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Biologie spatiale par immunofluorescence hyperplexée (HIFI) d'un modèle murin de métastases du sein au cerveau
Témoignage Utilisateur

Biologie spatiale du microenvironnement des tumeurs cérébrales grâce à l'imagerie hyperplexée à haut débit

26 juin 2024 3 MIN LECTURE parZEISS Microscopy

Introduction

Un nouveau flux de tâches hyper-Multiplex utilisant ZEISS Axioscan permet une imagerie à haut débit des tissus fragiles avec 40-50 marqueurs sur de grandes régions et à des grossissements élevés

Le microenvironnement tumoral est constitué de composants cellulaires et non cellulaires qui peuvent entrer en contact avec les cellules cancéreuses et influer sur le comportement de la tumeur. Le professeur Johanna A. Joyce dirige un laboratoire à l'université de Lausanne, en Suisse. Son objectif est de comprendre les interactions cellulaires complexes et la biologie spatiale du microenvironnement tumoral, y compris dans les tumeurs cérébrales primaires et métastatiques. Son équipe s'efforce de trouver de nouveaux moyens d'exploiter les populations de cellules immunitaires et stromales afin de mettre au point de nouveaux traitements destinés à améliorer la vie des patients.

Le Dr Spencer S. Watson, chercheur associé au laboratoire du professeur Joyce, a publié un article sur la façon dont le microenvironnement d'une tumeur cérébrale réagit à la radiothérapie, non seulement en termes de changements dans les différentes populations cellulaires, mais aussi en ce qui concerne la façon dont les cellules s'organisent dans l'espace. Pour ce faire, l'équipe a travaillé à la création d'un nouveau flux de tâches Multiplex, appelé imagerie par immunofluorescence hyperplexée (HIFI), afin d'étudier la biologie spatiale des tumeurs avant et après le traitement. Leur flux de tâches, qui utilise le scanner de lame numérique ZEISS Axioscan, leur a permis d'obtenir 40 à 50 marqueurs multiplexés avec des tissus extrêmement fragiles sur de grandes régions et à des grossissements élevés, et a révélé des différences intéressantes dans les réorganisations spatiales après un traitement par radiothérapie.

Le Dr Benoit Duc et le Dr Spencer Watson avec ZEISS Axioscan

Nous pensons que l'identification de changements cohérents dans l'organisation spatiale des superstructures cellulaires après un traitement peut nous donner des indices sur la façon dont les tumeurs résistent aux thérapies. Cependant, de nombreux types de cellules et de phénotypes doivent être évalués simultanément sur de nombreux échantillons. Notre approche de l'imagerie haute dimensionnelle de la lame entière s'étend au haut débit pour dériver des données critiques sur une seule cellule à partir de ces images.

Dr Spencer S. Watson (à droite) avec le Dr Benoit Duc Le Dr Watson est chercheur associé et premier auteur, le Dr Duc est docteur en médecine, doctorant et deuxième auteur, laboratoire du Prof. Johanna A. Joyce, Ludwig Institute for Cancer Research, Université de Lausanne, Suisse

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Biologie spatiale par immunofluorescence hyperplexée (HIFI) d'un modèle murin de métastase du sein au cerveau, animée pour montrer à la fois l'image fluorescente et l'image d'annotation de la cellule unique en pathologie numérique. Les cellules tumorales sont représentées en vert, les cellules endothéliales en jaune, les populations immunitaires en rouge, les membranes basales en magenta et tous les autres noyaux en bleu. Image capturée avec ZEISS Axioscan.

Imagerie hyperplexée (HIFI)

Imagerie spatiale Multiplex à haut débit

L'imagerie HIFI est basée sur l'immunofluorescence cyclique pour obtenir 40 à 50 marqueurs multiplexés, mais a été largement modifiée et optimisée pour travailler avec des types de tissus extrêmement fragiles sur des régions de grande taille et à fort grossissement. ZEISS Axioscan étend l'approche à un débit élevé grâce à sa capacité d'imager jusqu'à 100 lames en une seule expérience. En combinant la source lumineuse ZEISS Colibri 7 pour une exposition à faible luminosité avec une élution non évasive du marqueur, l'équipe a été en mesure de colorer et d'imager des échantillons fragiles de manière répétée et non destructive. Des modèles d'apprentissage profond détectent automatiquement les cellules individuelles et les structures extracellulaires dans les images, et des approches analytiques spatiales orthogonales trouvent des caractéristiques d'organisation cellulaire cohérentes après le traitement et au point de récurrence.

Organisation spatiale des microenvironnements des tumeurs cérébrales

Image capturée avec ZEISS Axioscan
  • Image hyper multiplexée (HIFI) explorant la biologie spatiale d'un glioblastome cérébral de souris, centrée sur l'interface dynamique entre la tumeur et le cerveau environnant.
  • Image de biologie spatiale hyper multiplexée d'une coupe de cerveau de souris portant un glioblastome de haut grade, composée de 45 marqueurs, acquise avec le scanner numérique à haut débit ZEISS Axioscan
    Image de biologie spatiale hyper multiplexée d'une coupe de cerveau de souris portant un glioblastome de haut grade, composée de 45 marqueurs, acquise avec le scanner numérique à haut débit ZEISS Axioscan

    Image de biologie spatiale Multiplex hyperplexée d'une coupe de cerveau de souris portant un glioblastome de haut grade, composée de 45 marqueurs, acquise avec le scanner numérique à haut débit ZEISS Axioscan. L'image représente les cellules neuronales en magenta, les astrocytes en cyan, les cellules tumorales en vert, le collagène en rouge et tous les autres noyaux en bleu.

    Image de biologie spatiale Multiplex hyperplexée d'une coupe de cerveau de souris portant un glioblastome de haut grade, composée de 45 marqueurs, acquise avec le scanner numérique à haut débit ZEISS Axioscan. L'image représente les cellules neuronales en magenta, les astrocytes en cyan, les cellules tumorales en vert, le collagène en rouge et tous les autres noyaux en bleu.

     Télécharger image (921 KB)
  • Image hyper multiplexée (HIFI) explorant la biologie spatiale d'un glioblastome cérébral de souris, centrée sur l'interface dynamique entre la tumeur et le cerveau environnant.
    Image hyper multiplexée (HIFI) explorant la biologie spatiale d'un glioblastome cérébral de souris, centrée sur l'interface dynamique entre la tumeur et le cerveau environnant.

    Image Multiplex hyperplexée (HIFI) explorant la biologie spatiale d'un glioblastome cérébral de souris, centrée sur l'interface dynamique entre la tumeur et le cerveau normal environnant. L'image représente les cellules tumorales en vert, le système vasculaire en jaune, les astrocytes en magenta, les axones en cyan, les cellules neuronales en rouge et tous les autres noyaux en bleu. Image capturée avec ZEISS Axioscan.

    Image Multiplex hyperplexée (HIFI) explorant la biologie spatiale d'un glioblastome cérébral de souris, centrée sur l'interface dynamique entre la tumeur et le cerveau normal environnant. L'image représente les cellules tumorales en vert, le système vasculaire en jaune, les astrocytes en magenta, les axones en cyan, les cellules neuronales en rouge et tous les autres noyaux en bleu. Image capturée avec ZEISS Axioscan.

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Graphique de projection XY de cellules individuelles dérivées de données HIFI, animé pour se déplacer entre leur emplacement spatial dans l'image et leur emplacement dans un graphique UMAP de réduction dimensionnelle. UMAP trace les cellules en fonction de la similitude de leur expression de chaque marqueur, regroupant ainsi différents types de cellules dans l'espace des caractéristiques. Le passage d'un graphique bidimensionnel à un regroupement à haute dimension montre le contexte spatial de l'hétérogénéité cellulaire, ce qui facilite l'interprétation des groupes de cellules uniques. Ce graphique représente les cellules tumorales en vert, les cellules de type fibroblaste en rouge, les neurones en magenta, les astrocytes en cyan, les cellules endothéliales en jaune et d'autres types de cellules en blanc.

Réorganisation des tumeurs cérébrales explorée par l'imagerie HIFI

En utilisant le flux de tâches HIFI, le Dr Watson et ses collègues ont analysé la façon dont la biologie spatiale de deux modèles différents de tumeurs cérébrales, un modèle de glioblastome primaire et un modèle de métastase cérébrale, répondait à la radiothérapie. Il est intéressant de voir que ces modèles ont montré des réactions complètement différentes au traitement.

Le modèle de métastase cérébrale n'a pas réorganisé de manière substantielle le microenvironnement après le traitement, mais a plutôt arrêté la prolifération des cellules cancéreuses.

À l'inverse, le modèle de gliome a considérablement régressé en taille et l'organisation cellulaire a été complètement restructurée. Cette réorganisation cellulaire a créé une superstructure spatiale de cellules tumorales hypertrophiques entourées de fibrose et de cellules immunitaires associées à la tumeur. Cette niche fibrotique est très similaire aux autres recherches du laboratoire Joyce qui montrent un environnement pro-survie très localisé qui favorise la résistance au traitement dans les cellules tumorales.

Le Dr Spencer Watson avec ZEISS Axioscan

Nous allons approfondir cette niche fibrotique post-traitement qui se produit dans le glioblastome à la suite de multiples interventions thérapeutiques. Nous constatons que l'inhibition de cette réponse améliore la réponse au traitement. Nous combinerons notre approche HIFI en utilisant ZEISS Axioscan avec la transcriptomique spatiale, créant ainsi une source de données riche pour l'analyse multi-omique spatiale.

Dr Spencer S. Watson Chercheur associé, laboratoire du Prof. Johanna A. Joyce, Ludwig Institute for Cancer Research, Université de Lausanne, Suisse
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