Notre équipe a pour objectif principal l’observation du cerveau et plus particulièrement le développement d’outils favorisant l’exploration fonctionnelle et pathologique du cerveau au niveau préclinique et clinique. Fort d’une expertise en instrumentation optique et nucléaire, nos développements touchent plus spécifiquement la conception d’outils innovants dédiés à la caractérisation physiologique et pathologique des tissus cérébraux. Ceux-ci ont pour cible d’une part la cancérologie (assistance chirurgicale par endomicroscopie et analyse clinique des tumeurs) et d’autre part les neurosciences (sondes implantables télémétriques, neuroimagerie comportementale). L’équipe s’appuie sur une cellule de Biologie Expérimentale et repose sur le fort potentiel technique du laboratoire (principalement pôle ingénierie). Elle profite également de l’exploitation de la plateforme d’imagerie multiphotonique du petit animal « PIMPA » qui est au cœur de nos développements en optique et permet notamment d’alimenter la banque de données sur les gliomes pour en déterminer le grade.
Fort de cet ensemble, les objectifs principaux de l’équipe sont :
(1) Développer une instrumentation innovante et miniaturisée dédiée à l’assistance chirurgicale et à l’analyse des mécanismes cérébraux;
(2) Développer des approches d’Imagerie multimodale, multi-échelle et multi-spectrale pour la caractérisation cellulaire, moléculaire et tissulaire dans le domaine des neurosciences et de l’oncologie
(3) adapter l’Imagerie préclinique chez l’animal libre de ses mouvements donnant accès à la neuroimagerie comportementale
(4) Aider à la compréhension des mécanisme cellulaires et tissulaires liés à la cancérologie et aux neurosciences (5) Renforcer nos méthodes de traitement de données et les intégrer dans nos développements instrumentaux (traitement d’image, traitement de la base de données par machine learning, pharmacocinétique).
Ces objectifs se déclinent selon deux axes de recherche :
1) Projet IMOP (intraoperative multimodal optical probe):
L’objectif du projet IMOP est de proposer un ensemble d’outils permettant l’aide au diagnostic immédiat et à la délimitation précise des berges des tumeurs infiltrantes, en temps réel pendant l’intervention chirurgicale. Ce projet est décliné selon quatre axes :
- OGINS : constitue la principale partie instrumentale du projet et repose sur le développement d’un endomicroscope innovant utilisable en per-opératoire et offrant une multimodalité de réponse de contraste pour une reproductibilité et fiabilité du diagnostic en temps réel.
- Optipen : prototype déjà développé et basé sur une sonde fibrée bimodale, et exploité dans le cadre d’une étude pilote au GHU Paris Psychiatrie et Neurosciences.
- DATAbank : consiste à construire une banque de donnée tissulaire qui servira comme base pour cet endomicroscope. C’est une banque de donnée multi échelle, multimodale unique dans ce domaine allant du deep UV au proche IR.
- DATAuse : est directement liée à la banque de données constituée. Il s’agit de classer les résultats en groupes et sous-groupes définies avec des seuils spécifiques à chaque nature tissulaire. Ce traitement des données issues des diverses plateformes s’appuie sur une expertise informatique qui probablement utilisera les dernières avancées sur IA.
Detection multimodale obtenue par l’endoscope per-opératoire.
Marquage histologique (a,c,e) images de fluorescence bi-photon et SHG (b,d,f) sur 3 types de biopsie: contrôle (a,b), metastases (c,d) et glioblastoma (e,f). échelle: a, b 100 µm ; c, d, e et f 200 µm
Collaborations: GHU psychiatrie et neurosciences et essentiellement le service de Neurochirurgie et d’anatomopathologie, Le laboratoire Physique des Lasers, Atomes et Molécules PhLAM – UMR 8523, Lille 1, ligne DISCO de Synchrotron SOLEIL, Le Centre de Psychiatrie et de Neurosciences, IMA BRAIN, INSERM U894, Paris, Le laboratoire BML « Biophotonics and microsystems laboratory » du l’université de Floride (H.Xi), Beijing institute of technology (School of Information and Electronics), Chine.
2) MAPSSIC (Sonde IntraCérébrale basée sur les technologies MAPS) :
Le projet MAPSSIC propose le développement d’une nouvelle génération de sonde intracérébrales radiosensibles, permettant des mesures de concentration locale de molécules radiomarquées chez le rongeur éveillé et totalement libre de ses mouvements. Le but est d’associer des données moléculaires à des données comportementales à des fins d’études en neuroscience, ce qui ne peut être fait par imagerie TEP en raison de l’anesthésie ou de la contention nécessaire au positionnement de l’animal. Nous proposons pour cela de développer une sonde intracérébrale radiosensible, télémétrique et pixélisée en nous appuyant sur les technologies CMOS pour concevoir un capteur basse tension et suffisamment miniaturisé pour être implantable dans un cerveau de rongeur. Notre ambition est de :
- Concevoir et produire une sonde compacte pixélisée CMOS compatible avec une implantation dans un tissu cérébral
- Concevoir et produire un dispositif électronique télémétrique autonome portable sur un rongeur
- Évaluer le caractère invasif des sondes et son impact sur les mesures physique et biologique au cours du temps
- Valider les sondes dans le cadre d’études neurophysiologiques et neuropathologiques mettant en avant des processus d’apprentissage et de mémoire, d’addiction ou d’anxiété chez le rongeur éveillé et libre de ses mouvements.
Schéma du système complet
Sonde intracérébrale MAPSSIC constituée de deux capteurs IMIC collés dos-à-dos, d’une carte de maintien (partie rigide) et de connexion (partie flexible).
Collaborations: IPHC Strasbourg, CPPM Marseille, CERMEP Lyon, NeuroPSI Paris-Saclay