De nouveaux outils de fusion des images en microscopie corrélative

Résultats scientifiques

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 de structures imagées à différentes échelles. Cette étude qui permet de replacer une fonction moléculaire observée en microscopie de fluorescence dans son contexte ultra-structural en microscopie électronique, a été publiée le 31 janvier 2017 dans la revue Nature Methods.

La compréhension du vivant passe en priorité par l’observation. Depuis les débuts de la recherche en biologie, les techniques d’imagerie, 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 œuvre profondément différentes, sur un même échantillon biologique est un challenge qu’un nombre croissant de scientifiques et laboratoires abordent à travers le monde. 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 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 scientifique et aux modalités d’imagerie disponibles dans chaque laboratoire. La partie informatique est plus largement transposable et comporte suffisamment de similarités pour permettre aux auteurs de cette étude de proposer un logiciel capable de s’adapter à différentes données. 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 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 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 fluorescent avec une structure en microscopie électronique. eC-CLEM (disponible sur la plateforme logicielle Icy http://icy.bioimageanalysis.org/ (France-BioImaging et Institut 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 simple donnant accès à la fois à des possibilités d’alignements manuels, mais également automatique. 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.

 

Image retirée.
Figure : Fusion des images des mêmes cellules en microscopie électronique et photonique : A – Image en microscopie optique a transmission (la flèche pleine pointe vers une cellule non mutée, invisible en B). B – Même champ en microscopie à fluorescence. Les cellules mutées expriment une protéine fluorescente verte (flèche creuse). C – Même champ observé en microscopie électronique à balayage (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.

 

 

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