Doctorant (e) H/F – Cartographie du tissu cérébral par microscopie multiphoton couleur grand volume

Sujet de thèse :
Chez les vertébrés, l'anatomie et la structure du cerveau sont établies au cours du développement précoce, et toute anomalie au cours de ces étapes cruciales peut entraîner des pathologies graves. Cependant, les mécanismes qui façonnent les régions cérébrales restent mal compris en raison des difficultés techniques liées à la cartographie de tissus opaques avec une précision subcellulaire. Pour répondre à ces problématiques, le Laboratoire d'Optique et de Biosciences (LOB, Ecole Polytechnique, Palaiseau), en collaboration avec l'Institut de la Vision (IdV, Paris), a développé une plateforme originale de microscopie 3D de grands volumes de tissus ex vivo de souris, appelée microscopie multiphotonique couleur sériée (ChroMS). (Abdeladim 2019, doi.org/10.1038/s41467-019-09552-9; Blanc 2023, doi.org/10.1021/acsphotonics.3c01104).
Cette méthode repose sur la combinaison d'une technique d'excitation à deux photons en couleur mise au point au LOB, d'un sectionnement en série automatisé et de l'approche « brainbow » développée à l'IdV, qui permet un marquage fluorescent multicolore des neurones de souris en fonction de leur lignée cellulaire. En s'appuyant sur ces travaux antérieurs, le projet de thèse explorera plusieurs directions complémentaires.

Objectifs :
Un premier objectif consistera à adapter des techniques de clarification tissulaire à l’imagerie multimodale non linéaire, tout en préservant l’intégrité des structures biologiques et des signaux optiques des tissus clarifiés. En effet, l’imagerie des tissus profonds reste limitée par les aberrations optiques induites par les hétérogénéités de l’indice de réfraction. Ces aberrations dégradent la qualité des images et compliquent leur analyse quantitative, y compris lorsqu’une approche par coupes sériées est utilisée. Une première stratégie visera à homogénéiser l’indice de réfraction des tissus à l’aide de milieux de transparisation et de compensation d’indice solubles dans l’eau, puis à évaluer les bénéfices de cette approche pour l’imagerie tridimensionnelle.
La première année sera consacrée à l’optimisation des protocoles expérimentaux ainsi qu’au développement d’outils de métrologie permettant de quantifier le gain en profondeur d’imagerie, la préservation de l’intégrité des structures biologiques et les performances de cette approche par rapport à l’imagerie sur coupes sériées. Les conditions dans lesquelles ces deux approches peuvent être combinées seront également étudiées. Une fois le protocole optimisé, le candidat caractérisera les aberrations résiduelles en fonction des protocoles de clarification et des types de tissus étudiés, afin d’identifier la stratégie de correction des aberrations la plus pertinente. Un développement complémentaire consistera à intégrer un modulateur spatial de lumière (SLM) ou un miroir déformable afin de compenser ces aberrations résiduelles. Le système sera ensuite validé sur le microscope
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