Imagerie fonctionnelle in vivo
Nous développons différentes modalités d’imagerie optique fonctionnelle cérébrale in vivo en champ large. En particulier, nous avons validé un système d’imagerie du contraste laser speckle multi-exposition pour la quantification des variations du débit sanguin cérébral chez le rongeur en condition normales et pathologiques. Ces travaux sont menés en collaboration étroite avec des neurobiologistes (H Gurden, C Magnan, BFA, Université de Paris) et neurochirurgiens (S Senova AP-AP, Hôpital Henri Mondor, Créteil).
Imagerie optique fonctionnelle cérébrale in vivo en champ large
L’imagerie optique fonctionnelle occupe une place importante pour l’étude des mécanismes cérébraux. Elle a vise à étudier l’activation cérébrale métabolique depuis le niveau des structures fonctionnelles (100µm - 1mm) jusqu’à la résolution cellulaire (1µm) avec des résolutions temporelles adaptées aux signaux étudiés ( < 1ms pour un signal calcique, quelques centaines de ms pour les signaux hémodynamiques).
Ces signaux métaboliques sont impliqués dans de nombreux processus sensoriels ou d’apprentissage normaux mais sont également altérés par les pathologies cérébrales (cancer, maladies neurodégénératives). Nous avons développé plusieurs modalités d’imagerie pour la cartographie de la surface du cortex chez le rongeur au repos ou lors d’une stimulation sensorielle :
- Imagerie de l’oxygénation tissulaire par imagerie multispectrale de réflectance ou intrisic optical imaging (IOS)
- Imagerie du métabolisme énergétique cellulaire par autofluorescence des intermédiaires red/ox du cycle énergétique
- Imagerie des variations du débit sanguin cortical par la technique du contraste laser speckle.
Comparaison des imageries IOS (oxygenation) et d’autofluorescence des flavoprotéines ( Fp-AF, métabolisme énergétique cellulaire) du bulbe olfactif lors d’une stimulation sensorielle olfactive chez la souris.
Système d’imagerie du contraste laser speckle multi-exposition
Plus récemment, nous avons développé un imageur multi-exposition du contraste laser speckle. L’enregistrement séquentiel par une caméra rapide sCMOS du contraste speckle à différentes expositions permet de dissocier les composantes de la figure de speckle liées aux diffuseurs mobiles et fixes. La caractérisation du dispositif sur micro-canaux microfluidique a montré une meilleure quantification du débit sanguin cérébral par rapport à l’imagerie du contraste simple exposition. Ce dispositif est utilisé pour caractériser des pertes de la fonction vasculaire chez des modèles murins de l’obésité. Cette technique présente par ailleurs un fort potentiel pour des applications cliniques en dermatologie et neurochirurgie.
Imageur du contraste laser speckle multi-exposition (thèse H Soleimanzad)
Enfin nous menons des activités sur la caractérisation des propriétés optiques des tissus biologiques, en particulier la possibilité de transparisation in vivo de l’os du crâne. En effet, pour de nombreuses études sur modèles animaux il est indispensable de pouvoir suivre à intervalle réguliers, de façon non invasive les paramètres fonctionnels cérébraux. Notre objectif ici est de permettre à moyen terme l’imagerie non invasive au travers du crâne après transparisation réversible in vivo.
Crâne de souris avant et après transparisation in vitro
Publications récentes
- Soleimanzad H, Smenkens F, Peyronnet J, Bouville D, Lefebvre O, Magnan C, Gurden H, Pain F Multiple speckle exposure imaging for the study of blood flow changes induced by functional activation of barrel cortex and olfactory bulb in mice. Neurophotonics 6(1), 015008 (2019)
- Thèse Haleh Soleimanzad
- Dubois A, Chiang CC, Smekens F, Cuplov V, Palfi S, Jan S, Senova S, Pain F Optimal design of optodes for minimally invasive optogenetics stimulation of deep and large cortical areas in non-human primate. Journal of Neural Engineering, 15, 065004 (2018)
- Senova, S. Sisniak I, Martin C, Chaillet A, Palfi S, Pain F. (2017) Experimental assessment of the safety and potential efficacy of high irradiance photostimulation of brain tissues. Sci. Rep. 7, 43997
- Soleimanzad H, Gurden H, Pain F. (2017) Optical properties of mice skull bone in the 455- to 705-nm range. J Biomed Opt 22, 1, 010503