Solutions de photométrie par fibre optique

La photométrie par fibre est une technique de neuroimagerie puissante permettant de surveiller l'activité des populations neuronales chez les animaux en comportement, notamment les rongeurs et les primates.

Pour observer l'activité neuronale, avant l'implantation de la canule, la zone cérébrale ciblée est injectée avec des indicateurs fluorophores génétiquement codés, notamment GCaMP, dLight, GRAB-Ach, RCaMP, jRGECO1, etc. entre autres . Ces indicateurs possèdent des propriétés de fluorescence, ce qui signifie qu'ils émettent de la lumière à une longueur d'onde plus grande après avoir absorbé de la lumière à une longueur d'onde plus courte (lumière d'excitation) . Cependant, pour que cette fluorescence se produise, les indicateurs doivent également se lier à des molécules (p. ex., dopamine, acétylcholine , ions calcium ) , qui augmentent pendant l'activité neuronale. Par conséquent, en mesurant l'émission fluorescente du tissu cérébral , les chercheurs peuvent mesurer indirectement le niveau de molécules comme indicateur de la population neuronale. activité lors de comportements complexes .

La méthode de photométrie par fibre optique offre plusieurs avantages, notamment sa faible invasion, son faible coût, sa simplicité par rapport à d'autres méthodes et la possibilité de surveiller des zones cérébrales profondes. Néanmoins, elle présente des inconvénients à prendre en compte, par exemple la résolution spatiale du signal photométrique , limitée à la population neuronale . contrairement à nos systèmes de microscopie miniature qui résolvent l'imagerie de cellules uniques .

Comparaison des systèmes de photométrie à fibre optique

Doric Lenses Inc. est un leader reconnu dans le développement de produits de pointe pour la photométrie par fibre optique chez les animaux, stimulant ainsi l'innovation dans ce domaine en pleine évolution. L'image ci-dessous présente un aperçu général de tous les systèmes de photométrie conçus à ce jour par l'entreprise. Chaque système est soigneusement conçu pour répondre aux besoins et défis spécifiques des utilisateurs.

Trois grandes catégories de systèmes de photométrie divisées en fonction de leur détecteur :

Système de base : photodétecteur à haute sensibilité et haute résolution temporelle.

Systèmes de faisceaux : la caméra CMOS capture des images de plusieurs fibres simultanément.

Système FluoPulses : un photodétecteur rapide mesure les changements de durée de vie de la fluorescence .

Systèmes de photométrie à fibre optique de base

Les systèmes de photométrie à fibre optique de base sont conçus pour enregistrer les signaux de fluorescence échantillonnés avec une fibre optique par cube. Il est toutefois possible de combiner plusieurs cubes pour enregistrer des données provenant de plusieurs sites murins ou cérébraux. Doric Lenses propose trois configurations différentes pour s'adapter aux expériences avec des animaux en mouvement . Le mini-cube de photométrie à fibre optique (FMC), le mini-cube de photométrie à fibrerotative(RFMC)et le système de photométrie sans fil.

Les FMC   peuvent être sous -catégorisés en 3 types (FMC, iFMC et ilFMC ) selon leur niveau d' intégration (voir image ci-dessous) . Le FMC Il est doté d'un cube de fluorescence entièrement optique avec sources lumineuses externes et d'un détecteur pour l'enregistrement des signaux photométriques . Sa conception modulaire le rend très performant. personnalisable pour différentes applications. Cependant, l' iFMC , ne nécessite qu'une source lumineuse séparée comme photodétecteur est intégré dans le cube à dessein pour augmente le rapport signal/bruit. L' ilFMC Le cube contient tous les détecteurs et sources lumineuses. Ainsi, non seulement le rapport signal/bruit est amélioré , mais le système est également plus simple et convivial. Notamment , tousles systèmes FMCpeuvent être utilisés avec nos joints rotatifs à queue de cochon ( FRJ_1x1_PT, FRJ_2x2_PT et AFRJ_2x2_PT ) pour des expériencesà long terme et en mouvement libresur 1 ou 2 sites.

Dans Mini-cube de photométrie à fibre rotative ( RFMC ) : le cube de fluorescence, la lumière d'excitation et les détecteurs sont intégrés aux articulations rotatives . Cette configuration unique minimise les artefacts de mouvement dans le signal, ce qui améliore la fiabilité de la collecte de données. Le détecteur est également intégré au cube pour améliorer le rapport signal/bruit . Le système RFMC offre ainsi la meilleure qualité d'enregistrement du signal parmi toutes les options, malgré un coût légèrement supérieur . L' articulation rotative comporte également un canal creux permettant le passage de câbles ou de tubes supplémentaires pour la stimulation optogénétique , l'administration de fluides ou l'enregistrement électrophysiologique, à un emplacement distinct des sites de photométrie.

Enfin, considérant que les configurations câblées entraînent souvent des problèmes d'emmêlement chez les animaux en mouvement libre , en particulier lors de l' interaction sociale de plusieurs souris dans la même cage , chez Doric Lenses , nous avons récemment développé une nouvelle solution, le Produit de photographie sans fil . Deux sources lumineuses d'excitation, un détecteur, l'électronique et l'optique sont intégrés dans une tête légère alimentée par batterie et dotée d'une communication sans fil . Ce système est idéal pour étudier la population neuronale à l'origine des comportements sociaux, mais il est limité à la détection d'émission verte unicolore (500-550 nm) avec deux excitations : isobestique (405, 415 nm) et fonctionnelle (470 nm).

Tous les systèmes de base utilisent des algorithmes de démodulation de signaux verrouillés ou entrelacés . Les photodétecteurs des systèmes de base capturent également des données à une fréquence d'échantillonnage élevée, qui sont ensuite sous-échantillonnées à 60 Hz . De plus , Les systèmes FMC sont compatibles avec l'optogénétique décalée vers le rouge sur le site de photométrie , tandis que le R FMC ne peut prendre en charge que les stimulations optogénétiques dans un site différent.

Système de photométrie à fibres optiques

Bien que les systèmes de photométrie à fibre optique de base soient généralement conçus pour enregistrer les données d'un seul cerveau de souris, plusieurs cubes peuvent être combinés pour enregistrer celles de plusieurs souris ou de plusieurs régions cérébrales. Cependant, cette approche complexifie rapidement la configuration et pose des problèmes de synchronisation des enregistrements, notamment pour plus de trois sites/animaux.

Pour résoudre ce problème, Doric Lenses a conçu une série de systèmes de photométrie groupée, spécifiés pour l'enregistrement simultané de plusieurs animaux ou de différentes régions cérébrales d'une seule souris (1 à 19 régions cibles) , le tout à un prix raisonnable.

Le système de photométrie par faisceaux comprend 3 sous-catégories, dont le système de photométrie par faisceaux de fibres ( BFMC ), la photométrie par faisceaux de fibres avec optogénétique ciblée ( BFTO ) et la photométrie par faisceaux de fibres rotative ( RBFMC ) (voir l'image ci-dessous).

Le BFMC est disponible en deux versions, selon le niveau d'intégration. La nouvelle version du système BFMC est entièrement intégrée (caméra CMOS, LED, pilote LED et console), ce qui simplifie grandement l'installation par rapport au système BFMC standard . Cependant, ces deux systèmes ne sont pas compatibles avec l'optogénétique.

Le système BFTO est spécialement conçu pour combiner photométrie multifibres et optogénétique ciblée. Le contrôle optogénétique multisite indépendant est idéal pour les expériences d'optogénétique en boucle fermée (multi-animaux et/ou multi-sites). Ce système offre une flexibilité optimale pour les expériences courantes en neurosciences.

Contrairement aux systèmes BFMC et BFTO, le RBFMC est doté d'un cube rotatif qui élimine les artefacts de mouvement et permet d'obtenir des signaux de haute qualité. Cependant, cet avantage a pour conséquence de limiter l'enregistrement de différentes régions cérébrales d'une seule souris. De plus, le RBFMC intègre des fonctionnalités optogénétiques permettant d'éclairer tous les sites simultanément.

Tous les systèmes de faisceaux utilisent un détecteur à caméra CMOS qui capture simultanément l'intégralité du faisceau de fibres. Les LED d'alimentation excitent l'ensemble du faisceau de fibres, et le signal photométrique est ensuite échantillonné à 10-20 Hz selon la configuration.

FluoPulse ™

FluoPulse™ est un nouveau système de photométrie de Doric Lenses qui mesure la durée de vie des fluorophores plutôt que l'intensité de la fluorescence. Il est conçu pour Les spectromètres mesurent des durées de vie de fluorescence comprises entre 1 et 10 ns et peuvent résoudre des différences de durée de vie de 10 à 20 ps . Les durées de vie photométriques mesurées sont ensuite moyennées à 10 Hz pour obtenir un signal photométrique.

Ainsi, il est compatible avec la plupart des biocapteurs conçus pour la microscopie à durée de vie de fluorescence (FLIM) et le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET), notamment FLIM-AKAR, GRAB-Ach3.0, etc. 

En échantillonnant la durée de vie des fluorophores plutôt que leur intensité, FluoPulse™ offre plusieurs avantages, notamment une imagerie de fluorescence hautement stable, résistante au niveau d'expression du capteur, à l'autofluorescence, au photoblanchiment, à la puissance d'excitation, aux artefacts de mouvement et à la lumière ambiante. Cela le rend idéal pour les études à long terme, s'étendant sur plusieurs semaines ou plusieurs mois, ainsi que pour comparer les résultats entre différents animaux, à différents moments et dans différentes régions cérébrales.

Références externes (Système de photométrie à fibre optique de base)

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