Lumière 3D efficace

Nov 23, 2023

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 170 (2023) Citer cet article

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La capacité d’imager des échantillons de tissus humains en 3D, avec à la fois une résolution cellulaire et un large champ de vision (FOV), peut améliorer les investigations fondamentales et cliniques. Ici, nous démontrons la faisabilité de l’imagerie par feuille de lumière d’échantillons de cancer de la prostate fixés au formol d’une taille d’environ 5 cm3 et d’échantillons de cancer de la prostate fixés au formol et incorporés à la paraffine (FFPE) jusqu’à une taille d’environ 7 cm3, traités avec le protocole FFPE-MASH. Nous présentons un prototype de microscopie à feuille lumineuse, le microscope à éclairage plan sélectif à double vue pour tissus nettoyés (ct-dSPIM), capable d'acquisitions 3D rapides à haute résolution de tissus nettoyés à l'échelle cm3. Nous avons utilisé des numérisations en mosaïque pour obtenir des aperçus 3D rapides d'échantillons de tissus entiers ou des aperçus à plus haute résolution de grandes ROI à différentes vitesses : (a) Mosaïque 16 (résolution isotrope de 16,4 µm, ~1,7 h/cm3), (b) Mosaïque 4 (résolution isotrope de 4,1 µm résolution, ~ 5 h/cm3) et (c) Mosaïque 0,5 (0,5 µm près de la résolution isotrope, ~15,8 h/cm3). Nous avons pu visualiser les couches corticales et les neurones autour de la frontière des zones V1 et V2 du cerveau humain, et démontrer une qualité d'imagerie appropriée pour le classement du score de Gleason dans des échantillons épais de cancer de la prostate. Nous montrons que l’imagerie ct-dSPIM est une excellente technique pour évaluer quantitativement des échantillons de tissus humains à grande échelle préparés par MASH en 3D, avec un potentiel clinique futur considérable.

Malgré les avantages évidents des visualisations de microstructures à grande échelle, les échantillons de tissus en recherche fondamentale et en pathologie clinique sont encore principalement examinés avec des microscopes optiques conventionnels dans des coupes de tissus fines comme du papier (allant d'environ 5 à 100 µm), montées sur des lames de verre. Cela détruit la structure des organes en 3D et ne fournit que des informations 2D limitées sur un petit champ de vision (FoV). Par conséquent, des progrès significatifs sont nécessaires vers de nouvelles approches de microscopie multi-échelle 3D à grande vitesse et à grand volume avec une résolution suffisante. Cela permettra la détection de détails cruciaux et de caractéristiques générales dans l’ensemble des grands échantillons de tissus (allant de mm à cm).

La structure 3D complexe du cerveau humain est intrinsèquement multi-échelle et se compose de très petites structures qui s’étendent sur de grandes distances, voire sur des zones entières du cerveau1. La cytoarchitecture corticale en couches, par exemple, est définie par la densité, la taille et la morphologie cellulaires à l'échelle microscopique, mais ses couches s'étendent sur des zones corticales entières et la stratification se produit donc sur des échelles centimétriques. Pour permettre une caractérisation quantitative, telle que le comptage cellulaire, dans diverses couches et même dans des zones entières du cerveau, des analyses d'ensemble du FoV à grande échelle doivent être effectuées, ainsi qu'une imagerie cellulaire à haute résolution. Ce type de données est essentiel, par exemple, pour une modélisation neuronale réaliste et biologiquement informée2. Par conséquent, l’étude de la cytoarchitecture en couches nécessite à la fois une imagerie haute résolution et de grands FoV.

Dans le cancer de la prostate, les tumeurs sont caractérisées par une multifocalité et une morphologie hétérogène avec divers schémas histo-morphologiques en 3D, dans des volumes étendus3,4. À ce jour, un diagnostic définitif de cancer de la prostate nécessite une vérification histopathologique des biopsies basée sur le score de Gleason3. Ceci est un défi, comme le montre la variabilité inter-observateur, qui à son tour peut conduire à un sous-traitement ou à un surtraitement des patients4. De plus, les critères de « surveillance active » sont déterminés par la quantification de l’étendue de la tumeur et du grade de Gleason5. Étant donné que des coupes complètes en série de carottes de biopsie de la prostate sont rarement effectuées, un sous-classement peut survenir dans les cas présentant plusieurs petits foyers d'adénocarcinome de la prostate, car ils sont présents à différents niveaux dans les blocs de paraffine5. De plus, des biopsies faussement négatives peuvent survenir à la suite de la section incomplète de blocs de tissus. Par exemple, Paulk et al. démontrer l'apparition du carcinome de la prostate dans les sections plus profondes des blocs de paraffine qui était absent sur les coupes H&E initiales5. Dans la pratique actuelle, couper régulièrement des blocs de paraffine entiers pour augmenter la visualisation des tissus peut ne pas être possible en raison de la charge de travail plus élevée et du prix plus élevé, par rapport à la procédure standard consistant à couper seulement 3 à 4 niveaux.