Contexte et Objectifs

Contexte

L’étude des grandes fonctions cellulaires (expression du génome, trafic membranaire, signalisation, mobilité des cellules, organisation en tissu), nécessite de localiser, mesurer et quantifier, à l’échelle nanoscopique et microscopique, les interactions dynamiques entre partenaires moléculaires (protéines, acides nucléiques, lipides, ions) sur échantillon vivant. Ces mécanismes conditionnent le fonctionnement normal ou pathologique d’un organisme. Ils sont donc étudiés aussi bien lors d’études fondamentales que lors de recherche plus appliquées concernant par exemple l’agronomie ou la médecine. Les techniques d’imagerie photonique jouent un rôle essentiel en biologie parce qu’elles sont à la fois bio-compatibles, résolues temporellement et spatialement, ainsi que porteuses d’informations détaillées au niveau moléculaire. Elles connaissent une évolution particulièrement importante depuis une dizaine d’année grâce à des développements technologiques majeurs (prix Nobel de Chimie 2007 pour les protéines fluorescentes, et 2014 pour la super résolution). Parallèlement, des algorithmes de plus en plus élaborés permettent de tirer parti de la puissance décuplée des stations de travail, pour extraire des images un ensemble d’informations pertinentes et intégrées (reconstructions spatiales, suivi et analyse quantitative d’objets et de trajectoires). Les données ainsi recueillies sont a la base de nouvelles activités de modélisation des fonctions cellulaires, qui seront la suite logique des grands programmes de génomique et de protéomique.

Ces techniques d’imagerie dynamique des mécanismes moléculaires, applicables jusqu’à l’échelon de la molécule unique (grâce à l’amélioration des sondes et de la sensibilité des détecteurs), peuvent être associées à d’autres modalités d’analyses ultra-structurales ou physico-chimiques du milieu cellulaire (cryo-tomographie électronique, cartographies chimiques à haute résolution, nano-manipulations,…). Elles permettent alors l’intégration de tous les concepts de base de la physicochimie et de la biochimie dans le contexte de confinement, d’encombrement moléculaire, et de réorganisation permanente propre à l’organisation du vivant à ses différentes échelles fonctionnelles. Les développements à venir devront permettre, outre une meilleure résolution temporelle, l’automatisation des tâches d’acquisition, ainsi que l’exploitation des grandes quantités de données associées.

 

En 2004 la communauté c’est organisée via le GDR 2588. Au fils des années, au travers du regroupement 120 laboratoires , ce GDR a permis de fédéré et animé toute la communauté interdisciplinaire française développant et utilisant la microscopie pour l’imagerie du vivant. Cette structuration a fortement contribué à l’identification et la visibilité de cette communauté, grâce à l’organisation biennale de l’école thématique MiFoBio, mais aussi par la mise en place de groupes de travail thématiques et rencontres thématiques ou encore de bourses de stages interdisciplinaires de niveau master. le GDR2588 a aussi œuvré à l’émergence d’une structuration européenne en imagerie biologique et contribue à ce que la communauté nationale y prenne toute sa place.

Les avancées technologiques de ces dernières années au niveau des mesures et analyses de données conduisent à des changements majeurs en imagerie pour le vivant.  L’automatisation des acquisitions et de l’analyse, le développement d’approche « big data » rend possible les stratégies de mesure à haut débit qui ouvrent de nouvelles perspectives en biologie : comprendre les réseaux de régulation, le contrôle de la mécanique d’organisation tissulaire, tester des agents exogènes,… La mise en place d’un cercle de partenaires industriels permettra d’assurer son financement ainsi qu’à la naissance de projets à l’interface académie-industrie. Certains de ces projets ont d’ores et déjà eu des retombées économiques sensibles et participent à la visibilité internationale de notre communauté. Les changements majeur attendu nécessite le développement des techniques d’automatisation et d’asservissement des acquisitions en imagerie biologique. Cela doit se traduire par une nouvelle dynamique au sein de la communauté nationale. C’est dans ce cadre que nous proposons à l’INSIS un projet de GDR autour de ces nouveaux défis en imagerie pour la biologie.

Objectifs

1) fédérer et animer la communauté interdisciplinaire (physique, chimie, biologie, médecine, informatique, mathématique, instrumentation) travaillant au développement de l’imagerie pour l’étude du vivant et à sa mise en œuvre sur cellules et organismes modèles.

2) accroître les compétences nationales dans les domaines de la biophotonique et de l’imagerie du vivant par la mise en place de formations interdisciplinaires dont l’école thématique MiFoBio, des rencontres scientifiques thématiques, le financement de bourses de Master sur des thématiques interdisciplinaires, le développement des collaborations entre équipes du GDR.

3) rapprocher académiques et industriels autour du développement des outils d’imagerie en biologie, notamment par l’animation d’un club de partenaires industriels ayant des accès privilégiés à nos manifestations.

4) promouvoir et valoriser en France et en Europe les développements et échanges de savoir-faire interdisciplinaire en imagerie biologique.

 

Défis

  • Améliorer la sensibilité et la résolution temporelle et spatiale des techniques de mesure en microscopie.
  • Développer de nouvelles approches instrumentales et analytiques afin d’automatiser/optimiser (avec les autres communautés de ces domaines) les microscopies multimodales et de coupler les techniques d’imagerie aux différentes échelles d’observation du vivant (par ex. microscopie photonique et électronique ; microscopie et imagerie in-vivo).
  • Développer des stratégies de modélisation des mécanismes moléculaires en lien avec les expérimentations d’imagerie dans un but de prédiction et analyse.
  • Encourager le transfert technologique vers les plateformes et/ou l’industrie, et organiser la formation pour une diffusion pertinente de ces nouveaux outils et méthodes.