Development of a two-photon excitation STED microscope and its application to neuroscience

Développement d'un microscope STED à excitation deux photons et son application aux neurosciences L’avènement de la microscopie STED (Stimulated Emission Depletion) a bouleversé le domaine desneurosciences du au fait que beaucoup de structures neuronale, tels que les épines dendritiques, lesaxones ou les processus astrocytaires, ne peuvent pas être correctement résolu en microscopiephotonique classique. La microscopie 2-photon est une technique d’imagerie photonique très largement utilisée dans le domaine des neurosciences car elle permet d’imager les événements dynamique en profondeur dans le tissu cérébral, offrant un excellent sectionnement optique et une meilleure profondeur de pénétration. Cependant, la résolution spatiale de cette approche est limitée autour de 0.5 μm, la rendant inappropriée pour étudier les détails morphologiques des neurones et synapses. Le but de mon travail de thèse était à A) développer un microscope qui permet d'améliorer l'imagerie 2-photon en la combinant avec la microscopie STED et B) démontrer son potentiel pour l'imagerie à l'échelle nanométrique de processus neuronaux dynamiques dans des tranches de cerveau aigus et in vivo. Le nouveau microscope permet d'obtenir une résolution spatiale latérale de ~ 50 nm à des profondeurs d'imagerie de ~ 50 μm dans du tissu cérébral vivant. Il fonctionne avec des fluorophores verts, y compris les protéines fluorescentes communes telles que la GFP et YFP, offrant le contraste de deux couleurs basé sur la détection spectrale et linéaire ‘unmixing’. S’agissant d’un microscope droit, utilisant un objectif à immersion ayant une grande distance de travail, nous avons pu incorporer des techniques électrophysiologiques comme patch-clamp et ajouter une plateforme pour l'imagerie in vivo. J’ai utilise ce nouveau microscope pour imager des processus neuronaux fins et leur dynamique à l’échelle nanométrique dans différent types de préparations et des régions différentes du cerveau. J’ai pu révéler des nouvelles caractéristiques morphologique des dendrites et épines. En outre, j'ai exploré différentes stratégies de marquage pour pouvoir utiliser la microscopie STED pour imager le trafic des protéines et de leur dynamique à l'échelle nanométrique dans des tranches de cerveau.