat Methods 13, 325-8 (2016). Lien

 

Références externes (Système de photométrie à faisceau de fibres)

 1. Sayar-Atasoy N et al. Les neurones AgRP codent le temps d'alimentation circadien. Nat. Commun. 27(1):102-115 (2024). Lien
2. Zhuo Y et al. Capteurs GRAB verts et rouges améliorés pour la surveillance de l'activité dopaminergique in vivo. 21(4):680-691 (2024). Lien
3. Qian T et al. Un capteur génétiquement codé mesure la libération temporelle d'ocytocine à partir de différents compartiments neuronaux. Nat Biotechnol. 41(7):944-957 (2023). Lien
4. Guillaumin MCC et al. Démêler le rôle des cellules NAc D1 et D2 dans l'alimentation hédonique. Mol Psychiatry. 28(8):3531-3547 (2023). Lien
5. Toader AC et al. Le thalamus antéromédial régule la sélection et la stabilisation des souvenirs à long terme. Cellule. 186(7):1369-1381.e17 (2023). Lien
6. Sayar-Atasoy N et al. Modulation adrénergique de la voie de la mélanocortine par les signaux de la faim. Nat. Commun. 14(1):6602 (2023). Lien
7. Aklan I et al. Les neurones sérotoninergiques du raphé dorsal suppriment l'alimentation via des circuits redondants du prosencéphale. 69:101676 (2023). Lien