Présentation du Plateau Technique en Imagerie Cellulaire et Tissulaire (PICT)

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1 Présentation du Plateau Technique en Imagerie Cellulaire et Tissulaire (PICT) Labellisée GIS IBiSA (Infrastructures en Biologie, Santé, Agronomie) depuis 2008 (18 plateformes labellisées en Imagerie Cellulaire en France sur un total de 126 plateformes) Christine TERRYN

2 Organisation administrative: Responsable scientifique: Jean MICHEL, Professeur, Pôle Farman, 21 rue Clément Ader, Reims Responsable scientifique adjoint: Olivier PIOT, Professeur, Pôle Santé, 51 rue Cognacq-Jay,51095 Reims Cedex Responsable technique: Christine TERRYN, Ingénieur de Recherche, Pôle Santé, 51 rue Cognacq-Jay, Reims Cedex Comité scientifique des utilisateurs (CoS): 12 personnes spécialistes en imagerie et/ou issus des laboratoires utilisateurs) Localisation géographique: 4 sites: - Pôle Santé, 51 rue Cognacq-Jay,51095 Reims Cedex - INSERM UMRS 903, CHU Maison blanche, 45 rue Cognacq-Jay, Reims Cedex - Pôle Farman, 21 rue Clément Ader, Reims - Pôle Sciences, Moulin de la Housse, Reims

3 Personnels: En propre: Christine TERRYN, ingénieur de recherche URCA (100% ETP), Arnaud BONNOMET, ingénieur de recherche URCA (50% ETP) et Valérie UNTEREINER, ingénieur d études (100%ETP) Mis à disposition: le personnel des laboratoires utilisateurs des équipements Equipements: 21 équipements d imageries Microscopies photoniques: vidéomicroscopes, microscope confocal équipé d un laser biphoton, microscope confocal rapide à disque tournant, microscopes à fluorescence, tomographe à cohérence optique (OCT),microdissecteur laser Spectroscopies vibrationnelles: spectromètres RAMAN et infrarouge (IR) spectromètres X et EELS Microscopies électroniques: microscope électronique à balayage-transmission (MEBT), microscopes électroniques à balayage (MEB) Imagerie tissulaire/petit animal: microscanner X, tomographe de fluorescence Stations de travail dédiées au traitement et à l analyse d images

4 Fonctionnement: Plateforme ouverte à tous (personnels URCA et extérieurs (académiques et industriels)) (règlement intérieur) Modalités: - utilisations ponctuelles des équipements: prestations effectuées par les ingénieurs PICT - utilisations sur le long terme: formations des chercheurs et étudiants sur l appareil par les ingénieurs PICT -Contacts: Responsables scientifique et technique PICT Tarifications: - tarifs académiques - tarifs industriels - temps «ingénieur» Consultance en imagerie: - choix des équipements et aide à la mise en place des expériences, développements méthodologiques. - développements informatiques et formations pour le traitement et l analyse d images. Organisation de formations (ImageJ, microscopie confocale etc ), d ateliers technologiques et d animations scientifiques (fête de la science) Laboratoires utilisateurs en 2014: -locaux: SFR Cap Santé, SFR Condorcet -académiques (hors PRES): Université de Lille, INRA J. en Josas... -industriels (Label Histologie, Forbo Sorlino, Regentis, Givaudan ) (total prestations 2014: 37 k )

5 Plateforme multimodale et multi échelles (matériels et compétences, imageries et analyses) -Scanner X -Tomographie de fluorescence moléculaire (FMT) -Microscopies photoniques (plein champ, confocal et confocal rapide) couplés aux F- techniques (FLIM, FRET, FRAP) -Spectroscopies Raman et Infrarouge -Microscopies électroniques -Spectroscopies X et EELS -Système TIRF -Modélisation moléculaire (P3M) -Tomographie par cohérence optique -Microdissection laser

6 Biophotonique: vidéomicroscopie Suivi de cellules vivantes en lumière transmise (jusqu à 4D) ou en fluorescence (jusqu à 5D) pendant 1 à 72 h Exemples: -Migration 2D (scratch assay, anneaux, mode dispersé ) -Migration 3D (migration en gel de collagène I) - Effet de toxines bactériennes - Effet d un médicament Possibilité de suivre en temps réel plusieurs expériences Exemples: - Effet de médicaments à différentes concentrations - Effet d un peptide sur la migration des cellules Suivi de flux ioniques (calcium et chlore ) dans les cellules vivantes

7 Biophotonique: microscopie confocale (+ laser biphoton) Suivi de cellules vivantes en lumière transmise (jusqu à 4D) ou en fluorescence (jusqu à 5D) pendant 1 à 72 h Fonction spectrale Possibilité d acquisition «multichamps» et «multipositions» Pile d images en Z pour reconstruction 3D F-techniques: FRAP, FRET, FLIM Generation de Seconde Harmonique (SHG) ex: Collagène sur un échantillon de peau de rat (MIP SHG). ex: MIP d une coupe de peau (A488, SHG, autofluorescence, DAPI).

8 Biophotonique: microscopie confocale rapide à disque tournant (spinning disk) Suivi de cellules vivantes en lumière transmise (jusqu à 4D) ou en fluorescence (jusqu à 5D) pendant 1 à 72 h Suivi d événements cellulaires rapides en 3D («bubling», suivi de particules) Possibilité d acquisition «multichamps» et «multipositions» Pile d images en Z pour reconstruction 3D F-techniques: FRAP 3D Haute résolution à l interface cellule/verre: total internal reflection fluorescence microscopy (TIRF) ex: cellules en «bubling»: 1 Z-stack/ 20s

9 Biophotonique: microscopie en fluorescence Microscopie à fluorescence «champ large» automatisé Système «apotome»: élimine le bruit de fond dû à la fluorescence issu des plans environnants du plan focal Possibilité d acquisition «multichamps» avec reconstruction ex: marquage simple des filaments d actine avec «apotome» 10 µm ex: triple marquage (noyaux en bleu, CFTR en vert et actine en rouge) 10 µm

10 Biophotonique: microdissection laser Microdissection de population cellulaire sur coupes histologiques avec ou non marquage Exemples: -Cellules tumorales et environnement péri-tumoral -Structures tissulaires d intérêt -Cellules immunomarquées (fluo ou visible) Extraction ADN, ARN, protéines Microdissection de cellules vivantes Exemples: -Clonage cellulaire -Lésions reproductibles sur tissus vivants (trachées souris ) Lésion sur fibres végétales

11 Biophotonique: spectroscopie Raman Caractérisation de la cellule vivante: évaluation de l efficacité de molécules pharmacologiques et étude des interactions entre le médicament et sa cible pharmacologique Identification de «marqueurs» spectroscopiques spécifiques des altérations moléculaires associées au cancer ou au vieillissement : diagnostic précoce de lésions cancéreuses, prédiction de l évolution de la tumeur, caractérisation moléculaire du vieillissement tissulaire Système Raman «portable» fibré permettant un diagnostic in situ et in vivo: aide à la décision pour le chirurgien Classification Kmeans Classification par logique floue (Fuzzy Cmeans) Caractérisation par imagerie Raman d un échantillon de carcinome basocellulaire nodulaire La structure tissulaire est caractérisée. Une hétérogénéité tumorale est mise en évidence

12 Biophotonique: spectroscopie infrarouge Recherche de «marqueurs» spectroscopiques in vivo du cancer sur des coupes d organes (peau, œsophage, estomac ) permettant d établir un diagnostic précoce de la maladie. Identification et caractérisation rapide de microorganismes (bactéries, levures, ) en milieu clinique. ex: image colorée, image spectrale et spectres IR permettant de discriminer les tissus sain et cancéreux dans une coupe de cerveau de rat

13 Biophotonique: tomographie par coherence optique (Echographie optique) Imagerie non invasive et non destructive Biopsies optiques en profondeur du tissu en quelques minutes sans coloration ni marqueur exogène Imagerie 3D avec des résolutions transverse et axiale de l ordre du micromètre Pénétration de 200 µm à 1mm dans l échantillon selon la diffusion de la matière A B C Images OCT d un échantillon de peau (A), de microparticule préparée à partir de sérumalbumine réticulée (B) et de fibres de chanvre (C)

14 Number of counts Journées Condorcet Compiègne - 8 juillet 2015 Microscopie éléctronique analytique à transmission (TEM/STEM) Imagerie subcelullaire 2D/3D (tomographie) Nanoanalyses : cryométhodes, spectroscopies EDXS, EELS P K Na S Cl Energy (ev) Ex: image STEM BF d une cryocoupe cellulaire lyophilisée (Cellule lignée Hela H2B traitée AmD) et spectre d émission X intracellulaire

15 Microscopie éléctronique: microscope électronique à balayage (MEB) Topographie de surface du matériel biologique Couplée à la spectroscopie de dispersion d énergie des photons X, cartographies quantitatives des revêtements superficiels (biomatériaux) ex: épithélium respiratoire

16 Imagerie tissulaire/petit animal: Micro-scanner X Micro-scanner X: (Résolutions: 9, 18 ou 35 Microns) - Imagerie tissulaire du Vivant (avec et sans agent de contraste) Angiogénèse Développement tumoral Métastases Os - Matériaux - Biomatériaux ex: image d une tumeur de mélanome obtenue après segmentation (Amira) sans agent de contraste

17 Imagerie tissulaire/petit animal: Tomographe Moléculaire de Fluorescence Tomographe Moléculaire de Fluorescence (4 lasers): - Imagerie moléculaire du Vivant (fluorescence: sonde, protéine), Angiogenèse Développement tumoral, Métastases Inflammation Cardiovasculaire ex: image d une tumeur de mammaire (xénogreffe de cellules mammaire transfectées par une protéine fluorescente)

18 Stations de traitement et d analyse d images: tracking 2D 3D Logiciels de «tracking» 2D et 3D développés au sein de la SFR Cap Santé.

19 Stations de traitement et d analyse d images: reconstruction 3D - 4D (logiciels Amira et Imaris) ex: reconstruction 3D d une cellule avec double marquage et visualisation 4D de l adhésion d une cellule sur fibronectine Logiciels de «tracking» 2D et 3D développés au sein de la SFR Cap Santé. Conseils et développements de macros dédiées pour le traitement et l analyse des images (ImageJ et Metamorph)

20 Conclusion Une double vocation La prestation et la formation : Utilisation ponctuelle (grille tarifaire SAIC) Utilisation moyens termes ( participation de la PF dans des projets de recherche (ANR,CPER,..), prévision de financements associés) Activités de formations (imageries et traitements d images) Ateliers techniques Veille technologique Le développement méthodologique et scientifique propre ( en lien avec les laboratoires): Originalité historique d interface physiquebiologie Approches multimodales/multi-échelles (du petit animal à la molécule) Traitements et analyses des images

21 Remerciements Journées Condorcet Compiègne - 8 juillet 2015