Présentation de Mifobio 2025

Les progrès en microscopie reposent largement sur la capacité à créer des contrastes. Le développement de techniques de marquage spécifiques pour les molécules ou les structures d’intérêt apporte également une spécificité supplémentaire. Divers aspects de la chimie ont été utilisés pour développer des techniques de marquage adaptées aux différentes échelles d’organisation des organismes vivants (cellules, tissus, organes et organismes), depuis la chimie organique ou inorganique des petits fluorophores, la chimie des nano-objets organiques, inorganiques ou hybrides, mais aussi les fluorophores codés génétiquement, la chimie « click » dans la cellule, et les nano-assemblages biologiques tels que les virus. L’objectif de ce module est de donner un aperçu des différentes questions liées au marquage cellulaire, des principes fondamentaux aux applications. Des outils de type biosenseurs offrant un accès novateur à l’information intracellulaire (proximité des protéines, tension mécanique, etc.) seront présentés ici et développés aux différentes échelles d’organisation des organismes vivants dans les modules suivants.

La microscopie à super-résolution est devenue un outil essentiel dans le domaine de la biologie cellulaire, permettant de dépasser la limite de diffraction optique et d’atteindre des résolutions allant jusqu’à dix nanomètres dans trois dimensions spatiales. Le défi consiste à adapter ces techniques pour les utiliser sur des cellules vivantes et des systèmes multicellulaires. Cela permet de suivre les processus moléculaires ou cellulaires au fil du temps. Cela ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension de nombreux mécanismes moléculaires à une échelle spatiale nanométrique et avec une résolution temporelle pouvant atteindre une milliseconde. Ce module donnera un aperçu des différentes techniques, en mettant en évidence certaines des évolutions récentes et les défis qui restent à relever. L’objectif est de faciliter la démocratisation de ces approches en mettant en commun les connaissances actuelles.

En l’espace de quelques décennies, la microscopie a surmonté un certain nombre d’obstacles, tant en termes de résolution que d’imagerie fonctionnelle et tissulaire. La quantité de données acquises et numérisées est considérable. L’analyse de ces données a toujours constitué un défi majeur dans le domaine de l’imagerie biologique. L’intelligence artificielle représente un changement majeur dans ce domaine, longtemps dominé par les approches morpho-mathématiques et les modèles d’analyse physique. Les algorithmes qui sous-tendent ces nouvelles techniques d’analyse sont également utilisés pour modéliser des résultats ou développer des méthodes de simulation. La rapidité et la puissance de ces techniques permettent d’aborder des questions complexes et ouvrent de nouvelles perspectives pour déchiffrer les organismes vivants à différentes échelles. Cependant, est-il raisonnable de confier l’analyse de nos données à des boîtes noires ou à des analyses statistiques ? Les outils puissants nous font-ils parfois oublier la réalité des aspects physiques de nos mesures ? Ou, au contraire, nous permettent-ils d’explorer des niveaux de complexité jusqu’alors inaccessibles ? Mais ces outils sont-ils vraiment si différents des méthodes bayésiennes, des approches mathématiques ou de la modélisation ? L’objectif de ce module est de tirer parti des dernières années et des nombreuses implémentations des approches d’IA pour démystifier leur puissance et mieux maîtriser leurs limites. Les défis actuels consistent non seulement à partager les connaissances développées dans les différents laboratoires, mais aussi à surmonter les obstacles à l’annotation.

L’imagerie morphologique et fonctionnelle des systèmes multicellulaires organisés représente un défi majeur pour un large éventail d’applications en biologie. Leur développement est hautement interdisciplinaire : mise au point de nouvelles sondes, modalités d’imagerie sans marquage, mise en forme du faisceau et optique non linéaire, optogénétique, etc. Dans ce contexte, l’imagerie inter-échelle devient nécessaire pour obtenir simultanément des informations sur la cellule dans son ensemble et sur les mécanismes intracellulaires. Les organoïdes et les dispositifs sur puce se sont développés rapidement et nécessitent désormais des outils d’imagerie dédiés. Toutes ces stratégies seront abordées dans ce module, qui se concentrera sur l’imagerie tissulaire et l’auto-organisation 4D des cellules.

Comprendre les mécanismes qui assurent la formation, la croissance, la cohérence et l’adaptation des organismes vivants est un défi majeur. La communication entre les cellules, la signalisation et les réponses mécanobiologiques des cellules sont évidemment au cœur des mécanismes étudiés. L’ambition est de passer d’un tapis de cellules à des structures biologiques fonctionnelles en 3D. Cela implique l’imagerie d’objets épais (> 100 µm). De plus, les méthodes optogénétiques sont apparues comme des outils extrêmement pertinents pour contrôler et étudier les activités moléculaires ciblées. Les défis actuels consistent non seulement à partager les connaissances développées dans les différents laboratoires, mais aussi à surmonter les obstacles à l’imagerie de tissus épais à résolution moléculaire. Ces questions intéressent un large éventail de communautés travaillant sur des thèmes variés : mécano-transduction, signalisation et régulation, dynamique des réseaux de régulation et de signalisation, méristèmes et racines, plasticité membranaire, relations hôte/parasite, métastases, développement embryonnaire et régénération, réponse immunitaire, cicatrisation des plaies, etc.

Ce module est proposé en collaboration avec le GDR Ondes. Il a pour objectif d’étendre les techniques d’imagerie des organismes vivants en introduisant de nouveaux concepts basés sur le contrôle spatial et temporel des ondes (imagerie à travers des milieux hautement diffusants), les méthodes d’imagerie utilisant la spectroscopie moléculaire (Raman, IR, autofluorescence, etc.), qui sont actuellement redécouvertes, et d’autres méthodes d’imagerie non photoniques (ultrasons, etc.). L’un des principaux défis consiste à améliorer la pénétration de la lumière dans les tissus en limitant l’absorption et la diffusion. Pour y parvenir, différentes approches ont été mises en œuvre, telles que les méthodes d’imagerie non linéaires utilisant des faisceaux décalés vers l’infrarouge ou des contrastes endogènes, ou plus récemment l’utilisation du speckle. La possibilité d’adapter en temps réel les paramètres/performances du microscope, ainsi que la modalité d’observation, est un domaine émergent (microscopie intelligente). L’objectif principal ici est donc de présenter une série de nouveaux concepts d’imagerie issus de la physique, permettant de surmonter certains obstacles actuels (principalement l’imagerie en profondeur).