L’Ultramicroscope III, un microscope de fluorescence à feuille de lumière de dernière génération pour visualiser les cellules du cerveau
Mise à jour de la page : le 25/05/2023
Porteur du projet : Harold CREMER – Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)
Titre du projet : Explorer le développement et les maladies du système nerveux à l’aide de la microscopie de fluorescence à feuille de lumière
Equipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2020 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un microscope de fluorescence à feuille de lumière pour un montant de 200 000 €
Description de l’équipement :
La recherche en neurosciences nécessite l’analyse de tissus complexes, parmi lesquels des cerveaux entiers, d’autres organes innervés ou même des tumeurs. Ces spécimens biologiques ont des structures tridimensionnelles. En particulier, les neurones présentent des arborescences parfois de plusieurs millimètres de long. L’imagerie de tissus et d’organes entiers était réalisée jusqu’ici sur des coupes (deux dimensions) afin d’améliorer la résolution axiale. Au cours des dernières années, des techniques de clarification des tissus ont vu le jour et cette percée technologique s’est accompagnée des progrès de la microscopie de fluorescence à feuille de lumière (LSFM) qui permet une imagerie à haute vitesse, de bonne résolution et de faible toxicité. La combinaison de ces deux approches révolutionne la neurobiologie, permettant de rendre transparent, imager en 3D et reconstruire des cerveaux et organes entiers avec une résolution cellulaire.
Actuellement, les chercheurs de l’Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM) utilise cette technologie avec succès à l’Institut INMED (Institut de Neurobiologie de la Méditerranée) voisin, qui possède un microscope à feuille de lumière de première génération. Cependant, la résolution de cet outil est trop faible pour des analyses détaillées et l’utilisation de ce microscope est saturée, rendant l’accès difficile aux scientifiques de l’IBDM. L’acquisition d’un microscope de fluorescence à feuille de lumière de dernière génération, l’Ultramicroscope III, grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2020, a par conséquent été essentielle pour maintenir et développer cette technologie à l’IBDM. Ce tout nouveau microscope permettra de visualiser en 3-dimensions les réseaux de cellules nerveuses dans des échantillons transparents avec un grossissement plus élevé et une meilleure résolution que les précédentes versions.
Cet équipement sera mis à disposition des équipes sur la plateforme PICSL, qui forme l’un des nœuds de l’infrastructure nationale de recherche France Bio-Imaging pour la promotion de l’accès aux dernières innovations en imagerie des sciences du vivant. Il sera principalement utilisé, mais pas exclusivement, dans le cadre de 4 projets de recherche collaboratifs entre des équipes de l’IBDM.
Les équipes de l’IBDM exploreront ainsi par exemple :
- Le potentiel thérapeutique des cellules souches neurales adultes dans la réparation de la myéline (sclérose en plaques)
- L’intégration de cellules greffés pour réparer le cerveau lésé (maladie de Parkinson)
- Les anomalies structurelles responsables des troubles du spectre autistique
- Le remodelage des circuits neuronaux dans le cancer pancréatique et la régénération cardiaque
L’équipement
Photographie de l’équipement qui a été mis en service en novembre 2021, avec un chercheur utilisant le système pour visualiser un échantillon.
Utilisation
Depuis son acquisition, le nouveau microscope est principalement utilisé par les groupes de l’IBDM, et principalement par les équipes de Fanny Mann et Harold Cremer qui l’utilisent chaque semaine, voire chaque jour. Le groupe de Robert Kelly est également un utilisateur régulier.
Les équipes s’en servent principalement mais pas exclusivement dans le cadre de trois projets. L’équipe de Cremer s’est attachée à comprendre comment les cellules souches neurales servent de cellules d’origine pour le glioblastome, le type de cancer du cerveau le plus dévastateur. Les équipes Mann et Kelly ont analysé le rôle du système nerveux périphérique (SNP) dans deux contextes pathologiques différents. Premièrement, ils ont étudié comment le SNP contribue au développement du cancer pancréatique et, deuxièmement, comment il participe au remodelage vasculaire des artères coronaires préexistantes pendant la régénération cardiaque.
En outre, un projet sur le rôle des facteurs de transcription dans la maladie du spectre autistique (L. Fasano) est actuellement en cours.
Les premiers résultats
L’équipe Cremer a mis au point un nouveau modèle murin pour l’induction du glioblastome, qui est très efficace et reproductible. Grâce à cette technologie, l’équipe a étudié le schéma d’invasion des cellules cancéreuses dans le cerveau, en environnement 3D, à différents moments après l’induction de la tumeur.
Les chercheurs ont remarqué que certaines structures sont envahies par de grandes masses de cellules cancéreuses et ces cellules ont été caractérisées. L’équipe utilise le nouveau microscope pour étudier le comportement migratoire des cellules cancéreuses au cours des premiers stades, qui conduisent à l’invasion massive de plusieurs zones du cerveau. Il est à noter que ces études de petites populations de cellules dispersées dans le cerveau ne seraient pas possibles sans la nouvelle technologie d’imagerie 3D à haute résolution. En effet, les analyses classiques basées sur des coupes de tissus ne permettent pas d’obtenir la vue 3D nécessaire de l’ensemble du cerveau.
Les chercheurs ont voulu comprendre si des mutations cancéreuses dans différentes populations de cellules souches conduisaient à des tumeurs différentes. Pour répondre à cette question, ils ont muté ces cellules souches neurales et ont utilisé la clarification tissulaire, une technique permettant de rendre transparent des échantillons opaques optiquement et permettre une meilleure analyse en profondeur de leur structure, pour étudier par microscopie le patron d’immigration et d’extension des tumeurs résultantes.
Ces analyses ont démontré que les différentes populations de cellules souches mutées donnent naissance à des tumeurs cérébrales ayant des schémas d’invasion des structures cérébrales différents les uns des autres.
Porteur du projet
Harold Cremer est Directeur de Recherche de 1ère classe au sein de l’Institut de Biologie du Développement de Marseille. Après une thèse en Neurogénétique à l’Université de Cologne (Allemagne), il réalise un post-doctorat à Marseille dans l’équipe de Christo Goridis puis il rejoint l’équipe de Geneviève Rougon. Il démarre en 2000 un nouveau groupe de recherche, « Contrôle Moléculaire de la Neurogenèse », qu’il dirige depuis. Il s’intéresse plus particulièrement aux mécanismes moléculaires qui contrôlent la détermination des cellules souches neurales dans le cerveau, ainsi que les étapes de différenciation et d’intégration des nouveaux neurones dans le cerveau.
Témoignage du chercheur
« Ce programme est d’une importance capitale pour la communauté française des neurosciences. C’est l’une des rares possibilités d’acquérir du matériel de pointe coûteux. Le microscope à feuille de lumière, qui a déjà permis d’importantes découvertes, en est un remarquable exemple. »
Centre de recherche
L’Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM) regroupe une vingtaine d’équipe de recherche dont la moitié adresse des questions biologiques liées au développement, à la maturation et à la plasticité du système nerveux. L’institut dispose de compétences complémentaires dans les domaines de l’embryologie, la physiologie, la biologie moléculaire/cellulaire, la génétique, la génomique et la bioinformatique. Outre sa mission première de recherche fondamentale, l’IBDM poursuit son effort de valorisation en favorisant l’éclosion de recherches appliquées à visées thérapeutiques.
