Focus sur Imagerie Neurobiologique

Nikon Instruments Europe BV et toutes les filiales Nikon en Europe suivent de près la situation liée au COVID-19 (coronavirus) et appliquent les recommandations de chaque autorité sanitaire locale. En savoir plus sur les mesures mises en place.

 

Nikon prend en charge une variété d'applications d'imagerie neurobiologique basées sur un microscope.

Le paysage de l’imagerie neurobiologique évolue rapidement grâce aux progrès techniques réalisés dans des domaines tels que le nettoyage des tissus et l’imagerie multiphotonique in vivo, mais aussi à l’émergence de nouvelles technologies intéressantes telles que l’optogénétique et la microscopie à super-résolution. Nikon s'engage à développer, perfectionner et prendre en charge des technologies permettant une recherche neurobiologique à la fine pointe.

Imagerie profonde In Vivo et intra-vitale

L'imagerie multiphotonique fournit une section optique supérieure dans les grands spécimens.

Les microscopies multiphotoniques exploitent des lasers infrarouges pulsés de l’ordre de la femtoseconde à haute puissance pour exciter la fluorescence en profondeur dans des échantillons difficiles. La densité de puissance requise pour l'absorption de plusieurs photons n'est réalisée qu'au foyer du laser, limitant l'excitation à un petit volume focal et minimisant ainsi la fluorescence hors focus. Combinée à la capacité de la lumière infrarouge à pénétrer les milieux fortement diffusants, l'imagerie multiphotonique fournit à la fois une pénétration en profondeur supérieure et un découpage optique important pour l'imagerie des tissus épais et diffusants.

  • Le système multiphotonique A1R MP+ fournit les performances de sectionnement optique approfondies d'un système multiphotonique ainsi que la capacité d'imagerie à grande vitesse de notre nouveau balayage à résonance de haute définition (HD). Le balayage à résonance permet une imagerie de débit vidéo (30 images par seconde et plus), importante pour capturer des dynamiques rapides telles que la signalisation calcique. Parmi les autres fonctions avancées, citons le balayage à double faisceau pour une imagerie simultanée de plusieurs canaux, l'alignement automatique du laser, la détection non-dé-scannée, la compatibilité à 1300 nm, et bien plus encore.
  • Notre série d'objectifs de microscope CFI75 à immersion dans offre une transmission IR exceptionnelle, une NA élevée, de longues distances de travail et de grands champs de vision. Le MP 25xW dispose d'une NA de 1,10, la plus performante du secteur, et d’une distance de travail de 2,0 mm. Notre objectif LWD 16xW peut être utilisé pour l'imagerie à un grossissement de 5,6x, 32x et 64x avec un module d'agrandissement dédié pour notre microscope droit FN1.

Imagerie in vivo d'une souris YFP-H anesthésiée (âgée de 4 semaines) via la méthode de crâne ouvert. Visualisation de tous les neurones pyramidaux de la couche V et des neurones plus profonds d'hippocampe. Imagerie en profondeur réalisée pour l'imagerie tridimensionnelle de dendrites d'hippocampe jusqu'à 1,4 mm dans le cerveau.

Capturé avec le NDD GaAsP épiscopique 1300 nm et l’objectif CFI75 Apochromat 25XC W 1300 (NA 1.10, WD 2,0 mm)

Longueur d'onde d'excitation : 1040 nm

Photos offertes par : Drs. Ryosuke Kawakami, Terumasa Hibi et Tomomi Nemoto, Institut de recherche en sciences électroniques, Université de Hokkaido

① Pyramidal cells in layer V

② White matter

③ Alveus

④ Hippocampal pyramidal cells

⑤ Hippocampus 3D zoom image

Électrophysiologie

Les chercheurs ont besoin d'une plate-forme de microscope stable et accessible pour effectuer des expériences d'électrophysiologie sensibles.

L'électrophysiologie est l'étude des propriétés électriques des systèmes biologiques, tels que les neurones, en utilisant des microélectrodes pour lire et manipuler des signaux électriques. L'accessibilité des échantillons est une priorité absolue pour les électrophysiologistes, car le placement des électrodes nécessite une précision au niveau du micron. Le microscope doit être exceptionnellement stable et ne pas interférer avec les autres appareils de mesure. Le microscope droit Nikon FN1 présente un profil mince et accessible en forme de I pour une accessibilité maximale aux échantillons et une personnalisation du système, parfaites pour les expériences de patch-clamp. Notre tourelle coulissante pour le FN1 facilite la rétraction et la permutation des objectifs tout en évitant les collisions avec des instruments sensibles. Notre série d'objectifs CFI60 à immersion dans l’eau offre des angles d'approche de manipulation élevés, une NA élevée, de longues distances de travail et des pointes céramiques inertes.

Optogénétique

L'éclairage à motifs permet de puissantes applications basées sur l'optogénétique.

L'optogénétique est une famille de techniques expérimentales permettant un contrôle des processus biologiques par la lumière, notamment la stimulation de neurones uniques exprimant des canaux de rhodopsines exogènes. En outre, des rapporteurs optiques tels que des capteurs de calcium et de tension fluorescents peuvent être utilisés pour lire l'activité dans un dispositif expérimental entièrement optique. Cependant, le contrôle de la distribution spatio-temporelle de la stimulation doit être précis et indépendant de l'éclairage de lecture. La stimulation optogénétique à motifs est obtenue de manière plus robuste en utilisant un dispositif de micro-miroir numérique (DMD), un ensemble de centaines de milliers de miroirs à micro-échelle contrôlables indépendamment. Nikon propose plusieurs solutions DMD ainsi que des dispositifs de stimulation à balayage ponctuel pour la recherche en optogénétique * .

Lisez notre note d'application sur l'optogénétique pour apprendre à utiliser un DMD pour contrôler la signalisation dans les embryons en développement.

* Les produits disponibles peuvent varier en fonction de la zone du monde.

Imagerie des tissus éclaircis

Objectifs conçus pour l'imagerie d'échantillons éclaircis et d’échantillons appariés à un indice de réfraction.

Les techniques d'appariement d'indice de réfraction on (IR) et d’éclaircissement telles que CLARITY ont fondamentalement changé notre approche de l'imagerie tissulaire. Auparavant, les chercheurs sectionnaient mécaniquement les gros tissus et imageaient séquentiellement des tranches individuelles. Malheureusement, cette approche fastidieuse perturbe le contexte 3D de l'échantillon, masquant les relations critiques. L’éclaircissement de tissu permet de caractériser rapidement la structure continue en trois dimensions de spécimens entiers, ce qui permet de mieux comprendre que précédemment. Cependant, une imagerie optimale des tissus éclaircis nécessite une optique spécialisée caractérisée par un faible grossissement, une ouverture numérique élevée et la possibilité d'ajuster les corrections optiques de l'objectif pour différents indices de réfraction correspondant à différentes méthodes d’éclaircissement. Nikon a récemment introduit deux nouveaux objectifs de microscope pour répondre à ces besoins :

  • Notre objectif d’immersion en glycérine CFI60 10xC Glyc peut corriger les indices de réfraction entre 1,33 et 1,51, en mesure de correspondre à la RI de la plupart des réactifs d’éclaircissement les plus courants, et présente des caractéristiques de NA de 0,5.
  • L'objectif d'immersion en glycérine CFI90 20xC de Nikon se caractérise par une distance parfocale unique de 90 mm, permettant une NA incroyablement élevée de 1,0 et un grand champ de vision, tout en maintenant une distance de travail ultra longue de 8,2 mm. Cette combinaison de capacités aboutit à un objectif idéal pour l'imagerie de grands tissus en combinaison avec les outils de numérisation / assemblage de grandes images disponibles dans le logiciel NIS-Elements.

Imagerie ultrastructurale avec super résolution

La super-résolution STORM éclaire des détails neuronaux inédits avec une résolution à l'échelle nanométrique et une spécificité élevée.

Contrairement aux microscopies standard à diffraction limitée, les techniques de super-résolution offrent une résolution de niveau sous-organite. Les détails cellulaires ultrastructuraux précédemment observés uniquement par microscopie électronique (EM) ont été résolus par super-résolution et avec la spécificité moléculaire supérieure et la capacité de multiplexage de l'imagerie par fluorescence. La microscopie de reconstruction optique stochastique (STORM) utilise le concept de la localisation d'une molécule unique pour localiser des événements d'émission fluorescents uniques avec une précision nanométrique unique. Cette technique a été utilisée pour découvrir à la fois la structure périodique du cytosquelette d'axone (non observable par EM) et l'architecture de l'échafaudage du segment initial de l'axone. Plusieurs groupes de recherche ont appliqué STORM pour quantifier la distribution synaptique des protéines. Nikon rend la technique STORM accessible aux neuroscientifiques via notre système N-STORM 5.0. De plus, l'imagerie rapide de haute résolution jusqu'à 15 images par seconde est désormais possible avec notre système d'éclairage structuré N-SIM S.

Christophe Leterrier Ph.D., NeuroCyto, Marseille, France

Reconstruction de grandes images

Des outils puissants pour l'acquisition et l'analyse d'images avancées

Le logiciel NIS-Elements offre un contrôle complet de l’acquisition, de l’analyse et de la visualisation de vos données. Les applications de neurobiologie nécessitent souvent de travailler avec de gros échantillons. NIS-Elements facilite la numérisation / la reconstruction d'images ainsi que l'empilement en z, simplifiant ainsi l'acquisition de grands jeux de données 3D (et 4D). Des outils de visualisation puissants fournissent des images étonnantes pour le partage et la présentation des données. Les outils de programmation graphique tels que les JOBs simplifient les flux de travaux d'acquisition et d'analyse personnalisés, y compris les flux de travaux conditionnels avancés (par exemple, les acquisitions automatisées qui dépendent des résultats d'analyse). Des étapes d'analyse fastidieuses telles que la segmentation d'images peuvent être simplement intégrées dans des routines d'analyse d'images intelligentes et automatisées.