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Posté par Adrien le Mardi 14/02/2017 à 00:00
De nouveaux outils de fusion des images en microscopie corrélative
La microscopie corrélative cherche à fusionner les informations obtenues par différentes modalités d'imagerie sur un même échantillon. Dans le cadre du projet d'infrastructure nationale "France-BioImaging", des chercheurs et ingénieurs du CNRS ont développé une approche innovante de mise en correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt qu'administratifs.) de structures imagées à différentes échelles. Cette étude qui permet de replacer une fonction moléculaire observée en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.) dans son contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement...) ultra-structural en microscopie électronique, a été publiée le 31 janvier 2017 dans la revue Nature Methods.


Figure: Fusion des images des mêmes cellules en microscopie électronique et photonique: A - Image en microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) a transmission (la flèche pleine pointe vers une cellule non mutée, invisible en B). B - Même champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) en microscopie à fluorescence. Les cellules mutées expriment une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque la...) fluorescente verte (flèche creuse). C - Même champ observé en microscopie électronique à balayage (La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie basée sur le principe des interactions électrons-matière. Un faisceau...) (toutes les cellules sont visibles, mutées ou non). D - Fusion des images de microscopie optique et électronique. Grace au repérage en fluorescence, la comparaison des cellules mutées (vertes, flèche creuse) peut être faite directement avec la cellule non mutée (flèche pleine).
© Perrine Paul-Gilloteaux. Xavier Heiligenstein. Marie-Charlotte Domart.

La compréhension du vivant passe en priorité par l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...). Depuis les débuts de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une...), les techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...), et plus spécialement de microscopie, ont joué un rôle essentiel. Parmi celles-ci, les microscopies photonique/optiques et électroniques sont aujourd'hui les outils complémentaires utilisés au quotidien par les chercheurs. Réussir à appliquer successivement ces deux technologies, aux mises en oeuvre profondément différentes, sur un même échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) biologique est un challenge qu'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) croissant de scientifiques et laboratoires abordent à travers le monde (Le mot monde peut désigner :). Ce champ disciplinaire est dénommé "Microscopie Corrélative". Plus précisément, la microscopie corrélative alliant la microscopie optique et la microscopie électronique est appelée CLEM (Correlative Light and Electron Microscopy). Elle est le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la...) de lance de la mise en relation entre une structure (microscopie électronique) et sa fonction (microscopie photonique).

La CLEM requiert plusieurs étapes de préparation et de transfert entre les modalités d'imagerie et la mise en relation des images collectée fait appel à des outils technologiques adaptés aux transferts puis des outils informatiques pour réunir les informations issues des microscopes.

Les outils technologiques sont très souvent adaptés au cas par cas au projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) et aux modalités d'imagerie disponibles dans chaque laboratoire. La partie informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que...) est plus largement transposable et comporte suffisamment de similarités pour permettre aux auteurs de cette étude de proposer un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous forme de...) capable de s'adapter à différentes données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). Pour assurer l'autonomie de l'utilisateur et optimiser l'analyse des résultats obtenus, ils ont de plus développé de nouvelles méthodes de vision par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme...) pour permettre à ce logiciel, nommé eC-CLEM (pour easy Cell- Correlative Light to Electron Microscopy), de recaler des données multidimensionnelles. Par des approches statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la...) sans vérité terrain, eC-CLEM donne un retour précis sur l'erreur et la confiance à avoir dans la mise en correspondance d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) fluorescent avec une structure en microscopie électronique. eC-CLEM (disponible sur la plateforme logicielle Icy http://icy.bioimageanalysis.org/ (France-BioImaging et Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) Pasteur) détecte également les déformations liées aux transformations physiques que subit l'échantillon lors des étapes de préparation entre les différents microscopes et propose une compensation informatique spécifique.

Afin de s'adapter au plus grand nombre de projets, l'emphase a été mise sur une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...) simple donnant accès à la fois à des possibilités d'alignements manuels, mais également automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes...). L'automatisation de la recherche des échantillons transposés entres les microscopes ouvre de nouvelles perspectives vers la démocratisation de la technique de l'imagerie corrélative, et l'augmentation du nombre d'échantillons analysables par cette technique.

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Source: CNRS-INSB