La transcriptomique spatiale a été nommée « Méthode de l’année 2020 » par le magazine Nature, reconnaissant ainsi sa contribution fondamentale à la compréhension des relations génétiques complexes qui régissent notre santé. Aujourd’hui, la transcriptomique spatiale continue d’améliorer notre compréhension de diverses maladies. L’utilisation de la transcriptomique spatiale a largement profité à la recherche sur le cancer en particulier. Elle a permis aux équipes de recherche de comprendre les mécanismes sous-jacents du développement du cancer et de la façon dont certains traitements affectent l’expression génique dans les cellules tumorales.
La numérisation de fluorescence, qui permet de visualiser les profils d’expression génique dans un échantillon de tissu, est un élément central de cette méthode. La microscopie de fluorescence est actuellement limitée par les composants optiques, par la cadence et par la complexité des systèmes de microscopie. Pour tenir le rythme des besoins actuels et futurs des équipes de recherche, les services de microscopie dans le monde entier cherchent à accroître l’automatisation, la cadence et la simplicité des appareils, afin de rendre l’analyse plus efficace sans faire de compromis sur la qualité d’image.
Nous nous sommes récemment entretenus avec le Dr Alvaro Crevenna, responsable du service de microscopie à l’EMBL Rome, au sujet du développement de nouvelles méthodes en transcriptomique spatiale. Il a parlé de la façon dont le scanner de lames pour la recherche SLIDEVIEW™ VS200
d’Evident constitue un élément essentiel du développement technologique et de l’augmentation de la cadence, ainsi que pour étendre les capacités actuelles de la numérisation de fluorescence.
Traitement de grands volumes d’échantillons de tissus
« L’imagerie des tissus constitue l’essentiel de nos besoins en matière d’imagerie » – Dr Alvaro Crevenna, responsable du service de microscopie à l’EMBL Rome
Responsable de la microscopie à l’EMBL Rome, Alvaro Crevenna dirige un service qui aide les scientifiques à prendre des images de leurs échantillons. Le service se concentre sur deux domaines de recherche, l’épigénétique et la neuroscience, qui impliquent de travailler sur des souris. L’imagerie des tissus est un besoin crucial pour le service, les tissus fixés représentant 99 % des échantillons. En 2019, lorsqu’Alvaro est arrivé, le service disposait de trois instruments, mais aucun n’était adapté pour l’imagerie de tissus. Les scientifiques devaient donc passer un temps excessivement long à préparer les échantillons.
Cela était particulièrement vrai pour les équipes de recherche en neurobiologie. Dans la recherche en neurosciences, la visualisation de l’activité neuronale est essentielle pour comprendre comment fonctionne le cerveau. Les chercheurs utilisent souvent des miniscopes ou des microscopes à deux photons pour surveiller et enregistrer l’activité des neurones pendant un ensemble de comportements et de tâches. Après l’expérience, la première étape consiste à réaliser une coupe du cerveau et à vérifier si le virus a été injecté correctement. Cependant, la localisation manuelle des zones à prendre en images et la sélection des régions d’intérêt (ROI) pour lesquelles réaliser ensuite des numérisations en haute résolution prenaient beaucoup de temps aux équipes de recherche.
Il leur fallait donc trouver une méthode plus efficace et plus précise pour identifier les ROI, ainsi qu’un système spécifiquement conçu pour le traitement de gros volumes d’échantillons de tissus.
La nécessité d’automatiser l’imagerie de tissus
Dans le cadre de sa recherche du meilleur système d’imagerie de lames pour son service de microscopie, Alvaro a envisagé et essayé plusieurs appareils dont le scanner de lames pour la recherche VS200 d’Evident.
Le scanner de lames pour la recherche VS200 à l’EMBL Rome.
Le scanner VS200 a été choisi pour sa flexibilité remarquable, qui permet de prendre simultanément une vue d’ensemble histologique et une image de la fluorescence. Par ailleurs, l’algorithme de détection des tissus guidé par IA a simplifié la numérisation des tissus et la détection des ROI, ce qui nous a fait gagner du temps et a réduit la charge de travail. Ces deux facteurs ont été essentiels pour le service de microscopie de l’EMBL, comme l’a remarqué Alvaro :
« L’un des aspects vraiment intéressants du scanner de lames pour la recherche VS200 d’Evident est qu’il permet d’obtenir l’image de vue d’ensemble avec la fluorescence. » — Dr Alvaro Crevenna, directeur du service de microscopie à l’EMBL Rome
Outre le traitement d’image automatisé, le scanner VS200 offre une capacité et une cadence de traitement de lames supérieures à celles de nombreux modèles comparables. Alvaro a constaté que les scientifiques peuvent désormais accomplir 10 fois plus de tâches en exécutant les processus pendant la nuit, ce qui élimine plusieurs heures de traitement manuel des lames pendant la journée de travail. Avec ses excellents composants optiques, le scanner VS200 assure également une qualité d’image exceptionnelle, et il est extrêmement facile à utiliser. Alvaro explique que « normalement, il suffit d’une séance de formation de 40 minutes pour pouvoir l’utiliser sans assistance. » Cet aspect est important, car il signifie que les utilisateurs peuvent rapidement prendre confiance avec le système, quel que soit leur niveau de compétence : cela renforce l’accessibilité de l’équipement tout en réduisant la charge de formation du service d’imagerie.
Ces caractéristiques étaient essentielles pour le travail d’Alvaro à l’EMBL, qui développe des technologies innovantes, notamment la mise en œuvre du séquençage in situ pour la transcriptomique spatiale. Le scanner VS200 constituera un outil crucial pour les recherches futures de l’EMBL et les aidera à atteindre facilement et efficacement leurs objectifs.
Faire reculer les limites de la transcriptomique spatiale
La transcriptomique spatiale est une technologie puissante qui permet de visualiser in situ des profils d’expression génique et d’apporter ainsi des informations sur la diversité et l’organisation des cellules dans les tissus. Toutefois, le nombre de canaux pouvant être utilisés pour l’observation limite souvent la capacité de cette technique à étudier un plus grand nombre de gènes dans un même segment de tissu.
L’équipe d’Alvaro à l’EMBL Rome reconnaît le besoin d’améliorer les capacités de la transcriptomique spatiale, en particulier dans le domaine de la recherche en neuroscience et en épigénétique. Pour y parvenir, son service a pour objectif d’augmenter le nombre de longueurs d’onde pouvant être visualisées et de développer des pipelines d’analyse automatisée permettant un traitement efficace des données.
Avec trois canaux de fluorescence distincts (DAPI, Cy3 et Cy5), la transcriptomique spatiale révèle
la présence de molécules d’ARN dans une coupe coronale de cerveau de souris.
Les microscopes sont traditionnellement limités à la visualisation de cinq longueurs d’onde différentes. Avec sa capacité de multiplexage et de combinaison de différentes méthodes d’observation, le scanner VS200 est un instrument idéal pour augmenter le nombre de longueurs d’onde pouvant être visualisées de façon fiable. Cela permet aux chercheurs d’observer l’activité d’un plus grand nombre de gènes dans les tissus, et donc de réduire le nombre de cycles d’imagerie tout en améliorant la qualité et l’exactitude de leurs résultats.
Dans le cadre de la collaboration avec Evident, Alvaro prévoit d’exploiter le potentiel du multiplexage pour continuer d’augmenter le nombre de canaux. Ils ont déjà conçu un système qui permet de visualiser jusqu’à 11 canaux et d’acquérir plus d’informations détaillées sur les profils d’expression génique dans les tissus. Ce nombre continuera certainement d’augmenter au fil de leur collaboration.
Pour que cette recherche soit accessible à d’autres scientifiques, son service travaille également au développement de pipelines d’analyse automatisée. Ces pipelines rationaliseront le traitement des données pour que les équipes de recherche puissent analyser rapidement et efficacement leurs résultats. Par ailleurs, Alvaro étudie la mise en œuvre de méthodes de super-résolution informatique de base pour améliorer davantage la qualité des données :
« Selon la philosophie de notre service, nous devons effectuer notre travail d’une manière qui permet à d’autres de l’adopter. Nous discutons déjà de la mise en œuvre de notre nouvel algorithme de déconvolution spectrale avec Evident, dans le but de le mettre à disposition de toutes les équipes qui réalisent ce type de recherche. »
En faisant reculer les limites de la transcriptomique spatiale grâce au multiplexage et aux pipelines d’analyse automatisée, l’EMBL Rome fait avancer le secteur de la neuroscience et de l’épigénétique. Nous apportons également aux équipes de recherche les outils dont elles ont besoin pour obtenir des informations plus détaillées sur les profils d’expression génique dans les tissus.
Notre vision pour l’avenir
L’EMBL Rome a une vision claire de l’utilisation future du scanner VS200, qui jouera un rôle central dans le développement de la plate-forme de services de transcriptomique spatiale. Plutôt que d’automatiser le traitement d’un seul échantillon, l’EMBL Rome prévoit d’automatiser le processus de préparation de plusieurs échantillons en parallèle, ce qui permettra de prendre des images des lames sur le
scanner VS200 à un débit supérieur. L’EMBL Rome pourra ainsi augmenter l’efficacité de ses expériences tout en maintenant des niveaux d’exactitude et de précision élevés. En utilisant le scanner VS200 de cette façon, l’EMBL Rome espère atteindre son objectif : créer une plate-forme capable de fournir des données de transcriptomique spatiale de haute qualité aux équipes de
recherche du monde entier.
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