Une nouvelle imagerie par feuille de lumière pour observer à fort grossissement l’architecture neuronale

Publié le : 3 mars 2022

Mis à jour le 16/07/2025

Porteur du projet :  Lydia DANGLOT – Institut de Psychiatrie et Neurosciences de Paris

Titre du projet : Une nouvelle imagerie par feuille de lumière, pour reconstruire rapidement et à forte résolution l’architecture fine neuronale au cœur du cerveau entier

Equipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2021 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un microscope à feuille de lumière à haute résolution avec caméra grand champ pour un montant de 198 463 €

 

Description de l’équipement

 

Un nombre croissant de questions en biologie et surtout en neurosciences nécessitent l’imagerie 3D de grands volumes de tissus. Dans ce but, l’imagerie par feuille de lumière a été développée pour scanner très rapidement une cellule, un cerveau ou un embryon entier rendu transparent par des techniques de clarification. La plupart des plateformes d’imagerie en France ont investi ces dernières années dans le système Lavision Lightsheet qui était l’un des premiers prototypes du marché. Bien que cette configuration constitue un excellent microscope pour un faible grossissement (objectif 5x à 20x), il n’est pas adaptable pour un fort grossissement (60 à 100x). A l’Institut de Psychiatrie et Neurosciences de Paris (IPNP), les équipes ont besoin à la fois d’acquérir des cerveaux entiers à 20x, mais aussi d’acquérir très rapidement une zone plus précise du cerveau à plus haute résolution (morphologie neuronale, synapse, minuscule structure vasculaire détaillée…) qui impose un grossissement plus élevé, ce qui n’est pas encore disponible sur le marché.

 

En effet, le recrutement de nouvelles équipes à l’IPNP qui explorent les réseaux et différents niveaux tissulaires nécessite désormais de nouvelles approches d’imagerie rapide à champ large, permettant l’acquisition d’images 3D sur des champs étendus allant d’un organe clarifié (cerveau ou tranches) à un organisme transparent entier (poisson zèbre). Afin d’avoir un système permettant cela à des grossissements faibles et élevés, les chercheurs développeront une nouvelle solution en collaboration avec une petite entreprise française (Phaseview.com), qui propose le Lightsheet Alpha3. À ce microscope à feuille de lumière conventionnel, qui rendra possible toutes les applications standard, sera ajouté par l’Institut et en collaboration avec l’entreprise une solution optique déjà identifiée pour augmenter la résolution axiale pour un fort grossissement (60x). Ce microscope sera ainsi équipé d’une caméra à grand champ permettant l’imagerie multicolore au niveau de l’organe et de l’organisme entier à des vitesses ultra-rapides par rapport aux systèmes plus anciens.

 

Ce nouveau microscope sera installé sur la plateforme d’imagerie NeurImag de l’Institut de Psychiatrie et Neurosciences de Paris, qui compte déjà plus de 135 utilisateurs de l’IPNP mais aussi des équipes de la région Grand Paris Île-de-France, Grand Est, d’Europe (Belgique, Italie) et de diverses start-ups. Cet équipement avec cette résolution axiale augmentée est encore inexistant en Europe et cette proposition rassemble déjà 7 équipes intéressées à l’IPNP mais aussi à l’Université de Paris et à l’Université de Strasbourg. Il vise ainsi à enrichir les techniques avancées disponibles en France.

 

Photo de l’équipe porteuse du projet

 

Le projet global de l’Institut, en étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Sainte-Anne, aborde un problème majeur de santé publique puisque les syndromes liés aux maladies neurologiques et psychiatriques comprennent des comorbidités extrêmement courantes dans notre pays impactant ainsi les décennies à venir. Les 7 équipes de l’IPNP utiliseront ce nouveau microscope dans le but d’imager le cerveau, les neurones et les vaisseaux de modèles animaux poissons zèbres et murins pour notamment :

• Etudier la morphologie des neurones de l’hippocampe afin de mieux comprendre comment augmenter les performances de mémoire
• Visualiser le réseau vasculaire de souris mutées pour étudier la relation spatiale entre lésions vasculaires et hémorragies cérébrales, dans le cadre d’une forme héréditaire d’hémorragies cérébrales spontanées chez l’homme
• Suivre la migration de populations de neurones dans le cerveau embryonnaire afin de mieux comprendre le développement du cortex cérébral
• Imager des embryons de poissons zèbres entiers afin d’évaluer le potentiel thérapeutique des vésicules extracellulaires, notamment dans le contexte de la maladie d’Alzheimer
• Cartographier les interactions des régions activées dans le cerveau pendant l’exploration sociale pour mieux comprendre comment le cerveau traite les informations sociales dans des conditions normales et pathologiques, notamment dans des maladies psychiatriques.

 

 

L’équipement

 

Utilisation

 

Depuis son installation en juin 2024, 4 des 7 équipes du consortium ont déjà utilisé le microscope pour des acquisitions en 3D. Une équipe supplémentaire s’est également tournée vers le nouvel équipement unique en Europe. Intégré au réseau régional C-Brain, la plateforme NeurImag a également reçu deux demandes d’utilisation du microscope par des équipes externes (Institut de la Vision et Institut Jacques Monod) travaillant sur les pathologies de la rétine et de la moelle épinière. Une ouverture plus large au niveau national et international est aussi prévue, comme cela a déjà été fait avec succès pour d’autres équipements.

 

 

Premières images obtenues

Trois grands types d’échantillons sont actuellement étudiés : des poissons zèbres, des organes fixés (cerveaux entiers ou tranches de tissu cérébral), et organoïdes (agrégats de cellules nerveuses cultivés in vitro). De premières images pilote ont été obtenues, indispensables pour pouvoir affiner l’utilisation de l’équipement. Elles servent de base pour produire des images exploitables dans l’étude du fonctionnement du cerveau et ses troubles. Certaines images serviront à illustrer des résultats qui sont publiés dans des articles scientifiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’imagerie en profondeur permet de révéler la complexité du réseau vasculaire. Associée à d’autres types d’images complémentaires, elle offre la possibilité d’observer la couverture des cellules musculaires le long des vaisseaux, un élément souvent altéré dans certaines pathologies humaines, comme les maladies des petits vaisseaux cérébraux. Ces données serviront de base à des études visant à mieux comprendre ces maladies, qui constituent un facteur de risque majeur d’AVC.

 

Ci-dessous les organoïdes sont composés de neurones (en bleu), de microglies (en rouge) et d’astrocytes (en vert).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Crédit photo : © Inserm/Fouquet, Stéphane/ Danglot, Lydia