Une mince lame de lumière pour voir des cellules cancéreuses se multiplier dans toutes les directions… C’est le principe d’un instrument unique en France, le microscope SPIM (ou microscope à « feuille de lumière ») développé à l’ITAV – centre Pierre Potier de Toulouse où il vient à peine d’’entrer en fonction.
Cet appareil répond à un besoin en matière de biologie du cancer. « On sait déjà cultiver des cellules cancéreuses sur des supports planes. Mais dès qu’on veut des informations sur la dynamique de la croissance de ces cellules, il faut les observer en trois dimensions, puisque dans les tumeurs elles se multiplient en tout sens », explique en effet Bernard Ducommun, responsable de l’équipe Innovations pour l’étude de la prolifération en 3D (IP3D)
Pour cela, les chercheurs savent faire croître des « sphéroïdes, petites framboises de quelques dixièmes de millimètre constituées de dizaines de milliers de cellules cancéreuses. Mais avec un microscope classique, on ne peut pas les voir en trois dimensions. La solution : faire des vues en coupe et sous tous les angles, comme ferait un scanner médical. Un rayon laser transformé en lame de lumière se charge de ce découpage puis l’image est reconstituée par des techniques informatiques (lire encadré).
« Cette reconstitution des images implique un important développement logiciel. Elle n’aurait pas été possible sans les algorithmes développés à l’Institut de Mathématiques de Toulouse puis mis en œuvre par l’Institut de Recherches en Informatique de Toulouse (IRIT). C’est donc un projet fortement pluridisciplinaire, qui a pu voir le jour car il a été soutenu par nombre d’acteurs nationaux et régionaux » souligne Bernard Ducommun (1).
Tester l’efficacité des médicaments anticancéreux
Le SPIM trouve des applications en pharmacologie : il s’agit de mieux comprendre comment agit un médicament anti-tumoral sur la structure tridimensionnelle de ces sphéroïdes, autrement dit où, quand et comment la multiplication des cellules tumorales est inhibée par le médicament.
Ceci dans le but de détecter les molécules les plus efficaces, avec un avantage appréciable : « les sphéroïdes sont l’intermédiaire entre la culture cellulaire classique et les tests sur les animaux, explique Bernard Ducommun. Leur étude peut permettre de limiter le recours à ces tests »
En recherche plus fondamentale, le SPIM permet de comprendre la dynamique des tumeurs, mais aussi la croissance d’autres cellules, celles des racines des végétaux par exemple. C’est pourquoi plusieurs laboratoires de biologie toulousains se sont portés candidats à l’utilisation du SPIM, qui fait partie de la plateforme d’imagerie du Génopôle de Toulouse, et qui peut donc être mutualisé.
Enfin, l’équipe IP3D poursuit l’amélioration de l’instrument. Celui-ci n’est encore développé que par quelques équipes dans le monde, et pas encore « standardisé » pour une fabrication industrielle. Pour une meilleure qualité d’image, les chercheurs de l’ITAV tentent d’y intégrer l’optique adaptative, une technologie utilisée jusqu’à présent par… l’astronomie.
Jean-François Haït, pour KwantiK !
(1) Fondation InNa-Biosanté, CNRS, Fondation pour la recherche médicale, Cancéropôle Grand Sud-Ouest, Région Midi-Pyrénées, Université Paul-Sabatier, et partenariat avec les laboratoires Pierre Fabre
Le SPIM, une lame de lumière
Le SPIM (Single Plane Illumination Microscope) met en œuvre un rayon laser transformé en une mince feuille, une lame de lumière, qui vient frapper l’échantillon à étudier. Les cellules qui constituent celui-ci ont été marquées avec des molécules fluorescentes.
Ces molécules, excitées par la lumière du laser, réémettent un rayonnement. Celui-ci est capté par un objectif qui ne se situe pas dans l’axe du laser, comme pour un microscope classique, mais à 90 degrés.
Résultat : l’image captée est une vue en coupe du sphéroïde. Pour avoir une image en 3D, il suffit de balayer l’échantillon. Mais si la qualité de l’image est optimale sur les bords, elle se dégrade dès lors que le rayon laser pénètre à l’intérieur du sphéroïde.
La solution : faire tourner l’échantillon pour en exposer une face différente et recommencer.