MIFOBIO 2025
L’imagerie biologique a fortement contribué à la compréhension du vivant grâce à une succession d’avancées conceptuelles et technologiques. L’obtention de plusieurs prix Nobel dans le domaine au cours des deux dernières décennies est un marqueur de cette forte évolution, en particulier en microscopie photonique. Ces imageries se développent d’une part dans la nanoscopie avec des mesures au niveau de la molécule unique et d’autre part en macroscopie avec l’imagerie des tissus et organismes complets. Cette dynamique est portée par une succession d’avancées majeures issues de la physique, de la chimie et de la biologie moléculaire et cellulaire ou encore de l’analyse de données avec l’Intelligence artificielle, visant à approcher une imagerie multi-échelle holoscopique. C’est cette démarche, interdisciplinaire et portée vers la compréhension de l’ensemble des mécanismes du vivant, qui fait l’objet de notre projet.
L’école MiFoBio a en effet pour but de réunir les experts d’un grand nombre de disciplines autour de l’imagerie pour la biologie afin qu’ils échangent et partagent un ensemble de savoirs et savoir-faire interdisciplinaires. Elle apporte ainsi aux participants un socle commun de connaissances et leur permet de se former aux nouvelles technologies du domaine, issues de l’ensemble des disciplines concernées (marquage cellulaire, techniques optiques, traitements d’images, analyse, …), dans le but de les conduire à terme à développer de nouvelles modalités d’observation et de compréhension de l’organisation fonctionnelle cellulaire et tissulaire. Au travers des cours et des ateliers pratiques, mais aussi des tables-rondes, l’école MiFoBio vise à favoriser des ruptures conceptuelles et technologiques dans la compréhension des différents niveaux d’organisation du vivant.
Programme Mifobio 2025
Thèmes du programme
Les avancées de la microscopie reposent fortement sur les capacités à créer des contrastes. La mise au point de techniques de marquage spécifique des molécules ou structures d’intérêts apporte de plus une spécificité. Différentes facettes de la chimie ont été mises à contribution afin de développer des techniques de marquages adaptés aux différentes échelles d’organisation du vivant (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 encodés génétiquement, la chimie click dans la cellule, et les nano-assemblages biologiques comme les virus. Ce module a pour vocation de donner un aperçu des différentes problématiques dues au marquage cellulaire, des fondements aux applications. Les outils de type biosenseurs offrant des accès inédits à l’information intracellulaire (proximité de protéines, tension mécanique…), seront introduits ici et développés aux différentes échelles d’organisation du vivant dans les modules suivants.
La microscopie de super-résolution s’est imposée comme un outil incontournable dans le domaine de la biologie cellulaire, permettant de dépasser la limite de diffraction optique et d’atteindre des résolutions pouvant atteindre une dizaine de nanomètres dans les 3 dimensions de l’espace. L’enjeu est d’adapter ces techniques pour les utiliser sur des cellules et systèmes multi-cellulaires vivants. Il devient donc possible de suivre des processus moléculaires ou cellulaires au cours du temps. Cela offre de nouvelles perspectives dans la compréhension des nombreux mécanismes moléculaires à une échelle spatiale nanométrique et une résolution temporelle pouvant atteindre la milliseconde. Ce module offrira une vision de synthèse sur les différentes techniques en mettant en lumière certains des développements récents et les verrous à dépasser. L’objectif est de faciliter la démocratisation de ces approches en mutualisant les connaissances actuelles.
En quelques décennies, la microscopie a franchi de nombreux verrous, tant en résolution qu’en imagerie fonctionnelle et tissulaire. La quantité de données acquises et numérisée est considérable. L’analyse de ces données a toujours constitué un enjeu majeur de l’imagerie en biologie. L’intelligence artificielle constitue en changement important dans ce domaine qui a longtemps été dominé par les approches morpho-mathématiques et les modèles physiques d’analyse. Les algorithmes à la base de ces nouvelles techniques d’analyse sont aussi mis en œuvre pour les modélisations des résultats ou le développement de méthodes de simulation. La rapidité et la puissance de ces techniques permettent d’adresser des questions complexes et ouvrent de nouvelles perspectives pour déchiffrer le vivant dans ses différentes échelles d’organisation. Cependant, est-il raisonnable de confier notre analyse des données à des boites noires ou des analyses statistiques ? La puissance des outils, nous fait-elle parfois oublier la réalité des aspects physiques de nos mesures ? Ou au contraire, elles nous permettent d’explorer des niveaux de complexité jusqu’alors inaccessibles ? Mais dans le fond, ces outils sont-ils si différents des méthodes bayésiennes, approches mathématiques ou de modélisation ? L’objectif de ce module est de tirer parti des quelques années et des nombreuses implémentations des approches de l’AI pour en démystifier la puissance et mieux en maîtriser les limites. Les challenges actuels sont non seulement de partager les savoirs mis en place dans les différents laboratoires, mais aussi, dépasser les verrous de l’annotation.
L’imagerie morphologique et fonctionnelle des ensembles organisés multicellulaires est un défi important pour un grand champ d’applications en biologie. Leur développement est fortement interdisciplinaire : développement de nouvelles sondes, de modalités d’imagerie sans marquage, mise en forme des faisceaux et optique non linéaire, optogénétique, etc… Dans ce contexte l’imagerie inter-échelle devient nécessaire pour obtenir des informations sur l’ensemble cellulaire et en même temps sur les mécanismes intra-cellulaires. Les organoïdes et dispositif « on-chip » ont connu un vif développement et nécessitent aujourd’hui des outils d’imagerie dédiés. L’ensemble de ces stratégies sera traité dans ce module autour de l’imagerie des tissus et auto-organisation 4D des cellules.
La compréhension des mécanismes permettant d’assurer la formation, la croissance, la cohérence et l’adaptation du vivant constitue un enjeu important. La communication entre cellules et la signalisation ainsi que les réponses mécanobiologiques des cellules sont évidemment au cœur des mécanismes étudiés. L’ambition est de passer du tapis de cellules à des structures biologiques fonctionnelles 3D. Ce qui nécessite d’imager des objets épais (> 100 µm). Par ailleurs, les méthodes d’optogénétique sont apparues comme des outils extrêmement pertinents pour assurer un contrôle des activités moléculaires cibles et leur étude. Les challenges actuels sont non seulement de partager les savoirs mis en place dans les différents laboratoires, mais aussi, dépasser les verrous de l’imagerie en tissus épais à résolution moléculaire. Ces questions intéressent des communautés multiples qui travaillent sur les thématiques variées: mécanotransduction, signalisation et régulation, dynamique des réseaux de régulation et de signalisation, méristème et racine, plasticité membranaire, relation hôte/parasite, métastase, développement embryonnaire et régénération, réponse immunitaire, cicatrisation, …
Ce module est proposé en collaboration avec le GDR Ondes. Il a pour but d’étendre les techniques d’imagerie du vivant en apportant de nouveaux concepts issus du contrôle spatial et temporel des ondes (imagerie à travers des milieux très diffusants), de modalités d’imagerie par spectroscopie moléculaire (Raman, IR, autofluorescence, …) en pleine redécouverte, ainsi que d’autres modalités d’imagerie non photonique (ultrasons, …). L’un des enjeux majeurs est d’améliorer la pénétration de la lumière dans les tissus en limitant l’absorption et la diffusion. Pour cela, différentes approches ont été mises en œuvre, comme des méthodes d’imagerie non-linéaire utilisant des faisceaux décalés vers l’infrarouge ou des contrastes endogènes, ou plus récemment l’utilisation du speckle. La possibilité d’adapter les paramètres/performances en temps réel des microscopes, mais aussi de la modalité d’observation est un domaine en émergence (smart microscopie). Il s’agit donc ici essentiellement de présenter un ensemble de nouveaux concepts d’imagerie issus de la physique, permettant de contourner certains verrous actuels (imagerie en profondeur essentiellement).
Teaser Mifobio 2023
L’école mifobio
MiFoBio est une formation de haut niveau couplant les approches théoriques et expérimentales, rassemblant académiques et industriels, chercheurs, ingénieurs et étudiants de différentes disciplines. Elle constitue une porte d’entrée interdisciplinaire vers la biologie fonctionnelle pour ces scientifiques de différentes disciplines, de manière intégrative et sur un mode de co-production des savoirs. Elle a pour vocation d’apporter aux participants de différentes disciplines un socle commun de connaissances et savoir-faire, de leur permettre de se former aux nouvelles technologies du domaine et de partager leurs compétences. MiFoBio est un véritable laboratoire interdisciplinaire éphémère qui offre aux participants une vision complète théorique et pratique allant de la question biologique à l’exploitation de l’image, de l’instrument à la modélisation et l’analyse.
L’école MiFoBio propose un ensemble de cours, table-rondes et ateliers pratiques organisés autour de 6 thématiques. En plus des 70 cours et séminaires, 25 tables rondes, et mini-symposium, MiFoBio bénéficie d’un parc instrumental exceptionnel supportant un ensemble d’ateliers animés par les participants eux-mêmes. Plus de 130 ateliers différents concerneront les technologies les plus évoluées du domaine (ultra-haute résolution, feuille de lumière, optique adaptative, optique non linéaire, microscopie corrélative,…). Cette école thématique propose un véritable laboratoire interdisciplinaire temporaire, incluant un Fablab, un Optic Lab, ou salle de culture, qui offre aux participants une vision complète théorique et pratique qui va de la question biologique à l’exploitation de l’image en passant par l’instrument, et allant jusqu’à la modélisation et l’analyse automatisée. Cette démarche se fait à tous les niveaux, et se décline en fonction du métier ou du projet de chaque participant, tout comme dans un laboratoire permanent.
Public
Cette école organisée par les membres du GDR Imabio, touche un public beaucoup plus large à travers des appels vers d’autres organismes (CEA, INSERM, INRIA, universités, …) et sociétés savantes. Tout chercheur, enseignant-chercheur, ingénieur, post-doc ou doctorant des différentes disciplines participant au développement ou à la mise en œuvre des outils de la microscopie fonctionnelle, est le bienvenu (sous réserve du nombre de places disponibles !).