Vidéomicroscopie miniaturisée et parallélisée pour microplaque 96 puits – CellScan

Le microscope holographique parallélisé est constitué d'un système multi-capteurs d'acquisition d'images, d'un système d'illumination et d'un support pour la microplaque 96-puits fixé sur une table XY. Les composants ont été assemblés au sein d'un boîtier conçu en interne et compatible avec les techniques de production en série. Les images sont enregistrées de manière automatique selon le pas de temps et la durée spécifiées par l'utilisateur. Nous avons programmé des logiciels de visualisation et de traitement automatiques des 96 séries d'images fournies par le microscope. De plus, un logiciel permet d'analyser rapidement et de manière ergonomique les résultats issus du crible, par exemple des mesures de motilité par des tests de blessure. Au cours du projet, le microscope et l'environnement logiciel ont permis d'identifier et de valider plusieurs hits.

Le microscope a été utilisé avec succès dans des cribles cellulaires. Il est compatible avec tous les formats de microplaque et avec tous les supports standards de culture. Les cartes électroniques sont très stables et soutiennent l'acquisition massive des 96 séries d'images. La segmentation automatique des objets sur les images a été validée par une campagne de segmentations manuelles réalisée auprès de plusieurs utilisateurs. Les utilisateurs ont accueilli très favorablement les logiciels de visualisation des images et d'analyse graphique des résultats.

Le vidéomicroscope prototype et les logiciels sont pleinement fonctionnels. Les premiers cribles effectués en interne ont déjà permis d'identifier des molécules hits qui seront étudiées plus spécifiquement dans les prochains mois. Ces résultats valident l'approche globale du vidéomicroscope pour l'application de crible. Le développement du vidéomicroscope holographique va bientôt passer en phase de pré-industrialisation.

1) V. Haguet et al., Proc. 17th MicroTAS Conference, pp. 1740-1742, Fribourg, Allemagne, 27-31 octobre 2013.
2) I. Ghorbel et al., Proc. 37th International Meeting of the German Society for Cell Biology (DGZ), p. 71, Ratisbonne, Allemagne, 18-21 mars 2014.

L'imagerie classique de cellules chimiquement fixées fournit aux laboratoires académiques et aux industriels de la pharmacologie des informations précieuses sur la structure et le phénotype cellulaires. Cependant, elle offre des moyens limités d'accès à des données cinétiques telles que des événements cellulaires transitoires ou rares. Une demande croissante émerge actuellement pour suivre l'évolution de cultures cellulaires afin de pouvoir identifier des signatures cellulaires spécifiques, par exemple les effets de drogues sur la viabilité, la prolifération, la morphologie ou la motilité cellulaires. Les vidéomicroscopes et les systèmes récents d'imagerie en incubateur peuvent fournir des images de cellules vivantes à des intervalles de temps réguliers (time-lapse imaging). Néanmoins, ces équipements sont coûteux (dans la gamme 50-190 k€) et/ou ne disposent pas de capacités de parallélisation de l'imagerie ou seulement à bas débit. Pour des raisons de coût, ils possèdent généralement des champs de vue restreints et une résolution moyenne, et permettent d'imager un seul marqueur fluorescent. Ce projet de 18 mois vise à employer notre technologie d'imagerie cellulaire en mode contact développée précédemment pour surmonter ces difficultés. Notre architecture d'imagerie, en rupture avec les solutions habituellement adoptées, évite tout composant coûteux d'optique ou de renforcement de contraste. Elle permet de générer des images à fond clair de cellules dans des microplaques en mode time-lapse directement dans un incubateur. Les laboratoires BGE et LISA du CEA à Grenoble ajouteront au système d'imagerie cellulaire parallélisée, de nouvelles capacités à forte valeur ajoutée basées sur un système de micropositionnement à course centimétrique, des traitements optiques en couches minces et des logiciels de traitement d'image : (i) visualisation de l'aire complète des puits d'une microplaque afin d'étudier exhaustivement les populations cellulaires ; (ii) imagerie de cellules fluorescentes exploitant des filtres interférentiels déposés sous forme de micromotifs sur les capteurs d'image ; (iii) collecte automatisée et massive de données sur les cellules par segmentation et analyse des images à haut débit ; (iv) imagerie à l'échelle subcellulaire reposant sur un logiciel de reconstruction holographique des images et sur un marquage spécifique amplificateur de la diffraction. Avec le soutien de la Cellule Valorisation du CEA, les objectifs de valorisation seront de déposer des brevets sur l'architecture du dispositif obtenu et sur les algorithmes et les méthodes associés, et d'organiser le transfert de la technologie par le biais de contrats de license à une entreprise du secteur de l'imagerie, éventuellement à une entreprise issue du CEA si cette approche apparaît financièrement pertinente.