« Imagerie holistique du vivant »
Mots clefs : microscopie et imagerie à toutes les échelles, organes naturels ou assemblages synthétiques, organe on chip, milieux diffusants, optique adaptative, microscopie par feuille de lumière, endoscopie in vivo, optique adaptative, microscopie par feuille de lumière, imagerie sans marquage, marquages multimodaux (fluorescence + métaux).
L’idéal de l’imagerie des systèmes biologiques serait une approche intégrée et holistique mesurant tous les phénomènes moléculaires et cellulaires aux différentes échelles fonctionnelles dans un environnement natif, le moins perturbé possible. Cependant, l’imagerie des organes (ex nihilo –i.e organoïdes-, ex vivo ou in vivo) et des organismes se confronte à de nombreux défis pour lesquels des pistes d’évolution ont été sélectionnées en collaboration avec les différents axes du GDR:
- Parallélisation de l’imagerie et l’analyse ex vivo grâce à l’émergence de solutions de criblage et le développement d’algorithmes d’IA,
- Concilier ou corréler les échelles de l’étude de la molécule dans un amas cellulaire, aux mesures cellulaires dans un organisme vivant : de la super-résolution aux imageries à large champ
- Limiter/anticiper/corriger les effets d’absorption/de diffusion non linéaires dans les gros objets vivants, via la modification du front d’onde, l’amélioration de la détection ou l’optique adaptative pour faciliter l’imagerie in vivo,
- Dépasser les habituels compromis entre résolution dynamique, profondeur d’excitation et diamètre de champ par l’utilisation de nouveaux endoscopes fibrés et le développement d’approches corrélatives entre sources fluorescentes et autres ondes (photo-acoustique, X-rays, IRM, scanner etc…).
Enjeux sur les 5 prochaines années:
- Enjeu du multiplexage pour diminuer le nombre d’échantillons nécessaires (règle des 3R en éthique animale), augmenter la puissance de l’analyse statistique (analyse appariée), implique le développement des marqueurs (dont les biosenseurs) et des méthodologies en regard (capteurs, sensibilité, spectrologie).
- Développement des modèles animaux exprimant des biosenseurs pour quantifier la régulation des voies de signalisation, processus biochimiques au cours du temps (Embryogenèse, cancérologie, physiopathologie).
- Analyse et stockage des données de tailles dont l’inflation est exponentielle à cause de la multidimensionnalité des données (il est dorénavant courant qu’un jeu de données soit de l’ordre du TeraOctet).
Les questions biologiques et les applications concernées par ces développements sont nombreuses (ex: biologie du développement, biologie de synthèse, neurosciences, médecine) mais les défis et enjeux ne pourront être relever qu’avec une étroite collaboration entre les axes du GDR IMABIO.
Actions : Cet axe est tourné vers des questions structure / fonction à différentes échelles. En général les méthodologies sont spécifiques aux échantillons. Pour toutes les échelles identifiées (organoïde, organe, individu) il est important d’organiser des formations intégrant la chaîne de protocoles et d’analyses hautement spécifiques de l’objet biologique.
D’ores et déjà, nous avons prévu une formation hybride (pratique / théorique) sur la préparation et l’imagerie des organoïdes (juin 2021, Bordeaux) ainsi qu’un séminaire à but pédagogique présentant l’ensemble de la chaîne de procédures pour imager et analyser les organes in toto (automne 2021, Lyon).
Nous souhaitons à plus long terme organiser des événements trans-axes autour de défis importants que nous avons identifiés : notamment à propos de l’imagerie d’organes “live” à l’état natif, ou l’analyse et le stockage de données
Coordinateurs : Gaëlle Recher (email), Gabriel Bidaux (email)