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L'imagerie par fluorescence est une technique puissante, très sensible et non invasive utilisée dans les sciences de la vie pour visualiser et surveiller les processus biologiques dans des cellules vivantes ou fixées, des tissus ou même des organismes complets. La fluorescence est l'émission d'un rayonnement, visible ou invisible, par une substance telle qu'un colorant fluorescent (également appelé fluorophore ou chromophore), après excitation par la lumière ou un autre rayonnement électromagnétique. Il existe une large gamme de colorants et de protéines fluorescents disponibles dans le commerce qui peuvent être utilisés pour marquer les structures biologiques avec une grande spécificité. Les techniques d'imagerie par fluorescence peuvent être divisées en méthodes de fluorescence spectroscopique et microscopique. Les applications basées sur la détection spectrale comprennent la qPCR, le séquençage de l'ADN, le criblage à haut débit ou la cytométrie en flux. Les techniques de microscopie à fluorescence couramment utilisées dans les laboratoires de recherche biomédicale comprennent l'épifluorescence, la microscopie confocale, multiphotonique, TIRF (fluorescence à réflectance interne totale), à super-résolution (SIM, STORM, PALM, STED) ou à nappe de lumière, ainsi que l'imagerie en temps de vie de fluorescence. La technique la plus appropriée dépendra de multiples facteurs, dont le niveau de résolution bidimensionnelle ou tridimensionnelle, la vitesse d'imagerie, la profondeur d'imagerie ou le nombre de canaux de couleur requis, mais toutes utilisent le même mécanisme de fluorescence pour observer les processus biologiques.
Un système d'imagerie par fluorescence typique se compose des éléments suivants :
Les jeux de filtres de fluorescence sont particulièrement importants pour séparer la lumière d'excitation de la fluorescence émise et consistent généralement en une combinaison d'un filtre d'excitation (généralement passe-bande), d'un filtre dichroïque (parfois appelé miroir dichroïque ou séparateur de faisceau dichromatique) et d'un filtre d'émission (passe-bande ou passe-haut) avec des profils de transmission optimisés pour correspondre aux caractéristiques spectrales de certains fluorophores.
La microscopie à fluorescence est l’une des principales techniques utilisées pour étudier la dynamique fonctionnelle ou morphologique des structures synaptiques, notamment les épines dendritiques et les terminaux axonaux, et pour définir la connectivité et la dynamique des circuits. Un faisceau laser est généralement focalisé dans un orifice, agissant comme une source d'illumination ponctuelle. La lumière ainsi filtrée spatialement est réfléchie par un filtre dichroïque, ce qui peut nécessiter ou non un expanseur de faisceau permettant de remplir toute l’ouverture de l’objectif. L’objectif focalise alors l’énergie d’excitation sur l’échantillon qui émet un signal de fluorescence plus faible collecté par le même objectif. Cette lumière d’émission est transmise au travers du filtre dichroïque dans la seconde lentille tube et traverse ensuite un dernier orifice avant d’être détectée par un capteur CCD ou CMOS. Idéalement, les deux orifices sont situés dans des plans d’image conjugués sur l’axe optique, ce qui permet aux images de se chevaucher parfaitement sur le plan objet. Comme les microscopes confocaux observent un très petit point dans le plan de l’objet, il est important d’échantillonner la lumière via un système de balayage ou un actuateur motorisé permettant de collecter plusieurs images. Ces images sont ensuite reconstruites en images 2D ou 3D.
De nombreuses techniques de diagnostic optique sont utilisées pour examiner, diagnostiquer et traiter les affections médicales, par exemple du cerveau, notamment la microscopie à base de laser et l'optogénétique.
La protéine fluorescente verte (GFP) est une protéine spécialisée constituée d’un groupe spécifique d’acides aminés qui émettent une lumière verte lorsqu’ils sont exposés à la lumière UV ou bleue. Extraite de la vie marine, la longueur d’onde d’excitation la plus courante s’étend de 395 nm à 475 nm, avec des pointes d’émission allant de 509 à 525 nm. La GFP est énormément utilisée dans les systèmes d’imagerie par fluorescence non invasifs pour détecter les croissances tumorales, l’apoptose et d’autres activités cellulaires.
Technique biologique qui consiste à utiliser la lumière pour contrôler les cellules dans des tissus vivants, plus particulièrement les neurones dans la plupart des cas ayant été génétiquement modifiés par des photorécepteurs qui réagissent à différentes bandes de longueur d'onde.
Méthode de rendre des tissus cérébraux transparents à l’aide d’hydrogels. Accompagnée d’anticorps ou biomarqueurs, cette méthode permet de prendre et étudier des images de structure nucléique du cerveau hautement détaillées.
Un marqueur calcique encodé génétiquement, utilisé dans l’imagerie cérébrale. GCaMP est semblable à la fusion d’une protéine fluorescente verte (GFP), de la calmoduline et d’une séquence peptidique dans la myosine.
Technique de neuroscience conçue pour cartographier et répertorier les quantités ou propriétés spécifiques du cerveau dans une représentation spatiale. En d’autres termes, l’anatomie et la fonction du cerveau, de la colonne vertébrale au système nerveux central par des techniques d’imagerie.
Technique d’électrophysiologie permettant d’étudier les canaux ioniques simples et multiples dans les neurones, les cardiomyocytes, les fibres musculaires et d’autres cellules.
Les techniques de microscopie telles que la microscopie de fluorescence, confocale, multiphotonique et à super-résolution sont utilisées pour étudier des synapses, des neurones et des circuits neuronaux dans les tranches de cerveau.
Les objectifs multi-éléments sont essentiels pour toute technique de microscopie, notamment de nombreuses techniques de diagnostique du cerveau. La compréhension des différents types d’objectifs est importante pour veiller à ce que vous utilisiez l’objectif approprié à votre application.
En savoir plus sur la façon d’assembler un système de microscopie à fluorescence.
Les maladies courantes du cerveau, détectées par des techniques de diagnostic avancées telles que la microscopie à fluorescence, sont répertoriées ci-dessous. Les avancées dans les objectifs de microscope et d’autres composants optiques permettent à ces maladies d’être plus facilement détectées et traitées.
Une affection médicale qui survient lors d’une interruption prolongée de l’irrigation sanguine du cerveau entraînant une faiblesse musculaire d’un côté du corps, une perte de contrôle du visage, un engourdissement et des problèmes d’élocution.
Un type de démence progressive et incurable qui détruit la mémoire et d’autres fonctions mentales
Une maladie incurable du système nerveux central (SNC) qui affecte le mouvement et inclut des tremblements incontrôlables.
Une maladie héréditaire, incurable qui entraîne la décomposition des cellules nerveuses du cerveau au fil du temps, entraînant des mouvements corporels saccadés et éventuellement l’incapacité de parler.
Une inflammation grave du cerveau et des membranes de la moelle épinière qui est généralement déclenchée par une infection et entraîne de la fièvre, des maux de tête et une raideur du cou.
Un état caractérisé par des crises récurrentes principalement dues à une activité électrique anormale et accrue dans le cerveau.
Le type le plus courant de lésion cérébrale traumatique qui se manifeste par un impact important résultant en une secousse du cerveau ou un déplacement à l’intérieur du crâne.
Des tumeurs cancéreuses ou non cancéreuses de cellules anormales dans le cerveau ayant différents niveaux et types de gravité, notamment l’astrocytome, le blastome, l’épendymome et le méningiome.
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