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Posté par Redbran le Mercredi 22/11/2017 à 12:00
Des progrès en imagerie tomographique rapide donnent une nouvelle dimension à la microscopie traditionnelle

© 4D Nature Imaging Consulting
À cause de son faible débit, la tomographie optique n'est pas une technique d'imagerie répandue. Mais un projet financé par l'UE devrait permettre de mesurer simultanément un plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'échantillons. Il sera ainsi possible d'imager de grands échantillons tridimensionnels grâce à l'assemblage rapide de 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.), tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en capturant en direct des événements très fugaces.

L'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...) 3D est devenue un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus...) indispensable, en particulier pour les activités de 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...) qui bénéficient de l'imagerie dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition à in vitro ou...) des processus biologiques. Pour répondre à cette demande, les laboratoires de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle...) et en recherches précliniques ont tiré parti d'innovations comme la tomographie moléculaire par fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière...) (FMT) pour l'imagerie dans des milieux à diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) élevée, ainsi que la tomographie par projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) (OPT) et la 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...) par éclairage de plan sélectif (SPIM) pour l'imagerie des échantillons à faible diffusion. Même s'ils sont efficaces, ces outils offrent malheureusement un débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) trop faible ou sont incapables de traiter simultanément plusieurs échantillons.

Pour remédier à ce goulet d'étranglement, une bourse Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en France sous le nom de Marie Curie, est une physicienne polonaise naturalisée française[1].) d'intégration de carrière (CIG), financée par l'UE, a soutenu le 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...) HIGH THROUGHPUT TOMO afin de créer un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) d'outils permettant de réaliser une imagerie optique et une analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces...) très rapides. En plus de proposer diverses solutions, le projet coordonné par le professeur Manuel Desco et organisé par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) Charles III de Madrid (Madrid est la capitale de l'Espagne. Ville la plus vaste et la plus peuplée du pays, c'est le chef-lieu de la Communauté autonome de Madrid qui appartient à la province de Madrid. Elle abrite également le siège de l'OMT,...), s'est particulièrement intéressé au développement de la tomographie rapide en microscopie.

Réaliser en temps réeel une imagerie 3D de la vie (La vie est le nom donné :)

Basée sur une approche par balayage, l'imagerie traditionnelle à feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds....) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) utilise des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) pour déplacer les échantillons, un processus qui s'avère extrêmement long. Le traitement de 200 images, par exemple, peut prendre 200 secondes. Résumant le principal résultat de HIGH THROUGHPUT TOMO, le Dr Jorge Ripoll, bénéficiaire de la CIG Marie Curie, déclare "nous avons optimisé l'agencement matériel et logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont...) afin de limiter la nécessité de mouvements motorisés, en les remplaçant par des balayages par faisceau lumineux et des lentilles réglables à réponse rapide (de l'ordre de 10 ms). La durée d'un scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer » dans le sens de...) a ainsi pu être divisée par 100, soit 2 secondes pour l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de ces 200 images."

À l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y...) actuelle, pratiquement toutes les mesures d'imagerie in vivo utilisant des organismes modèles comme le poisson zèbre (Le Poisson zèbre ou Danio (Danio rerio) est une espèce de poisson qui se rencontre en Inde. Il est couramment utilisé en aquariophilie et en laboratoire où il sert d'organisme modèle. Certaines races et...) ou la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours principalement un genre (Musca) comprenant la mouche...) du fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La paroi de l'ovaire forme le péricarpe du...) sont basées sur l'imagerie d'un spécimen unique. Cela présente de graves défauts, comme l'explique le Dr Ripoll: "Pour obtenir des résultats scientifiques rigoureux, nous devons répéter ces mesures sur de grandes populations, multipliant ainsi le temps nécessaire pour un seul spécimen par le nombre de mesures nécessaires. Ce processus est non seulement extrêmement long, mais il pose aussi des problèmes pour conserver des conditions identiques. Ces problèmes entraînent souvent le rejet des mesures."

L'avancée réalisée par l'équipe, ainsi que certains changements géométriques réalisés dans la configuration de l'imagerie optique, permettent maintenant aux chercheurs d'imager plusieurs spécimens en même temps. Comme preuve de concept, le Dr Ripoll cite l'imagerie in vivo réussie et en simultané du développement de 13 drosophiles. Le Dr. Ripoll s'enthousiasme: "être capable d'analyser ces données et de voir réellement en 3D comme se développe un organisme complexe est un résultat sensationnel, qui donne une nouvelle dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) à la microscopie traditionnelle."

Cette vitesse (On distingue :) peut encore être accélérée pour des volumes plus réduits, permettant ainsi d'imager 10 volumes complets en une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une...). La conséquence pratique de ces avancées est que des processus rapides tels que les battements du c?ur du poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques à branchies, pourvus de nageoires et dont le corps est le plus souvent couvert d'écailles. On les trouve abondamment aussi...) zèbre (Zèbre un nom vernaculaire ambigu en français, pouvant désigner plusieurs espèces différentes de la famille des équidés, tout comme les ânes....), qu'on ne pouvait auparavant pas imager dans des conditions normales, peuvent maintenant être capturés en 3 dimensions et observés au ralenti.

De l'observation à la manipulation, au bénéfice de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.)

La possibilité d'imager en 3D des échantillons de grande taille tels que des organes entiers, de façon rapide et efficace, devrait avoir un impact sur les recherches liées à la santé. Selon le Dr Ripoll, "ces nouvelles approches permettront d'étudier l'expression des gènes et la fonction moléculaire au niveau cellulaire, tout en observant l'organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction physiologique. Certains organes assurent simultanément plusieurs fonctions, mais dans ce cas, une fonction est...) dans son ensemble, plutôt que d'en imager des sections. Nous disposerons ainsi d'informations complémentaires auparavant inaccessibles." Grâce à cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :), il est également possible de suivre en 3D le destin de cellules individuelles. Cette possibilité ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre la biologie moléculaire de base et pourrait avoir des implications directes pour la santé humaine.

Pour rendre cette technologie accessible, le Dr Ripoll a cofondé 4D-Nature Imaging Consulting, une entreprise dérivée (La dérivée d'une fonction est le moyen de déterminer combien cette fonction varie quand la quantité dont elle dépend, son argument, change. Plus précisément, une dérivée est une expression (numérique ou...) exploitant les brevets déposés au cours de ce projet.

Pour l'équipe, la prochaine étape consistera à aller au-delà de l'observation passive d'un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) tridimensionnel, et d'influencer réellement ce qui se produit au niveau cellulaire. Les implications iront au-delà des études in-vivo sur les organismes modèles, car on interviendra dans des processus rapides plus généraux se déroulant en 3D, qui pourront être contrôlés avec une résolution de voxel inférieure au micron.

Pour plus d'information voir:
- 4D-Nature Imaging Consulting

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Source: CORDIS-Europa
 
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