Imagerie quantitative des molécules uniques en profondeur dans les échantillons biologique à l'aide d'optiques adaptatives

Quantitative single molecule imaging deep in biological samples using adaptive optics

• Auteur / Autrice : Corey Butler
• Direction : Jean-Baptiste Sibarita
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Bioimagerie
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2013; Soutenance le 04/07/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Imagerie quantitative de la cellule

Résumé

Ces dernières années, le domaine de la microscopie optique photonique a connu une véritable révolution, notamment avec la rupture de la barrière de diffraction. La limite de résolution théoriquement infranchissable de l’ordre de 250 nm, prédite il y a plus d’un siècle par Abbé a été largement dépassée. Parmi les techniques dites de super-résolution optiques récemment développées, la microscopie basée sur la localisation de molécules individuelles (PALM, (d)STORM, GSD) a permis de visualiser des processus dynamiques dans les cellules vivantes avec une résolution spatiale quasi nanométrique, ce qui était considéré comme impossible il y a seulement quelques années de cela. Malgré ces progrès extraordinaires, la microscopie de super-résolution souffre encore d’importantes lacunes. Bien qu’offrant une bien meilleure résolution spatiale, elle ne permet pas d’observer profondément à l'intérieur des tissus biologiques, et reste très limitée aux échantillons minces ou surfaciques. Cependant, pour les projets de recherche nécessitant trois dimensions et/ou des échantillons biologiques épais, comme les neurones et leurs synapses dans le tissu cérébral intact par exemple, la résolution 3D et en profondeur est nécessaire, sans quoi les structures et les phénomènes d'intérêt ne peuvent être convenablement étudiés. Des approches instrumentales pour réaliser des images en profondeur ont récemment été publiées, comme l’imagerie de super-résolution par photo-activation multi-photonique ou encore l’imagerie de super-résolution par feuille de lumière (SPIM) . Néanmoins, ces techniques restent très complexes à mettre en œuvre, couteuses et imposent des contraintes souvent rédhibitoires sur l’échantillon comparativement aux microscopes traditionnels. Par conséquent, il subsiste un potentiel énorme et encore inexploité à réaliser de la microscopie de super-résolution en 3D et en profondeur. Ce projet vise à développer un ensemble de nouveaux instruments en optique et microscopie, dans le but d’améliorer de manière significative l'imagerie dynamique à haute résolution dans les tissus vivants biologique. Il consiste à incorporer la technologie d'optiques adaptatives sur des microscopes de laboratoires académiques existants, localisés au sein de l’Institut Interdisciplinaire de Neuroscience de l’Université Bordeaux Segalen. Il sera mis en œuvre grâce à un consortium constitué d’un partenaire académique (équipe JB. Sibarita, IINS) et un industriel (Imagine Optic), à forte expertise reconnue internationalement dans les domaines de l’optique et de la super-résolution.

Over the last few years, optical microscopy has seen a true revolution by breaking the diffraction barrier. The theoretically limiting resolution of around 250nm predicted by Abbé more than a century ago has been largely dépassée. Among these recently developed ''super-resolution'' techniques, microscopy based on single molecule localization (PALM, (d)STORM, GSD) has allowed the visualization of dynamic processes in living cells with a nearly nanometric spatial resolution, something previously considered impossible. Despite this progress, superresolution microscopy is still far from perfect. While the technique allows for very high spatial resolution, this is typically restricted to thin or surface samples and does not allow to image deep in biological tissues. However, for research projects that require 3D imaging or thick biological samples, like neurons and their synapses in intact brain tissue for example, the 3D resolution in depth becomes necessary, without which these structures and their interactions cannot be appropriately studied. Some approaches to image in depth have recently been published, like superresolution imaging by multiphoton photoactivation or light sheet superresolution. However, these techniques are still very technically complex, difficult to setup, expensive and impose certain constraints on the sample compared to conventional microscopy. Consequently, there is an enormous potential for 3D superresolution microscopy in depth. This project aims to develop an ensemble of new optical and microscopy techniques with the goal of significantly improving dynamic imaging at high resolution in living biological samples. It consists in incorporating adaptive optics technology onto existing laboratory microscopes, thanks to a collaboration between Imagine Optic and the IINS.