Visualiser le devenir cellulaire grâce à la microscopie avancée : Entretien avec le Dr Aoki

La microscopie avancée ouvre bien plus qu’une fenêtre sur les cellules : elle révèle les décisions cachées qui façonnent la vie au niveau cellulaire. Nous nous sommes entretenus avec le Dr Kazuhiro Aoki de la Graduate School of Biostudies de l’université de Kyoto, dont les travaux explorent les mécanismes du devenir cellulaire : comment les cellules traitent l’information et choisissent leur orientation future.

Après avoir utilisé la plateforme de microscope inversé motorisé IXplore™ IX85, le Dr Aoki a fait part de son ressenti sur la façon dont le système favorisait ses recherches actuelles, ses objectifs futurs et sa compréhension approfondie du comportement cellulaire.

À propos du Dr Kazuhiro Aoki

Le Dr Kazuhiro Aoki a obtenu son doctorat à la Graduate School of Medicine de l’université d’Osaka. Après avoir mené des activités de recherche et d’enseignement au National Institutes of Natural Sciences, il est désormais professeur à la Graduate School of Biostudies de l’université de Kyoto. Le Dr Aoki mènent des recherches dans le domaine interdisciplinaire de la biologie cellulaire et de la biologie des systèmes. Il se concentre particulièrement sur la visualisation et la quantification du traitement de l’information et de la dynamique de transduction au niveau de la cellule à l’aide de l’imagerie par fluorescence, de l’optogénétique et des technologies de biocapteurs.

Q : Sur quels sujets de recherche travaillez-vous actuellement ?

Dr Aoki : Je me concentre actuellement sur les mécanismes d’orientation du devenir cellulaire : comment les cellules reçoivent divers stimuli de leur environnement externe, tels que la température et les nutriments, traitent ces informations à l’intérieur des cellules, et décident de leur devenir, comme la prolifération, la différenciation ou la mort.

Même lorsque les cellules semblent identiques, chacune possède sa propre individualité et hétérogénéité. Les méthodes de recherche classiques consistent généralement à collecter environ un million de cellules, à les lyser et à étudier la valeur moyenne. Cette méthode empêche toutefois d’appréhender l’individualité de chaque cellule. Pour saisir ces différences dues à l’individualité cellulaire, nous utilisons un microscope pour observer chaque cellule une par une.

Ma volonté de « voir l’individualité des cellules » a constitué mon point de départ. Les méthodes que j’utilise sont difficiles et chronophages, mais ce désir de comprendre me pousse à poursuivre mes recherches.

Q : Qu’est-ce qui vous a amené à axer vos recherches sur les mécanismes d’orientation du devenir cellulaire ?

Dr Aoki : À l’origine, je m’intéressais à la transduction des signaux cancéreux et je cherchais à modéliser sur ordinateur les voies de signalisation du cancer à l’intérieur des cellules. En combinant des expériences et des simulations informatiques, nous avons établi des prédictions que nous avons vérifiées. Cependant, lorsque nous avons essayé d’observer le phénotype cellulaire, autrement dit déterminer comment les cellules se comportent réellement, nous avons constaté qu’un seul modèle de simulation informatique ne pouvait suffire pour expliquer de nombreux aspects.

Même dans des conditions identiques, certaines cellules se divisent alors que d’autres non, et certaines se déplacent tandis que d’autres restent immobiles. Même pour les cellules des cancers infiltrants, l’infiltration se produit souvent non pas au niveau individuel, mais sous forme de mouvement collectif. Je me suis alors focalisé sur des questions telles que : « Comment les cellules se comportent-elles collectivement ? » et « Qui dirige et qui suit ? » Mon désir profond d’utiliser l’imagerie microscopique pour observer et étudier ces questions m’a conduit à m’intéresser aux mécanismes de détermination du devenir cellulaire.

Q : Qu’est-ce qui compte le plus pour vous lorsque vous réalisez des expériences au microscope ?

Dr Aoki : L’individualité et l’hétérogénéité cellulaires ne peuvent être comprises sans observation directe au microscope. C’est pourquoi j’accorde une grande importance à l’observation méticuleuse de chaque cellule au microscope.

Étant donné que cette tâche peut souvent gagner en ampleur et devenir fastidieuse, la facilité d’utilisation du microscope revêt une importance particulière. Bien que la performance soit évidemment cruciale, l’aspect intuitif de l’interface utilisateur, comme une disposition logicielle adaptée à notre style spécifique, compte énormément pour moi.

Q : Quels aspects du nouveau microscope inversé IXplore™ IX85 se sont avérés efficaces dans vos expériences ?

Dr Aoki : Grâce à son large champ de vision, l’IXplore IX85 nous a permis d’améliorer notre rendement en observant plus de cellules à la fois. Auparavant, nous ne pouvions capturer des images qu’au centre du champ de vision. L’efficacité et la quantité d’informations recueillies étaient donc bien moindres à celles d’aujourd’hui. La capacité à acquérir instantanément des données d’images haute résolution sur un large champ de vision est particulièrement efficace pour la recherche basée sur la microscopie.

La fonction de correction intelligente des ombres pour la fusion d’images est également très utile. Lorsque nous réalisions des expériences pour observer le processus de guérison des plaies dans des cellules épithéliales en culture, nous devions auparavant prendre manuellement des dizaines d’images et les fusionner. L’intensité lumineuse diminuait alors à la périphérie des images, ce qui provoquait des irrégularités lors de la fusion, que nous devions corriger manuellement. L’IX85 corrige automatiquement l’hétérogénéité de l’éclairage, ce qui représente un avantage considérable pour les chercheurs travaillant avec de grands échantillons ou tissus.

Outre ces différents atouts, j’ai aussi trouvé que le microscope offrait une excellente qualité d’image. Même avec des organoïdes cancéreux exprimant peu de fluorescence, l’application d’une déconvolution 3D aux images acquises nous a permis de visualiser clairement les agrégats intracellulaires. J’ai été surpris de la quantité d’informations que nous avons pu extraire d’échantillons présentant une fluorescence aussi faible.

Q : En quoi l’objectif LUPLAPO25XS, qui utilise un tampon en gel de silicone, vous a-t-il aidé dans vos expériences ?

Dr Aoki : Le grossissement 25X de l’objectif est parfaitement adapté à l’observation des tissus profonds (organoïdes de cancer et kystes) que nous étudions. Par ailleurs, sa conception, qui offre une longue distance de travail et réduit les mauvaises correspondances d’indice de réfraction avec l’échantillon, en fait un objectif très utile car elle permet d’observer clairement les zones profondes de l’échantillon qui étaient auparavant impossibles à observer.

Parallèlement, le tampon en gel de silicone, qui n’utilise pas d’huile pour l’immersion, constitue un avantage significatif pour les expériences d’imagerie au microscope. Par exemple, lors de la recherche d’échantillons sur une plaque à 96 puits, il est difficile de savoir où se trouvent les structures sphériques, telles que nos organoïdes ou nos kystes. Cette démarche nécessite d’abord d’effectuer une recherche à faible grossissement, puis d’observer à fort grossissement. Avec un objectif à immersion d’huile à fort grossissement, l’essuyage et le dépôt de l’huile exigent beaucoup de précautions, et des bulles risquent également d’être introduites. Par comparaison, l’utilisation du tampon en gel de silicone permet une transition en douceur d’un faible grossissement à un fort grossissement, sans contaminer l’échantillon, ce qui simplifie considérablement l’ensemble du flux de travail.

Q : Quelles nouvelles approches espérez-vous adopter dans vos recherches futures ?

_{Clause de non-responsabilité : Les avis et déclarations exprimés dans cet entretien sont ceux du chercheur et ne reflètent pas nécessairement les points de vue ou allégations d’Evident. Les produits et technologies mentionnés sont destinés exclusivement à la recherche et ne sont pas conçus pour des applications cliniques ou diagnostiques.}