Microscopie de fluorescence

Président de Session: Messieurs J.M.Devoiselle




Visualisation in situ et in vivo du comportement de liposomes PEG dans les capillaires en situation inflammatoire au moyen de la vidéo-microscopie de fluorescence intravitale.

Serge MORDON, Jean Marie DEVOISSELLE, Sylvie BÉGU, Thomas DESMETTRE

(SM, TD) UPRES EA 2689 INSERM IFR22, Pavillon Vancostenobel, CH&U de Lille, 

59037 LILLE cedex mordon@lille.inserm.fr

(JMD, SB) U.F.R. des Sciences Pharmaceutiques, UMR CNRS/ENSCM 5618 & Laboratoire de Technique Pharmaceutique Industrielle, Faculté de Pharmacie, 15, av. Charles Flahault, 34060 MONTPELLIER cedex

Objectifs: Lors de pathologies inflammatoires, l'intérêt en imagerie et en thérapeutique de l'utilisation des liposomes repose sur leur capacité à être capturés par les cellules phagocytantes mononuclées et les cellules polymorphonuclées (1-3). Si les images obtenues in vivo en scintigraphie permettent à des temps tardifs de visualiser une capture des liposomes sur le site inflammatoire, les événements mettant en jeu la capture des liposomes sur ces sites sont peu documentés in vivo. Cette étude a donc pour objectif de visualiser le comportement de liposomes PEGylés in situ et en temps réel par microscopie de fluorescence intravitale. 

Matériels et méthodes: Le marqueur fluorescent est la 5,6-carboxyfluorescéine (100 mM) encapsulée dans des liposomes (DSPC/DPPC/DSPC-PEG, ratio molaire 16:2:1) préparés par extrusion sur membrane de polycarbonates (100 nm). Ces liposomes sont injectés chez un hamster porteur d'une chambre optique implantée (skin flap window, 4). Une inflammation est induite soit par un geste chirurgical (inflammation chronique) soit par injection de LPS (5 mg/kg) (inflammation aiguë). Les images de fluorescence sont obtenues par épifluorescence (microscope Nikon E800, grossissement x40, x80, excitation: 470 nm FWHM 40nm; émission 540 nm FWHM 40nm) et recueil des images de fluorescence à l'aide d'une caméra de haute sensibilité (Hamamatsu Photonics C2408). Un enregistreur vidéo numérique (Sony DV CAM) permet de stocker les images qui sont étudiées ultérieurement au moyen d'un ordinateur (logiciel DV MANAGER) .

Résultats: Les résultats montrent qu'il est possible de visualiser les liposomes au sein de la circulation sanguine. L'avantage des liposomes PEGylés repose sur un temps de demi-vie plasmatique élevé. De nombreux capillaires présentent des thromboses au gré du développement de l'inflammation. A leur niveau, on visualise clairement l'arrêt circulatoire concomitant avec une libération très importante du marqueur hors des liposomes (< 1 min. après arrêt de la circulation). Par la suite, le recrutement leucocytaire se traduit par l'apparition de leucocytes adhérents à la paroi vasculaire : leucocytes roulants et leucocytes adhérants. Ces leucocytes présentent une fluorescence cellulaire hétérogène et ponctiforme révélatrice de la capture des liposomes par phagocytose. Enfin, des cellules marquées sont localisées hors du lit vasculaire témoignant d'un mécanisme de diapédèse.

Conclusion: Il est possible d'étudier par cette technique le comportement intravasculaire des liposomes in situ et en temps réel dans un site inflammatoire à la résolution microscopique. Ces liposomes sont clairement identifiables et la microscopiede fluorescence intravitale montre qu'ils sont capables de libérer leur contenu dans des zones vasculaires thrombosées. De plus, les liposomes PEGylées permettent un temps de circulation suffisamment long et ont la capacité d'être capturés par les leucocytes activés et de sortir de la vascularisation via un mécanisme de diapédèse des leucocytes. Des études sont en cours pour distinguer les types cellulaires mis en cause et localiser la fluorescence cellulaire.

1-J.F. Scieszka, M.J. Cho, Pharm. Res., 5,6, 352-358 (1988)

2-M.J. Cho, J.F. Scieszka, C.T. Cramer et al., Pharm. Res., 6, 1, 78-84 (1989)

3-T.M. Adams, W.J.G. Oyen, O. Boerman et al., J. Nucl. Med., 39, 2172-2178 (1998)

4-S. Mordon, T. Desmettre, J.M. Devoisselle et al., Lasers Surg. and Med., 20: 131-141 (1997)

5-J.M. Devoisselle, S. Mordon, S. Bégu, T. Desmettre Functional Imaging and Optical Manipulation of Living Cells and Tissues. D.L. FARKAS (Ed), SPIE, Bellingham, USA, vol 3921 (2000)


Etude par triple marquage, imagerie de fluorescence et analyse multifactorielle de la variabilité de populations de lymphocytes circulants. Application à la détection des effets de facteurs exogènes


Judith PESCO, Jean VIGO,Jean-Marie SALMON

UPRES 1947 : Biologie Physico-Chimique des Systèmes Intégrés, Université de Perpignan, 66860 Perpignan Cedex. Tel: 04 68 66 2115, E-mail: pesco@univ-perp.fr; vigo@univ-perp.fr; salmon@univ-perp.fr.

La réponse de líorganisme humain aux agressions chimiques de líenvironnement peut être étudiée soit au niveau díorganes cibles (poumons, cheveux, dents) soit par la modification de fonctions sensibles spécifiques (altérations de la composition de la sueur, des urines) soit enfin par une analyse des constituants du sang à partir de prélèvements minimes. Cet ainsi que les lymphocytes circulants paraissaient constituer un réservoir d'informations intéressantes permettant une approche quantitative de l'effet des agressions de l'environnement sur l'homme.

C'est pourquoi nous nous étions fixé comme objectif:

- de définir un protocole fiable permettant l'acquisition de paramètres caractérisant des populations de lymphocytes vivants prélevées chez des individus,

- d'utiliser ces paramètres pour, dans une approche multiparamètrique, tester les possibilités d'une telle approche et une fenêtre de mesure permettant de suivre des modifications des propriétés de populations de lymphocytes. 

Un protocole de triple marquage Hoescht 33342, Rhodamine123, Rouge Nil, associé à l'analyse d'images numérisées permetd'obtenir sur des lymphocytes humains vivants des paramètres morphométriques (taille des lymphocytes etdes noyaux)et des paramètres liés à l'état physiologique des lymphocytes (état énergétique par fluorescence R123, propriétés de la membrane plasmique par fluorescence Rouge Nil).

Les distributions des populations de lymphocytes en fonction de ces paramètres révèlent, d'un donneur à l'autre, de larges différences qui nous ont conduità rechercher l'existence de classes de lymphocytes et à vérifier leur réalité de leur existence par une analyse factorielle discriminante sur l'ensemble des lymphocytes des 69 donneurs. Dix classes ont été définies. Elles ont permis de constituer un groupe d'expérience qui a été utilisé pour déterminer la compositions de la population de lymphocytes de chaque donneur. Si 5 de ces classes sont pratiquement présentes chez tous les donneurs 5 autres apparaissent comme des événements relativement rares.

La décomposition des populations de lymphocytes en % de 10 classes de lymphocytes a permis de montrer que les 69 donneurs se répartissent en 5 groupes dont un, ne comportant que 4 donneurs, est nettement différencié des 4 autres. Cette approche a été mise en úuvre pour vérifier l'absence d'influence du sexe et de l'age sur l'existence de ces 5 groupes de donneurs. Enfin l'étude de l'effet de l'héparine sur des populations de lymphocytes de 11 donneurs révèle des perturbations importantes induites par ce produit (plus fort marquage par R123 et Rouge Nil). La similitude existant entre la distribution de certainsdonneurs traités à l'héparine et celle du groupe de 4 donneurs nettement différencié des 4 autres semble indiquer que ce groupe pourrait résulter d'atteintes portées aux propriétés des populations de lymphocytes par un/des facteurs exogènes. La fenêtre de mesure ainsi déterminée devrait permettre un élargissement du champ d'application de notre approche.


(1''-Pyrène Butyl)-2-Rhodamine ester, 

un marqueur permettant d'amener le Pyrène dans les mytochondries .

A-C. Ribou, J. Vigo, J-M. Salmon 

Groupe de Microfluorometrie Quantitative, Laboratoire de Chimie-Physique, Université de Perpignan, 52 Avenue de Villeneuve, 66860, Perpignan.

Tel: 04 68662113; Fax: 04 68662144; email: ribou@univ-perp.fr

Les mitochondries sont d'importantes organelles qui semblent être la cible d'agents cytotoxiques. La rhodamine 123 (R123) est un marqueur fluorescent vital spécifique de ces organelles. Ce marqueur peut être utilisé pour suivre l'activité mitochondriale de cellules vivantes lors de l'incubation de différentes drogues (E. Rocchi, thèse). Toutefois, ces expériences ne donnent aucune information sur les mécanismes responsables des changements obtenus.

Nous avons démontré que des dérivés aliphatiques de cette sonde (C9 à C12) marquent les mitochondries des cellules vivantes tout comme la R123 (V. Jeannot, thèse). Au vu de tel résultat, on a envisagé d'utiliser la rhodamine 123 pour vectoriser des substances vers les mitochondries. 

La concentration en oxygène peut être mesuré dans les cellules vivantes en utilisant la durée de vie de fluorescence du pyrène. La quantité d'oxygène au voisinage des mitochondries pouvant être le facteur limitant de l'activité mitochondriale, nous avons synthétisé un dérivé du pyrène en couplant celui-ci à la R123 par une chaîne de 4 carbones.

Nous présenterons d'abord les propriétés physico-chimiques de ce composé dans différents solvants. Dans l'éthanol, on obtient à l'état excité un équilibre avec une forme repliée non fluorescente, les durées de vie du pyrène et de la rhodamine en sont diminuées. Sous azote cet équilibre n'est pas changé et seule la fraction de pyrène restant sous forme non replié voit son intensité de fluorescence augmenter. Dans un alcool comportant une longue chaîne aliphatique (nonanol), au contraire, cette forme non fluorescente n'existe pas, les durées de vie du pyrène et de la rhodamine en sont sensiblement augmentées.

Des premiers résultats sur cellules vivantes ont été obtenus au moyen de techniques de videofluorimétrie sur des cellules submandibulaires de souris (SCA9). La sonde entre dans les cellules et cible les mitochondries. La localisation de la sonde est observée en suivant la fluorescence de la rhodamine avec un analyseur d'image (SAMBA 2005). Le spectre de la sonde dans les cellules est enregistré en utilisant un microspectrofluorimètre couplé à un détecteur CCD multicanal (OMA) de Princeton Research Instrument




MicroSpectroFluorimétrie :

Adaptation, caractérisation, validation et application en cancérologie

M-P Gramain1, J-J Padilla1, C. Bour-Dill2, A. Dieterlen3, J-L Merlin2, F. Guillemin1,2

1Laboratoire d'Instrumentation Médicale Automatisée en Cancérologie Centre Alexis Vautrin, 54500 Vandúuvre- Les-Nancy

2 Laboratoire de Recherche en Oncologie, Centre Alexis Vautrin, 54500 Vandúuvre- Les-Nancy

Tél. : 03 83 59 46 62Fax : 03 83 59 46 62e-mail : mp_gram@club-internet.fr

3Lab.El-Equipe EEA, Université de Haute-Alsace, IUT, 61 rue A. Camus 68093 Mulhouse

La microscopie de fluorescence permet de visualiser les sites de fixation des fluorophores au niveau des organites intracellulaires. L'association des mesures de spectres de fluorescence et de la microscopie permet d'apporter des informations sur le métabolisme des cellules tumorales. 

L'adaptation d'un spectromètre sur un microscope optique à épifluorescence a été réalisée par fibre optique, formant ainsi un poste de microspectrofluorimétrie (MSF). Il permet le positionnement d'un capteur (caméra ou photomultiplicateur), la visualisation de la zone de mesure et la mesure spectrale proprement dite. L'instrumentation a été optimisée puis caractérisée en déterminant les limites de résolution spatiale, axiale et spectrale, à partir d'objets fluorescents de taille et de marquage connus, ainsi que sur des fantômes d'épaisseurs différentes composés de deux fluorophores (Rhodamine et Iodure de propidium). 

La technique a ensuite été appliquée à des échantillons biologiques. Des modifications spectrales ont pu être mises en évidence entre deux lignées sensibles et résistantes d'adénocarcinome mammaire (MCF-7 et MCF-7 DXR) incubées avec une anthracycline (Daunorubicine) utilisée en chimiothérapie. Les premiers résultats étant très prometteurs permettent d'envisager des mesures intracellulaires de photosensibilisants utilisés en thérapie photodynamique. Par contre, de part les caractéristiques de ces produits, la technique devra à nouveau passer par une étape préliminaire d'optimisation.


Mesures 3D en microscopie optique :

Caractérisation du système et déconvolution des données

S. Razgallah1, M.-P. Gramain2, C. Bour-Dill3, A. Dierterlen1, C. Xu1, O. Haeberlé1, D. Dumas4, F. Guillemin2, S. Jacquey1

1Lab.El-Equipe EEA, Université de Haute-Alsace, IUT, 61 rue A. Camus 68093 Mulhouse

Tél. : 03 89 32 42 22Fax : 03 89 60 45 65e-mail : a.dieterlen@univ-mulhouse.fr

2IMAC, CRAN, CNRS, UPRES-A 7039, 3LRO, CAV, 54500 Vandúuvre-Les-Nancy

4Laboratoire d'AngioHématologie, faculté de médecine, Nancy 1, Pr Stoltz.

La microscopie 3D de fluorescence est un moyen efficace díinvestigation volumique de spécimens biologiques. Microscopes confocal et conventionnel sont les deux principaux types díinstruments utilisés dans ce domaine. Le microscope confocal possède une meilleure résolution spatiale mais implique des problèmes de bruit et de photo-blanchiment (par exemple en thérapie photodynamique lors d'études de cellules cancéreuses incubées avec un photosensibilisant). Le microscope conventionnel par coupes optiques sériées (OSM) utilisant un détecteur CCD à haute sensibilité donne des images moins bruitées permettant de diminuer le photo-blanchiment grâce à la faible puissance díexcitation nécessaire. Par contre, un tel système possède une moins bonne résolution spatiale, notamment la résolution axiale à cause des particularités de sa fonction de transfert optique (OTF). Par conséquent, les mesures géométriques ou quantitatives sur les données brutes sont entachées d'erreurs.

Une restauration adéquate est indispensable avant toute mesure 3D. Cette restauration devra améliorer la qualité des données : corriger les distorsions géométriques et réassigner les intensités à leurs origines. Une restauration de qualité nécessite la connaissance du système d'acquisition et donc de son OTF. Des informations a priori sur le spécimen étudié peuvent aussi s'avérer utiles.

Quatre méthodes de déconvolution sont implémentées: inversion directe régularisée (LLS) maximum a posteriori (MAP), projection dans un espace convexe (POCS) et maximum de vraisemblance (ML-EM). LLS et MAP sont appréciables par leurs temps de calcul courts, et peuvent être utilisés pour des traitements routiniers. En revanche, POCS et ML-EM sont plus coûteux en temps de calcul. POCS donne de très bons résultats pour la restauration de spécimens fins, ML-EM est particulièrement adapté aux images bruitées. Pour mener à bien la restauration, les paramètres de régularisation que nécessite la déconvolution sont déterminés par une procédure automatique en fonction des valeurs propres du système et d'une estimation de la puissance du bruit. Cette automatisation implique la facilité d'utilisation et la répétabilité inter-utilisateur.

Nous présentons les méthodes expérimentales de caractérisation du système. Avec ces données, nous pouvons identifier líinfluence de différents paramètres expérimentaux, ce qui permet d'établir le protocole d'acquisition des échantillons biologiques. Ensuite, nous présentons la chaîne de traitement et de restauration de données 3D développée au laboratoire. Les objets fluorescents sont segmentés puis labellisés après avoir déconvolué les données brutes. On peut ainsi déterminer le facteur díélongation axial sur des billes fluorescentes de référence. Les analyses statistiques, géométriques ou morphologiques deviennent alors significatives. Nous appliquons cette méthodologie sur des images de cellules cancéreuses marquées par une molécule fluorescente utilisée en chimiothérapie


Microscopie multi-photons à multiples détections simultanées

R. Gauderon, P.B. Lukins et C.J.R. Sheppard

School of Physics A28, University of Sydney, NSW 2006, Australia. 

Tel: ++612 9351 2553Fax: ++612 9351 7727E-mail: regis@physics.usyd.edu.au

De nos jours, il existe de nombreuses techniques en microscopie optique qui sont appliquées à des domaines aussi variés que l'étude des matériaux et de l'environnement, la biologie, et la biomédecine. Ces techniques consistent notamment à la microscopie optique conventionnelle, à interférences (traditionnelles ou à contrastes différenciés), confocale, et plus récemment multi-photons. L'intérêt croissant pour les microscopes basés sur des phénomènes non-linéaires découle de leur capacité à produire des images tri-dimensionnelles par le biais d'un sectionnement optique résultant des propriétés spatiales de l'interaction entre le faisceau laser à pulses qui est focalisé dans l'échantillon et les propriétés optiques non-linéaires de ce même échantillon. En outre, la microscopie multi-photons offre l'avantage (par rapport aux techniques confocales notamment) d'une réduction des dommages biologiques à l'échantillon et d'un plus grand pouvoir de pénétration grâce à l'utilisation d'une longueur d'onde d'illumination plus élevée. Toutes ces différentes méthodes microscopiques vont évidemment fournir des informations différentes, voir complémentaires, quant à l'échantillon. Jusqu'alors néanmoins, ces methodes ont été utilisées indépendemment ou au mieux consécutivement. Ici, nous démontrons le potentiel de l'imagerie à fluorescence excitée par deux-photons (TPF) et de l'imagerie basée sur la génération de deuxième harmonique (SHG), opérées à la fois séparemment et simultanément sur le même volume d'un échantillon. Cette nouvelle approche, intitulée microscopie multi-photons à multiples détections simultanées, est caractérisée en utilisant et modifiant un microscope confocal et un laser femtosecond Ti:S commerciaux. Le signal fluorescent est enregistré par un détecteur en réflection et le signal deuxième harmonique par un détecteur en transmission. L'étude d'échantillons consistant de chromosomes d'une mouche australienne montre que cette méthode à multiples détections simultanées permet l'obtention d'informations chimiques et structurelles non-accessibles par les imageries TPF et SHG uniquement.