Les chercheurs ont développé un microscope spécifiquement pour l'imagerie de grands groupes de cellules en interaction dans leur environnement naturel. L'instrument fournit aux scientifiques un nouvel outil pour l'imagerie des neurones chez les animaux vivants et pourrait fournir une vue sans précédent sur la façon dont les grands réseaux de neurones interagissent au cours de divers comportements.
Dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact, chercheurs de l'Université de Boston, Les États-Unis montrent que leur nouveau système de microscopie confocale « multi-z » peut imager le cerveau de souris vivantes à une vitesse vidéo et avec un champ de vision supérieur au millimètre.
L'imagerie de grands groupes de cellules nécessite la capture de détails cellulaires ou subcellulaires à des vitesses rapides sur un grand volume 3-D. C'est un défi car la plupart des approches d'imagerie comportent des compromis inhérents entre la vitesse, champ de vision et résolution.
« Nous avons trouvé un moyen de fusionner les fonctionnalités d'imagerie nécessaires dans un système de microscopie facile à construire et à utiliser, " dit Amaury Badon, premier auteur de l'article. "Il fournit également des résultats en temps réel sans avoir besoin d'une analyse de données ou d'un traitement d'image compliqués."
Acquisition de volumes d'images 3D
Le nouveau microscope est basé sur la microscopie confocale, une technique couramment utilisée pour l'imagerie cellulaire. La microscopie confocale produit des images avec une résolution et un contraste élevés en utilisant un trou d'épingle physique pour bloquer la lumière floue et laisser passer la lumière nette. Cependant, numériser un échantillon pour acquérir suffisamment d'images 2D pour reconstruire un volume 3D prend du temps et produit de grandes quantités de données.
Pour acquérir plusieurs plans simultanément, les chercheurs ont développé un moyen de réutiliser la lumière pour imager les cellules dans un plan afin d'imager également les cellules plus profondément dans l'échantillon. Ils ont utilisé une approche appelée éclairage étendu dans laquelle l'objectif du microscope n'est que partiellement rempli de la lumière d'éclairage, permettant à la lumière d'atteindre plus profondément dans l'échantillon. L'objectif complet est ensuite utilisé pour détecter la fluorescence, qui offre une haute résolution. Plutôt que d'avoir un trou d'épingle, comme les configurations confocales traditionnelles, le nouveau microscope a une série de trous d'épingle réfléchissants qui capturent chacun la lumière au point à partir d'une profondeur différente dans l'échantillon.
"Notre méthode bénéficie du contraste de la microscopie confocale tout en pouvant s'étendre à l'imagerie volumétrique sans sacrifier la vitesse, " a déclaré Badon. " Bien qu'un éclairage étendu et des trous d'épingle réfléchissants aient été utilisés auparavant, c'est la première fois qu'ils sont combinés dans une configuration de microscope confocal d'une manière économe en lumière."
Les chercheurs ont également adapté le microscope pour une imagerie à plus grande échelle que les microscopes confocaux conventionnels et l'ont conçu pour imager à une vitesse vidéo. L'acquisition rapide d'images était importante car les indicateurs de fluorescence qui surveillent la fonction cellulaire fonctionnent généralement sur des échelles de temps de quelques dizaines de millisecondes.
Imagerie de l'activité neuronale chez les animaux vivants
Les chercheurs ont démontré le système de microscopie confocale multi-z en l'utilisant pour imager des vers entiers de C. elegans, qui sont trop grandes (500 à 800 microns de long) pour facilement imager d'un seul coup avec un microscope confocal traditionnel. Ils ont simultanément détecté et surveillé l'activité de 42 neurones dans l'organisme entier, même quand les vers bougeaient.
Ils ont ensuite utilisé leur microscope pour imager la région hippocampique d'un cerveau de souris chez un animal éveillé dont la tête était maintenue immobile. Ils ont pu imager l'activité des neurones dans un volume mesurant 1200 X 1200 X 100 microns à la vitesse de la vidéo. A l'aide d'un algorithme, les chercheurs ont pu identifier 926 neurones dans le volume imagé.
Ils travaillent maintenant à améliorer la vitesse et la profondeur de pénétration de la technique ainsi qu'à rendre le microscope aussi polyvalent et convivial que possible.
