Imagerie Multimodale par Cartographie 3D en excitation pulsée : de la cellule au tissu

par Elisabeth Werkmeister

Thèse de doctorat en Ingénierie Cellulaire et Tissulaire

Sous la direction de Jean-François Stoltz et de Dominique Dumas.

Soutenue le 09-10-2008

à Nancy 1 , dans le cadre de BioSE , en partenariat avec Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique Appliquée (laboratoire) .

Le jury était composé de René Santus, Marie-Claire Schanne-Klein, Marie-Laure Viriot, Jean-François Stoltz, Laurent Heliot, Dominique Dumas.

Les rapporteurs étaient René Santus, Marie-Claire Schanne-Klein.


  • Résumé

    L’un des enjeux de la bioingénierie consiste à synthétiser des biomatériaux visant à régénérer, remplacer ou suppléer des organes déficients. Afin de visualiser des structures dans des conditions proches de la réalité physiologique, et de manière non invasive, de nouvelles techniques d’imagerie ne cessent de se développer. En particulier, la microscopie associant une excitation multiphoton et la détection de signaux de fluorescence et de signaux de SHG (Second Harmonic Generation) permet l’observation en profondeur de composants de matrices extracellulaires sans marqueur fluorescent exogène. Ce travail basé sur ces techniques a permis dans un premier temps d’apprécier les probabilités d’absorption multiphoton en fonction de la modulation de l’excitation avec deux systèmes différents (Cavity Dumper et EOM). Une seconde partie de ce projet a été consacrée à la mise en place et l’optimisation de la détection de signaux SHG provenant du collagène dans les tissus biologiques. Nous avons utilisé ces méthodes d’imagerie pour mettre en évidence les modifications intervenant au niveau des réseaux de collagène de la MEC de cartilage suite à l’application d’une contrainte mécanique (compression) ou biochimique (enzymatique). Puis, nous nous sommes intéressés au domaine vasculaire, en montrant la possibilité d’imager sans marquage fluorescent les réseaux d’élastine de la média (en mettant à profit son autofluorescence) et le réseau de collagène de l’adventice (générant un fort signal SHG). Nous avons ainsi pu apprécier l’état des structures en fonction de différentes conditions de préservation (congélation, fixation) et le remodelage de substituts artériels implantés chez le lapin. Enfin, une dernière application biologique, basée sur l’étude de tumeurs, nous montre la complémentarité et l’intérêt d’une imagerie de type macroscopique avec les diverses modalités de détection en microscopie.

  • Titre traduit

    3D Multimodal imaging with pulsed excitation : From cell to tissue


  • Résumé

    To repair, supply or regenerate deficient organs, the bioengineering field consists of synthesising functionalised biomaterials. To visualise the synthesised structures in a non invasive way and in physiological conditions, new imaging techniques tend to be developed. Among them, microscopy associating multiphoton excitation with fluorescence detection or Second Harmonic Generation enables a visualisation in depth of extracellular matrix structures, without any exogenous dye. The first part of this work was to characterise multiphoton absorption probability in function of different excitation conditions, that means a modulation of the excitation beam through two different systems (Cavity Dumper and EOM). In a second part, we implemented and optimised the detection of the SHG signal coming from collagen in biological tissues. Through SHG measurements, we showed modifications occurring on the collagen network of the extracellular matrix of cartilage, when sample were submitted to mechanical (compression) or biochemical (enzymatic) constraint. We also were interested by the vascular research field and showed the ability of multiphoton microscopy to image without any fluorescent dye, the elastin network of the media and the collagen network of the adventice. We could appreciate qualitatively the effect of cryopreservation or fixation on the arterial wall, and the remodelling of a substitute implemented in a rabbit to supply its carotid. A last biological application concerned study of tumors, and showed us the complementarities between a macroscopic study with information obtained by microscopy.


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