Projet EndoNeuro (dec. 2016 – nov. 2017) :  « Nouveaux outils d’imagerie optique pour les neurosciences »

Les innovations ayant trait aux neurosciences soulèvent un intérêt, des questionnements et une implication de la part des acteurs de la recherche et des financeurs qui vont grandissants (voir pour exemple : https://www.braininitiative.nih.gov). Dans ce cadre l’imagerie optique in vivo à une profondeur supérieure au millimètre et donc qui soit capable d’atteindre la zone de l’hippocampe chez la souris adulte, réalisée sur animal vigil et avec une résolution spatiale sub-neuronale ouvrirait des perspectives importantes pour la compréhension du fonctionnement du cerveau. Des chercheurs de l’Université de Cornell aux USA ont récemment montré qu’une telle imagerie était possible par excitation non-linéaire à 3 photons (3P) à l’aide d’un système laser femtoseconde à 1,7 μm (fenêtre de transmission de la matière vivante)(voir http://xu.research.engineering.cornell.edu/). Cependant ces premiers résultats ont été obtenus avec un microscope de table sur animal anesthésié ayant donc une activité cérébrale très fortement réduite.

Le but du projet multidisciplinaire EndoNeuro de l’Hôtel à Projet Transversaux Bio-Ingénierie de Xlim est de transposer ce résultat au cas de l’imagerie par fibre optique dans le but de l’appliquer au animal vigil et libre de mouvement ce qui offrirait aux chercheurs en neurosciences un outil inédit pour la compréhension des mécanismes d’apprentissage. Ce projet, débuté en 2016, met à profit les savoir-faire pluriels d’XLIM portant sur la neurobiologie (Rod O. Connor, S.M. Bardet), les sources infra-rouges (IR) d’impulsions ultra-courtes à fibres optiques (S. Février, Novae Laser), les sources supercontinuum IR à fibres optiques (P. Leproux, Leukos), l’endomicroscopie non-linéaire (F. Louradour) et la microscopie avancées (C-H. Hage, responsable du projet expérimental [1]).

Le projet EndoNeuro bénéficie aussi d’une collaboration externe avec l’Institut des Sciences Moléculaires de Bordeaux (ISM). A termes une collaboration élargie avec le Neurocampus de Bordeaux est tout à fait envisageable de même qu’avec l’Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure de Paris (existence d’une collaboration antérieure IBENS-XLIM (http://www.ibens.ens.fr/spip.php?rubrique35) sur le même sujet dans le cadre du projet IMUCEL financé en 2014 par le CNRS sur l’AAP Instrumentation aux Limites ; voir http://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/resumes_posters_2015.pdf).

Les sondes fluorescentes organiques extrêmement brillantes que Mme Blanchard-Desce (DR-CNRS ; séminaire à XLIM en mai 2016 : http://www.xlim.fr/agenda/seminaire-mme-mireille-blanchard-desce) développe à l’ISM à Bordeaux, associées aux systèmes élaborés à XLIM, pourraient constituer une solution pour accroître encore la profondeur d’imagerie. Pour l’heure, différentes sources et sondes moléculaires pertinentes ont été testées, et un dispositif de microscopie modulaire a été mis en place à XLIM afin de valider cette démarche [1].

A moyen terme, cette conjonction d’expertises acquises à XLIM pourra donc servir l’écosystème néo-aquitain, dont le Neurocampus de Bordeaux, en fournissant aux biologistes des moyens d’imagerie inédits.

[1] : Conference Photonics West BIOS January 2017, San Francisco (US), Paper 10079-13, “Novel molecular-based fluorescent nanoparticles for three photon excited microscopy at 1700 nm”, Charles-Henri Hage, XLIM Institut de Recherche, Univ. de Limoges (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France); Patrick Cadroas, XLIM Institut de Recherche, Univ. de Limoges (France) and NOVAE (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France); Jonathan Daniel, Paolo Pagano, Christiano Mastrodonato, Institut des Sciences Moleculaires, Univ. Bordeaux 1 (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France); Dmitry A. Gaponov, NOVAE (France); Raphael Jauberteau, XLIM Institut de Recherche, Univ. de Limoges (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France); Pierre Leclerc, XLIM Institut de Recherche, Univ. de Limoges (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France); Marc Fabert, Julien Brevier, Rodney P. O’Connor, Sylvia M. Bardet-Coste, Frederic Louradour, Sebastien Fevrier, XLIM Institut de Recherche, Univ. de Limoges (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France); Mireille H. Blanchard-Desce, Institut des Sciences Moleculaires, Univ. Bordeaux 1 (France) and Ctr. National de la Recherche Scientifique (France)

Abstract of the conference :

The excitation spectral window lying around 1700 nm is optimal for in-depth three-photon (3P) microscopy thanks to the strong reduction of scattering by tissues that it provides. In this context, new molecular-based fluorescent nanoparticles with enhanced 3P-excited brightness at 1700 nm are proposed and demonstrated. We report on the characterization of these new dyes when excited by a monolithically integrated high repetition rate all-fiber femtosecond laser based on soliton self-frequency shift providing 9 nJ, 75 fs pulses at 1700 nm. Ongoing experiments about angiographic imaging on animal model will be described and future routes towards 3P endomicroscopy will be discussed.