La microscopie électronique volumétrique permet de révéler les structures cellulaires avec une précision remarquable. Cependant, lorsqu'un ensemble de données contient des centaines, voire des milliers d'images 2D individuelles, comprendre comment ces structures s'agencent en trois dimensions peut s'avérer complexe.
Dans une étude récente publiée dans npj Vaccines, des chercheurs du Centre médical universitaire Radboud (Radboudumc) ont étudié la réponse immunitaire précoce après l'administration intranasale d'un vaccin pneumococcique candidat à base de vésicules de membrane externe (OMV) chez la souris. L'équipe a combiné plusieurs techniques d'imagerie et d'analyse cellulaire pour suivre la progression du vaccin et la réponse des cellules immunitaires dans les voies respiratoires au cours des 72 premières heures suivant la vaccination.
L'un des principaux objectifs était de comprendre comment les particules vaccinales interagissaient avec les cellules immunitaires du tissu nasal. Pour ce faire, les chercheurs ont combiné la microscopie à fluorescence Airyscan, qui a permis de localiser les signaux associés au vaccin et des cellules immunitaires spécifiques, avec la microscopie électronique à balayage par faisceau d'ions focalisés (FIB-SEM), qui a fourni des images très détaillées de leurs structures cellulaires.
Dragonfly 3D World a pris en charge l'étape de visualisation 3D de ce flux de travail. Après avoir identifié les structures d'intérêt sur les images FIB-SEM, les chercheurs ont utilisé le logiciel pour traiter les données segmentées, reconstruire les structures cellulaires et subcellulaires et explorer leur organisation relative dans l'ensemble du volume de l'image.
Étude en un coup d'œil
Article : Suivi de la dynamique spatio-temporelle des réponses immunitaires précoces à un candidat vaccin antipneumococcique intranasal à base d’OMV chez la souris.
Approche d'imagerie : imagerie in vivo, microscopie à fluorescence, CLEM et FIB-SEM volumétrique
Approche analytique : analyse des cellules immunitaires, segmentation d'images, reconstruction et visualisation 3D. 3D World
Suivi de la réponse précoce à la vaccination intranasale
Pour étudier ce qui se passe au cours des premières étapes suivant l'immunisation intranasale, les chercheurs ont suivi à la fois le candidat vaccin et la réponse immunitaire à plusieurs moments entre 1 et 72 heures.
L'imagerie a détecté des signaux associés au vaccin dans la cavité nasale dès la première heure, où ils sont restés visibles jusqu'à 48 heures. Les chercheurs ont aussi observé la migration du vaccin vers les voies respiratoires inférieures. Entre-temps, l'analyse cellulaire a révélé des réponses immunitaires variables entre les tissus nasaux, les poumons, les ganglions lymphatiques et la rate.
Les neutrophiles, des cellules immunitaires intervenant en première ligne, étaient particulièrement abondants dans les tissus nasaux et constituaient le principal type cellulaire interagissant avec les particules vaccinales. Dans les poumons, plusieurs autres populations de cellules immunitaires étaient impliquées, notamment les macrophages et les cellules dendritiques. Les chercheurs ont également observé des variations au niveau des lymphocytes T, démontrant ainsi que la réponse immunitaire évoluait selon les tissus et le moment de l'incubation.
Identifier les cellules immunitaires impliquées dans la réaction au vaccin n'était toutefois qu'une partie de la question de recherche. L'équipe voulait aussi comprendre ces interactions dans leur contexte cellulaire et subcellulaire.
Lien entre la fluorescence et l'ultrastructure cellulaire
Pour étudier ces interactions de plus près, les chercheurs ont utilisé la microscopie corrélative optique et électronique (CLEM), une approche qui combine des informations provenant de différents types de microscopie pour examiner la même zone à différents niveaux de détail.
La microscopie Airyscan a permis de localiser les signaux associés au vaccin et d'identifier les neutrophiles dans le tissu nasal. Une cellule d'intérêt a ensuite été sélectionnée pour l'imagerie FIB-SEM volumétrique, permettant ainsi aux chercheurs de corréler les informations de fluorescence avec une vue beaucoup plus détaillée des structures internes de la cellule.
L'ensemble de données FIB-SEM obtenu contenait 1 284 images, chacune capturant une section de 5 nanomètres de l'échantillon. Bien que ces images aient fourni un niveau de détail exceptionnel, comprendre comment la cellule et ses structures internes s'agencent à travers plus d'un millier de vues individuelles s'est avéré beaucoup plus complexe.
C'est là que Dragonfly 3D World est devenu un élément important du flux de travail d'imagerie.
Reconstruction des données FIB-SEM segmentées dans 3D World
Après l'acquisition des images FIB-SEM, les structures clés (notamment la membrane cellulaire, le noyau et les compartiments internes appelés vésicules) ont été identifiées et séparées des données d'image environnantes à l'aide du logiciel Arivis. Les données segmentées ont ensuite été importées dans 3D World pour un traitement ultérieur et une visualisation 3D.
Dans 3D World Les chercheurs ont ainsi pu transformer les régions segmentées en objets 3D distincts représentant des structures telles que la membrane cellulaire, le noyau et les vésicules. Il est alors devenu possible d'observer chaque structure individuellement ou de les assembler pour reconstituer la cellule complète.
La fluorescence associée au vaccin a également été intégrée à la reconstruction, combinant ainsi les informations provenant des images de fluorescence et de FIB-SEM au sein d'un même modèle 3D. Cela a permis aux chercheurs de visualiser la localisation des signaux associés au vaccin par rapport aux différentes parties de la cellule.
Grâce à la combinaison de ces éléments, les chercheurs ont pu dépasser l'examen segment par segment des données FIB-SEM. En visualisant simultanément plusieurs structures segmentées, 3D World , ils pourraient explorer comment la membrane, le noyau, les vésicules et le signal associé au vaccin étaient positionnés les uns par rapport aux autres dans l'ensemble du volume de l'image.
Visualisation des interactions vaccin-cellules immunitaires en 3D
La reconstruction 3D a permis d'obtenir une vue plus claire du neutrophile et de ses structures internes que les coupes FIB-SEM individuelles prises isolément.
Les chercheurs ont observé une forme cellulaire complexe, comprenant des prolongements membranaires et de nombreuses vésicules internes. L'ajout des données de fluorescence a permis de visualiser des signaux associés au vaccin près de la membrane cellulaire externe, au sein de certains de ses prolongements, à proximité des vésicules internes et près du noyau.
Plutôt que d'exiger des chercheurs qu'ils reconstituent ces relations spatiales à partir d'images 2D successives, 3D World Cela leur a permis d'explorer tout le volume reconstitué. Différentes structures pouvaient être observées individuellement ou ensemble, ce qui facilitait la compréhension de l'organisation des différentes parties de la cellule les unes par rapport aux autres.
Cela a aussi permis de comprendre comment présenter cet ensemble de données complexe. La figure 7 de la publication illustre la progression des vues corrélées par fluorescence et FIB-SEM vers les structures cellulaires segmentées et les rendus 3D complets, démontrant ainsi comment les données volumétriques peuvent être transformées en une représentation plus claire de la cellule et de ses structures internes.
Reconstruction 3D de l'ensemble de données FIB-SEM dans Dragonfly 3D World , montrant de multiples structures cellulaires et subcellulaires segmentées dans tout le volume reconstruit.
Relier les réponses immunitaires à différentes échelles
L'ensemble des différentes techniques utilisées dans l'étude a permis aux chercheurs de suivre la réponse immunitaire de l'organisme entier jusqu'à la cellule individuelle.
L'imagerie a permis de visualiser la propagation du vaccin, tandis que l'analyse cellulaire a révélé quelles populations de cellules immunitaires ont réagi au fil du temps. La microscopie à fluorescence a aidé à identifier les signaux associés au vaccin au sein de cellules spécifiques, et la microscopie FIB-SEM a fourni une vue très détaillée de leurs structures internes.
3D World L'étape de visualisation a été finalisée par l'assemblage en 3D des structures segmentées obtenues par FIB-SEM. Cela a permis d'apporter le contexte spatial nécessaire à la compréhension de l'organisation des détails capturés dans les images individuelles au sein de la cellule reconstruite.
Globalement, l'étude a montré que les réponses immunitaires variaient selon les tissus et les moments, et a mis en évidence le rôle important des neutrophiles dans la réponse précoce au vaccin au sein du tissu nasal.
Ce même type de méthodologie pourrait également servir à des recherches portant sur d'autres candidats vaccins. L'association d'une imagerie volumétrique détaillée et d'une reconstruction 3D pourrait aider les chercheurs à étudier comment les vaccins, les agents pathogènes, les nanoparticules et autres matériaux biologiques interagissent avec des cellules et des structures spécifiques au sein de tissus complexes.
Lisez le journal
Kanwal S, To SV, Uijen R, et al. Suivi de la dynamique spatio-temporelle des réponses immunitaires précoces à un candidat vaccin antipneumococcique intranasal à base d'OMV chez la souris. npj Vaccines. 2026;11:105. DOI : 10.1038/s41541-026-01430-y.
Chercheurs
Ces recherches ont été menées au Centre médical universitaire Radboud (Radboudumc), à Nimègue, sous la direction du professeur Marien I. de Jonge, avec la contribution du Centre de microscopie électronique (EMC) de Radboudumc et d'Abera Bioscience AB, à Uppsala, en Suède.
Auteurs : Sajida Kanwal, Shaina Vivienne To, Rienke Uijen, Rona Roverts, Bram van Cranenbroek, Fred J. van Opzeeland, Ben Joosten, Bart van den Berg van Saparoea, Christa E. van der Gaast-de Jongh, Esther van Rijssen, Joen Luirink, Dimitri A. Diavatopoulos, Lucille F. van Beek et Marien I. de Jonge.
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