Laboratoire d'optique et de magnétisme

MICROSCOPIE MULTIMODALE

Mise à jour le   17/10/2024

Microscopie de polarisation non-conventionnelle et microscopie multiphotonique appliquée à l’imagerie biologique

L’axe microscopie multimodal s’intéresse au développement instrumental en microscopie de polarisation non-conventionnelle (Mueller, biréfringence ultra-sensible) et en microscopie multiphotonique (génération de second harmonique SHG et fluorescence à 2 photons TPEF) pour des applications biomédicales. Plusieurs projets pluridisciplinaires portant sur l’imagerie de tissus biologiques (muscle strié, artère, colon) et cultures cellulaires 3D (sphéroïdes) ont été mené ces dernières années, en collaboration notamment avec des laboratoires de l’Institut Brestois Santé Agro Matière (IBSAM) de l’Université de Brest.

Le laboratoire OPTIMAG développe des prototypes de microscope polarimétrique non-conventionnels, basé sur le principe de codage spectral de la polarisation. Initialement dédié à la polarimétrie de Mueller instantanée, permettant de mesurer de manière rapide (µs) toute la signature en polarisation (biréfringence, dichroïsme, dépolarisation) d’un échantillon, ce principe de codage spectral a notamment permis, via l’utilisation de sources à balayage rapide en longueur d’onde (swept-source), de développer le premier microscope de Mueller à balayage laser capable de générer des images de Mueller à la cadence du balayage du faisceau laser, c’est-à-dire en un seul passage. Cette innovation a notamment permis de réaliser des images multimodale Mueller/multiphoton à partir d’un unique instrument.

principe codage spectral

Ces dernières années, nous nous sommes intéressés à augmenter la sensibilité de la mesure de biréfringence pour des échantillons dont la signature polarimétrique est moins exhaustive, en introduisant le concept de quasi fond noir. Des sensibilités de détection inédites ont ainsi pu être obtenues en microscopie à balayage laser. L’équipe travaille actuellement sur la transposition de ce principe à l’imagerie plein champ.

Un brevet a été déposé sur le concept de polarimétrie par codage spectral sur quasi fond noir et un autre est en cours de dépôt et porte sur un nouveau concept permettant la transposition à l’imagerie plein champ.

Le laboratoire OPTIMAG est équipé de deux microscopes multiphotoniques : FV300/BX51WI (Olympus) et FVMPE-RS (Evident, ex-Olympus) sur lesquels sont implémentés en routine les modalités d’imagerie de fluorescence excitée à 2 photons (TPEF) et de génération de second harmonique (SHG). Ces modalités permettent l’imagerie en 3D et en profondeur (quelques centaines de µm) dans des tissus biologiques diffusants. La SHG permet de révéler spécifiquement certaines protéines de type fibrillaire comme le collagène (type I et III), la myosine et les microtubules. Une modalité de SHG résolue en polarisation (P-SHG) a été implémentée sur les microscopes afin d’obtenir des paramètres sub-microscopique sur l’organisation et la structure des émetteurs SHG. 

Dans ce cadre, différents projets pluridisciplinaires se sont développés à Brest portant sur :

  • l’étude de la fibrose hépatique par quantification SHG du collagène fibrillaire, en collaboration avec le Nottingham disease center (UK),
  • l’étude de la ré-innervation de la peau avec le laboratoire des Neurosciences de l’UBO (CHU Brest),
  • l’imagerie des parois de vaisseaux sanguins chez l’animal en réponse à un traitement anti cholestérol à base de statines, en collaboration avec le laboratoire ORPHY de l’UBO,
  • la caractérisation du sepsis musculaire à l’échelle du sarcomère (complexe actine-myosine) par microscopie SHG résolue en polarisation, en collaboration avec le laboratoire ORPHY de l’UBO,
  • l’imagerie 3D de sphéroïdes de cancer gastrique, en collaboration ave l’unité INSERM 1078 GGB de la faculté de médecine de l’UBO.

Deux projets sont actuellement en cours portant sur :

  • l’imagerie intravitale pour l’étude de la thrombose veineuse, en collaboration avec l’unité INSERM 1304 GETBO 
  • l’imagerie multimodale (multiphoton/spectrométrie de masse) pour le diagnostic précoce du cancer gastrique, en collaboration avec l’unité INSERM 1227 LBAI.

Permanents:

Doctorants:

Ingénieurs:

Post-doctorants:

Publications

  • H. Laviec, M. Dubreuil, S. Rivet, M. Indenbom, and Y. Le Grand, “Widefield quantitative polarized light microscopy using spectrally encoded null polarimetry,” Opt. Lett. 49, 5171-5174 (2024), doi.org/10.1364/OL.536534

  • X. Theillier, S. Rivet, M. Dubreuil, and Y. Le Grand "Swept-wavelength null polarimetry for highly sensitive birefringence laser scanning microscopy," Opt. Lett. 49, 387-390 (2024) DOI: 10.1364/OL.507576

  • X. Theillier, S. Rivet, M. Dubreuil, and Y. Le Grand "Systematic errors in a swept-wavelength null polarimeter for weak linear retardance measurements" Applied Optics, Vol. 62, Issue 28, pp. 7529-7535 (2023) DOI: 10.1364/AO.499450

  • X. Theillier, S. Rivet, M. Dubreuil, Y. Le Grand, "Swept-wavelength null polarimetry for weak linear birefringence imaging," Proc. SPIE 12136, Unconventional Optical Imaging III, 121360J (20 May 2022); doi.org/10.1117/12.2632382

  • X. Theillier, S. Rivet, M. Dubreuil, Y. Le Grand. "Swept-wavelength null polarimeter for high-speed weak anisotropy measurements" Optics Express. Vol. 30, Issue 11, pp. 18889-18902 (2022). DOI : 10.1364/OE.454193.

  • G. Alzeeb, M. Dubreuil, D. Arzur, S. Rivet, L. Corcos, Y. Le Grand, and C. Le Jossic-Corcos. "Gastric cancer multicellular spheroid analysis by two-photon microscopy" Biomedical Optics Express Vol. 13, Issue 5, pp. 3120-3130 (2022). DOI : 10.1364/BOE.450518.

  • M. Dubreuil, F. Tissier, S. Rivet, Y. Le Grand. "Linear diattenuation imaging of biological tissues with near infrared Mueller scanning microscopy" Biomedical Optics Express Vol. 12, Issue 1, pp. 41-54 (2021) DOI : 10.1364/BOE.408354

  • S. Rivet, M. Dubreuil and Y. Le Grand "Optimization of fast spectrally encoded Mueller polarimeters for real-time monitoring" J. Opt. Soc. Am. A 36(11), C1-C8 (2019) (2019), DOI : 10.1364/JOSAA.36.0000C9.

  • K. Raimondeau, S. Rivet, M. Dubreuil, Y. Le Grand, L. Dupont, J.-L. de Bougrenet de la Tocnaye, "Transmittance enhancement of nematic liquid crystal dichroic dye doped mixtures by addition of chiral dopants: a polarimetric analysis", Molecuar Crystals and Liquid Crystals 680(1), 20 (2019), DOI: 10.1080/15421406.2019.1624359

  • S. Rivet, M. Dubreuil, A. Bradu, Y. Le Grand. "Fast spectrally encoded Mueller optical scanning microscopy" Scientific Reports 9, 3972 (2019), DOI : 10.1038/s41598-019-40467-z

  • M. Dubreuil, F. Tissier, L. Le Roy, J.P. Pennec, S. Rivet, M.-A. Giroux-Metges, Y. Le Grand "Polarization-resolved second harmonic microscopy of skeletal muscle in sepsis" Biomed. Opt. Express 9(12), 6350-6358 (2018). DOI : 10.1364/BOE.9.006350

  • M. Dubreuil, S. Rivet, Y. Le Grand "Snapshot second-harmonic generation polarimeter based on spectral analysis" Optics Letters Vol.42, n°22 November 15 2017. DOI : 10.1364/OL.42.004639

  • A. Le Gratiet, M. Dubreuil, S. Rivet, Y. Le Grand "100 kHz Mueller polarimeter for laser scanning polarimetric microscopy" SPIE Europe, Biophotonics: Photonic Solutions for Better Health Care V, Bruxelles (2016). DOI : 10.1117/12.2227118

  • A. Le Gratiet, M. Dubreuil, S. Rivet, Y. Le Grand, "Scanning Mueller polarimetric microscopy", Optics Letters 41(18), 4336-4339 (2016). DOI : 10.1364/OL.41.004336

  • F. Tissier, Y. Mallem, C. Goanvec, R. Didier, T. Aubry, N. Bourgeois, J-C Desfontis, M. Dubreuil, Y. Le Grand, J. Mansourati, K. Pichavant-Rafini, E. Plee-Gautier, P. Roquefort, M. Theron, M. Gilard, "A non-hypocholesterolemic atorvastatin treatment improves vessel elasticity by acting on elastin composition in WHHL rabbits", Atherosclerosis 2514, 70-77 (2016). DOI : 10.1016/j.atherosclerosis.2016.05.039

  • F. Tissier, Y. Mallem, C. Goanvec, R. Didier, T. Aubry, N. Bourgois, J.-C. Desfontis, M. Dubreuil, Y. Le Grand, J. Mansourati, K. Pichavant-Rafini, E. Plee-Gautier, Ph. Roquefort, M. Theron, M. Gilard, "Mechanical and functional vascular impact of a low dose atorvastatin treatment in WHHL rabbits", Archives of Cardiovascular Diseases Supplements 8, 213-215 (2016). DOI : 10.1016/S1878-6480(16)30393-7

  • A. Le Gratiet, S. Rivet, M. Dubreuil and Y. Le Grand "100kHz-Mueller polarimeter in reflection configuration", Optics Letters, Vol. 40 Issue 4, pp.645-648 (2015). DOI: 10.1364/OL.40.000645

  • D. Sevrain, M. Dubreuil, G.E Dolman, A.M. Zaitoun, W.L. Irving, I.N. Guha, C. Odin, Y. Le Grand "Evaluation of area-based collagen scoring by nonlinear microscopy in chronic hepatitis C-induced liver fibrosis", Biomedical Optics Express 6(4) :1209–1218 (2015). DOI: 10.1364/BOE.6.001209

  • P. Babilotte, V. N.H. Silva, M. Dubreuil, S. Rivet, L. Dupont, B. Le Jeune, "Twisted ferro-electric liquid crystal dynamic behaviour modification under electric field : a Mueller matrix polarimetry approach", Journal of Applied Physics, 115/3, 034906 (2014). DOI: 10.1063/1.4862162

  • P. Babilotte, V.N.H. Silva, M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune, L. Dupont, "Experimental study of the dynamic behaviour of twisted ferro-electric liquid crystal samples using snap-shot Mueller matrix polarimetry" J. Phys. D : Appl. Phys. 46, 125101 (2013).

  • D. Sevrain, Y. Le Grand, V. Buhé, C. Jeanmaire, G. Pauly, J-L. Carré, L. Misery, N. Lebonvallet, "Two-photon microscopy of dermal innervation in a human re-innervated model of skin", Experimental dermatology, Volume 22, Issue 4, pages 290–291 (2013). DOI: 10.1111/exd.12108

  • P. Babilotte, V. N.H. Silva, M. Dubreuil, S. Rivet, L. Dupont, B. Le Jeune "Impact of the concentration in polymer on the dynamic behavior of Polymer Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal using Snap-shot Mueller Matrix Polarimetry" Eur. Phys. J. E 36 : 55 (2013). DOI:10.1140/epje/i2013-13055-6

  • D. Sevrain, M. Dubreuil, A. Leray, C. Odin, Y. Le Grand, "Measuring the scattering coefficient of turbid media from two-photon microscopy" Opt. Express 21, 25221-25235 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.025221

  • M. Dubreuil, P. Babilotte, V.N.H. Silva, S. Rivet, B. Le Jeune, L. Dupont "Correlation between static and dynamic polarimetric properties and the texture of surface-stabilised ferroelectric liquid crystal cells" Liquid Crystals, vol 39, Issue 5, pp.619-628 (2012). DOI : 10.1080/02678292.2012.668953

  • M. Dubreuil, P. Babilotte, L. Martin, D. Sevrain, S. Rivet, Y. Le Grand, G. Le Brun, B. Turlin, B. Le Jeune "Mueller matrix polarimetry for improved liver fibrosis diagnosis", Optics Letters, Vol. 37, Issue 6, pp.1061-1063 (2012). DOI : 10.1364/OL.37.001061

  • V.N.H. Silva, P. Babilotte, S. Rivet, M. Dubreuil, B. Le Jeune, L. Dupont "Characterization of the dynamics of surface stabilized ferroelectric liquid crystal under electric field by full optical snapshot matrix Mueller polarimeter" Optical Engineering, 51(12), 123601 (December 2012). DOI : 10.1117/1.OE.51.12.123601

  • G. E. Dolman, D. Sevrain, C. Odin, Y. le Grand, A. M. Zaitoun, W. L. Irving, I. N. Guha "PMO-150 Second harmonic generation microscopy of collagen and evaluation of liver fibrosis in chronic hepatitis C (CHC) infection" Journal Article Gut 61(Suppl 2) A134-A134 (2012). DOI : 10.1136/gutjnl-2012-302514b.150

  • L. Gailhouste, Y. Le Grand, C. Odin, D. Guyader, B. Turlin, F. Ezan, Y. Désille, T. Guilbert, A. Bessard, C. Frémin, N. Theret, G. Baffet "Fibrillar Collagen Scoring by Second Harmonic Microscopy as a New Tool in the Assessment of Liver Fibrosis" J. Hepatol. 52, 398-406 (2010).

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune, Laurent Dupont "Time-resolved switching analysis of a ferroelectric liquid crystal by Snapshot Mueller Matrix Polarimetry" Optics Letters, Vol. 35 Issue 7, pp.1019-1021 (2010). DOI : 10.1364/OL.35.001019

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune "Snapshot Mueller matrix polarimetry by wavelength polarization coding and application to the study of switching dynamics in a ferroelectric liquid crystal cell" EPJ Web of Conference, Vol. 5, API'09 - First NanoCharM Workshop on Advanced Polarimetric Instrumentation (2010). DOI : 10.1051/epjconf/20100506001

  • T. Guilbert, C. Odin, Y. Le Grand, L. Gailhouste, B. Turlin, F. Ezan, Y. Desille, G. Baffet, D. Guyader, "A robust collagen scoring method for human liver fibrosis by second harmonic microscopy" Optics Express, 18, (25), 25794 - 25806 (2010). 10.1364/OE.18.025794

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune, J. Cariou, « Systematic errors specific to a snapshot Mueller matrix polarimeter, » Applied Optics 48(6), 1135-1142 (2009). 10.1364/AO.48.001135

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune, J. Cariou, « Two-channel snapshot Mueller matrix polarimeter, » Applied Optics 48(33), 6501-6505 (2009). 10.1364/AO.48.006501

  • P. Lemaillet, S. Rivet, B. Le Jeune, « Optimization of a snapshot Mueller matrix polarimeter, » Optics Letters, 33(2), 144-146 (2008). 10.1364/OL.33.000144

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune, and J. Cariou, "Snapshot Mueller matrix polarimeter by wavelength polarization coding," Opt. Express 15, 13660-13668 (2007). 10.1364/OE.15.013660

Communications

  • Hugo Laviec, Xavier Theillier, Matthieu Dubreuil, Sylvain Rivet, Yann Le Grand, "Laser scanning and full-field birefringence microscopy by spectral encoding of the polarization", Optique (SFO) du 1 au 5 juillet 2024 Rouen, France (2024) - Communication orale.

  • Xavier Theillier,  Sylvain Rivet, Matthieu Dubreuil, Yann Le Grand "Swept-wavelength null polarimetry for weak linear birefringence imaging" SPIE photonics Europe, Strasbourg, France, 3-7 avril 2022 - Communication orale. Swept-wavelength-null-polarimetry-for-weak-linear-birefringence-imaging

  • X. Theillier, S. Rivet, M. Dubreuil, Y. Le Grand "Microscopie de biréfringence à haute sensibilité par polarimétrie sur fond noir à codage spectral" 9èmes Rencontres Biologie-Physique du Grand-Ouest, 22 juin 2022, Brest.

  • M. Dubreuil, S. Rivet, G. Alzeeb, D. Arzur, C. Le Jossic-Corcos, L. Corcos, A. Uguen, P. Hémon, M. Castillon, M. Le Rochais, Y. Scuiller, N. Foulquier and Y. Le Grand "Microscopie multiphoton pour l’étude des cancers gastrique et colorectal" 9èmes Rencontres Biologie-Physique du Grand-Ouest, 22 juin 2022, Brest.

  • Xavier Theillier, Sylvain Rivet, Matthieu Dubreuil, Yann Le Grand "Mesure ultra-sensible et à très haute cadence de faibles anisotropies optiques" JED3M : Lumière sur l'Invisible, 4 Novembre 2021, Nantes, France, 4 Novembre 2021.

  • Xavier Theillier, Sylvain Rivet, Matthieu Dubreuil, Yann Le Grand "Mesure ultra-sensible et à très haute cadence de faibles anisotropies optiques" Colloque de l’IBSAM, 7 Décembre 2021, Brest, France.

  • Sylvain Rivet, Matthieu Dubreuil, Adrian Bradu, Yann Le Grand "Fast Mueller linear polarization modality at the usual rate of a laser scanning microscope" European Conferences on Biomedical Optics – SPIE OSA, Munich, Germany, 23 - 27 June 2019 - Communication orale. spie.org/Publications/Proceedings/Paper/10.1117/12.2526850

  • Philippe Giamarchi, Matthieu Dubreuil, Sylvain Rivet, Jean-Baptiste Berard, Aurélie Charrier, Gael Bougaran, Yann Le Grand "Algae observation by two-photon microscopy" Proceedings XVIIIème Symposium International de Spectrométrie de Luminescence, Brest, 19-22 juin 2018 - Poster. isls2018.sciencesconf.org/184877

  • Matthieu Dubreuil, Sylvain Rivet, Yann Le Grand "Second harmonic generation polarimetry of biological tissues" Proceedings XVIIIème Symposium International de Spectrométrie de Luminescence, Brest, 19-22 juin 2018 - Communication orale. isls2018.sciencesconf.org/195907

  • Sylvain Rivet, Yann Le Grand, M. Dubreuil "Single-scan swept source Mueller microscopy" Proceedings XVIIIème Symposium International de Spectrométrie de Luminescence, Brest, 19-22 juin 2018 - Poster. isls2018.sciencesconf.org/214007.

  • Matthieu Dubreuil, Sylvain Rivet, Yann Le Grand "Linear and non linear polarimetric microscopy", Optique (SFO) du 3 au 6 Juillet 2018 Toulouse, France (2018) - Poster.

  • J. P. Bakhoum, P. A. Diaw, M. Mbaye, O. M. A. Mbaye, L. Cisse, M. D. Gaye-Seye, A. 

  • M. Dubreuil, S. Rivet, Y. Le Grand "Mueller and SHG polarimetric imaging of biological tissues", Invited speaker, Nikon School 4th NIC@IIT Advanced Practical Workshop, Genoa, Italy (2017).

  • A. Le Gratiet, M. Dubreuil, S. Rivet, and Y. Le Grand "Développement d'un microscope de Mueller à balayage Laser utilisant une swept source" Optique Bordeaux (2016).

  • A. Le Gratiet, M. Dubreuil, S. Rivet, Y. Le Grand "Polarimétrie de Mueller à 100kHz pour la microscopie polarimétrique à balayage laser" OptDiag, Paris (2016).

  • Le Gratiet, S. Rivet, M. Dubreuil, Y. Le Grand "Polarimétrie de Mueller en réflexion par codage spectral de la polarisation, utilisant une swept-source", Journée EPOS Électromagnétisme, Polarisation, Cohérence et Optique Statistique, 25 novembre 2014 Marseille.

  • B. Le Jeune, Y. Le Grand "La photonique au service de la biologie et de la médecine" Conférence de la SFR ScInBioS, Faculté de médecine-CHU Morvan Brest, 27Avril 2012.

  • D. Sevrain, A. Leray, C. Odin, Y. Le Grand "Mesure des paramètres de diffusion de milieux turbides par microscopie à deux photons", Congrès OPT-DIAG, Diagnostic et Imagerie Optique en Médecine et Biologie, 9-11 Mai 2012 – Paris. Publication correspondante : Biophotonique (publications MRCT CNRS) (2012).

  • D. Sevrain, G.E. Dolman, A.M. Zeitoun, W.L. Irving, I.N. Guha, C. Odin, Y Le Grand "Quantification de la fibrose du foie par microscopie non-linéaire chez des patients infectés par le virus de L’hépatite C" Congrès OPT-DIAG, Diagnostic et Imagerie Optique en Médecine et Biologie, 9-11 Mai 2012 – Paris. Publication correspondante : Dans Biophotonique (publications MRCT CNRS) (2012)

  • D. Sevrain "Quantification de la fibrose du foie par microscopie non-linéaire chez des patients infectés par le virus de L’hépatite C" journée doctorants post-doctorants en biologie-santé en Bretagne, 27 juin 2012 Rennes.

  • G.E. Dolman, D. Sevrain, C. Odin, Y. Le Grand, A.M. Zeitoun, W.L. Irving, I.N. Guha, "PMO-150 Second harmonic generation microscopy of collagen and evaluation of liver fibrosis in chronic hepatitis C (CHC) infection" Digestive Disorders Federation's Annual Conference 2012, (Liverpool), England (2012).

  • D. Sevrain, Y. Le Grand, N. Lebonvallet, L. Misery "Microscopie biphotonique de la peau innervée" Congrès Horizon 4–7 Juillet 2011 - Marseille.

  • P. Babilotte, M. Dubreuil, S. Rivet, Y. Lijour, D. Sevrain, L. Martin, G. Le Brun, Y. Le Grand, B. Le Jeune "Snapshot Mueller polarimetry for biomedical diagnostic related to human liver fibrosis : evaluation of the method for biomedical assessments", Congrès SPIE Optical Systems, 5–8 September 2011 – Marseille.

  • M. Dubreuil, P. Babilotte, S. Rivet, B. Le Jeune "Polarimètre de Mueller instantané, application à la dynamique de cellules à cristaux liquides et de milieux biologiques" Journée Électromagnétisme, Polarisation et Optique Statistique, 25 novembre 2011 – Marseille.

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune "Snapshot Mueller matrix Polarimeter by wavelength polarization coding" 1st Nanocharm workshop on Advanced Polarimetric Instrumentation 7-9 December 2009, Ecole Polytechnique Palaiseau France, published in EPJ Web of Conference (2010).

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune "Snapshot Mueller matrix polarimetry by wavelength polarization coding and application to the study of switching dynamics in a ferroelectric liquid crystal cell " SPIE Optics and Photonics, San Diego USA (2010).

  • M. Dubreuil, S. Rivet, B. Le Jeune, L. Dupont "Characterization of Ferroelectric Liquid Crystal Cells by Snapshot Mueller Matrix Polarimetry" 3rd International Workshop on Liquid Crystals For Photonics, September 8-10, 2010. Elche (Alicante) Spain.

  • C. Odin, T. Guilbert, Y. Le Grand, "Microscopie non linéaire de protéines fibreuses", Séminaire PONANT, INSA-Rennes, 6-7 juillet 2010.

Brevets
  • S. Rivet, M. Dubreuil, Y. Le Grand, B. Boulbry, H. Laviec, "Dispositif de démodulation par éclairement spectralement structuré pour la microscopie plein champ de la biréfringence par codage spectral", Brevet FR2406902 (2024)
  • Yann Le Grand, Sylvain Rivet, Matthieu Dubreuil, Xavier Theillier "Device for polarimetric characterization of the anisotropy of a medium and corresponding imaging system" brevet US20230273116A1 (2023)
  • S. Rivet, X. Theillier, M. Dubreuil, Y. Le Grand "Dispositif de caractérisation polarimétrique de l’anisotropie d’un milieu, et système d’imagerie correspondant", Brevet FR2007550 (2020)
  • A. Podoleanu, S. Rivet, A. Bradu and M. Maria, “Slave Interferometry and Apparatus and Method for Master Slave Optical Coherence Tomography with any Number of Sampled Depths”, Brevet US20210145285A1 (2015)
  • Applied Optics Group (AOG), University of Kent, UK.
  • Nottingham Digestive Diseases Biomedical Research Unit, Nottingham, UK
  • Institut de Physique de Rennes (IPR), CNRS/Université de Rennes 1, France
  • Laboratoire ORPHY – UR4324 (Optimisation des régulations physiologiques), UBO, France
  • Laboratoire LIEN – UR 4685 (Laboratoire Interactions Epithéliums Neurones - Equipe L. Misery), UBO, France
  • Laboratoire GETBO UMR 1304 INSERM (thrombose veineuse), UBO, France
  • Laboratoire LBAI UMR 1227 INSERM (équipe A. Uguen – anatomopathologie), UBO, France
  • Laboratoire GGB UMR 1078 INSERM (équipe L. Corcos – cancérologie), UBO, France
  • Financement d'une thèse sur le projet "Microscopie multimodale plein champ par Illumination Spectralement Structurée", porteur OPTIMAG, financeur CDE, 2023
  • "Role of the P2X7 receptor in venous thromboembolism: microscopie intravitale pour l’étude de la thrombose veineuse", porteur GETBO, financement AAP IBSAM, 2022
  • CAMELEON (microsCopie multimodAle augMEntée en LonguEur d’ONde), porteur UBO/Rennes1 dans le cadre du CPER PHOT-BREIZH, financeur Région Bretagne, 2021
  • MATRIX (Combiner l’imagerie en cytométrie de masse et les microscopies non linéaires et polarisées pour déchiffrer les interactions complexes entre les fibres conjonctives et les cellules immunitaires dans le microenvironnement du cancer: une nouvelle approche pour la découverte de bio marqueur), porteur LBAI UMR 1227 INSERM, financeur INSERM, 2020
  • Financement d'une thèse sur le projet "Polarimétrie sur fond noir par codage spectral de la polarisation : application à la microscopie à balayage laser", porteur OPTIMAG, financement CPER/CDE, 2019
  • "3D culture of cancer cells, a matter of physics and biochemical interactions: étude de modèles 3D de croissance tumorale dans le cadre du cancer gastrique", porteur OPTIMAG, financement AAP IBSAM, 2019
  • "Microscopie multiphotonique résolue en polarisation pour l’étude du muscle strié squelettique septique: étude du syndrome de sepsis musculaire par microscopie SHG résolue en polarisation", porteur OPTIMAG, financement AAP IBSAM, 2017
  • µBioPol (microscopie polarimétrique multimodale), porteur UBO/Rennes1 dans le cadre du CPER SOPHIE-PHOTONIQUE, financeur Région Bretagne , 2014
  • Hugo Laviec : "Microscopie multimodale plein champ par Illumination Spectralement Structurée" en CDE depuis le 1er octobre 2023, sous la direction de Sylvain Rivet et Yann Le Grand, co-encadrement Matthieu Dubreuil.
  • Xavier Theillier : "Polarimétrie sur fond noir par codage spectral de la polarisation : application à la microscopie à balayage laser " 12 décembre 2022, sous la direction de Sylvain Rivet et Yann Le Grand, co-encadrement Matthieu Dubreuil. plus de détail.
  • Aymeric Le Gratiet : "Développement d'un polarimètre de Mueller à codage spectral utilisant une Swept-source : application à la microscopie à balayage laser", 14 décembre 2016, thèse UBO Brest sous la direction de Yann Le Grand et Sylvain Rivet. plus de détails.
  • David Sevrain : "Développements en microscopie non linéaire cohérente et incohérente et applications", 13 Décembre 2013, thèse UBO sous la direction de Yann Le Grand. plus de détails.
  • Matthieu Dubreuil : "Développement d’un polarimètre de Mueller instantané par codage en longueur d’onde. Application à la caractérisation de cristaux liquides ferroélectriques", 10 Décembre 2010, thèse UBO sous la direction de Bernard Le Jeune. plus de détails.

Objectifs

Mise en œuvre de l'imagerie multimodale et polarimétrique (Mueller, SHG, TPEF) au microscope à balayage laser. Applications dans les domaines de la biophotonique (diagnostic, imagerie des tissus animaux et végétaux, imagerie matricielle extracellulaire...) et de la science des matériaux (cristaux liquides, couches minces...).

Description

Des modalités d'imagerie sur mesure ont été (et sont toujours) développées à partir de microscopes à balayage laser commerciaux (Olympus BX51WI-FV300) et modulaires pour fournir divers contrastes tels que ceux basés sur la polarimétrie de Mueller, la deuxième génération harmonique (SHG) et la fluorescence par excitation à deux photons (TPEF).

 

microscopie de Mueller

Le premier microscope à balayage laser capable d'acquérir une image de Mueller en un seul balayage a été développé par notre groupe. Le polarimètre de Mueller utilise une source laser à balayage à 100 kHz (voir section domaine spectral Polarimétrie de Mueller), qui est compatible avec le pixel dwell-time du microscope. L'acquisition des spectres canalisés a été synchronisée avec les scanners galvo et les blocs PSG/PSA ont été intégrés dans le trajet optique du microscope. Le microscope fonctionne actuellement en transmission et sera étendu à la géométrie de réflexion. L'affichage en temps réel des images est en cours de développement.

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Images 408×512 Mueller de (a), (b) une biopsie du foie humain, et (c), (d) une section de roche gabbro.
(a), (c) Retardateur linéaire RL, et (b), (d) son orientation αR. Champ d'images : 1,75×1,75 mm.

 

Microscopie SHG/TPEF

Un oscillateur femtoseconde (Verdi-Mira - Cohérent) est utilisé comme source laser. Des trajets de détection SHG (transmission et rétrodiffusion) et TPEF (avec et sans rétrodiffusion) sur mesure ont été implémentés sur microscope confocal à balayage. Plusieurs études biomédicales ont été menées en collaboration avec des groupes de biologistes et de médecins.

 

  • Imagerie et quantification du collagène pour le diagnostic de la fibrose hépatique
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Image SHG d'un échantillon de foie humain F4

 

  • Imagerie et quantification du collagène et de l'élastine dans les parois des vaisseaux pour l'évaluation de l'athérosclérose
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Image combinée SHG (bleu) et TPEF (jaune) d'une paroi de vaisseau de lapin

 

  • Etude de la réinnervation de la peau humaine
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Fibres nerveuses (jaunes) et fibres de collagène (bleues) dans un modèle de peau humaine réinnervée tel qu'imagé par des microscopies couplées TPEF et SHG

 

  • Imagerie polarimétrique SHG du muscle de rat en cas de septicémie
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(a,c) Image SHG à polarisation circulaire (b,d) paramètre d'anisotropie SHG image du muscle du rat EDL dans les conditions de contrôle (a,b) et septiques (c,d)

 

Thèse de doctorat

A. Le Gratiet, "Développement d'un polarimètre de Mueller à codage spectral utilisant une swept-source : application à la microscopie à balayage laser". Université de Brest - UBO (2016). Directeur de thèse : Y. Le Grand et S. Rivet.

D. Sevrain, "Développements en microscopie non linéaire cohérente et incohérente et applications". Université de Brest - UBO (2013). Directeur de thèse : Y. Le Grand.

 

Thèse de doctorat

Thèse de doctorat

A. Le Gratiet, "Développement d'un polarimètre de Mueller à codage spectral utilisant une swept-source : application à la microscopie à balayage laser". Université de Brest - UBO (2016). Directeur de thèse : Y. Le Grand et S. Rivet.

D. Sevrain, "Développements en microscopie non linéaire cohérente et incohérente et applications". Université de Brest - UBO (2013). Directeur de thèse : Y. Le Grand.

Sélection de publications

M. Dubreuil, F. Tissier, L. Le Roy, J.P. Pennec, S. Rivet, M.-A. Giroux-Metges, Y. Le Grand "Polarization-resolved second harmonic microscopy of skeletal muscle in sepsis" Biomed. Opt. Express 9(12), 6350-6358 (2018).

A. Le Gratiet, S. Rivet, M. Dubreuil and Y. Le Grand, "Scanning Mueller polarimetric microscopy", Opt. Letters 41(18), 4336-4339 (2016).

F. Tissier, Y. Mallem, C. Goanvec, R. Didier, T. Aubry, N. Bourgeois, J-C Desfontis, M. Dubreuil, Y. Le Grand, J. Mansourati, K. Pichavant-Rafini, E. Plee-Gautier, P. Roquefort, M. Theron, M. Gilard, "A non-hypocholesterolemic atorvastatin treatment improves vessel elasticity by acting on elastin composition in WHHL rabbits", Atherosclerosis 2514, 70-77 (2016).

D. Sevrain, M. Dubreuil, G.E Dolman, A.M. Zaitoun, W.L. Irving, I.N. Guha, C. Odin, Y. Le Grand "Evaluation of area-based collagen scoring by nonlinear microscopy in chronic hepatitis C-induced liver fibrosis", Biomed. Opt. Express 6(4):1209–1218 (2015).

D. Sevrain, Y. Le Grand, V. Buhé, C. Jeanmaire, G. Pauly, J-L. Carré, L. Misery, N. Lebonvallet, "Two-photon microscopy of dermal innervation in a human re-innervated model of skin", Experimental dermatology, Volume 22, Issue 4, pages 290–291 (2013).

D. Sevrain, M. Dubreuil, A. Leray, C. Odin, Y. Le Grand, "Measuring the scattering coefficient of turbid media from two-photon microscopy" Opt. Express 21, 25221-25235 (2013).

M. Dubreuil, P. Babilotte, L. Martin, D. Sevrain, S. Rivet, Y. Le Grand, G. Le Brun, B. Turlin, B. Le Jeune "Mueller matrix polarimetry for improved liver fibrosis diagnosis", Opt. Letters, Vol. 37, Issue 6, pp.1061-1063 (2012).

 

Financements

CPER Sophie Photonique 2015-2020 (200k€) : laser femtoseconde (Vision II - Coherent) + microscope à balayage (Thorlabs) et accessoires.

Collaborations
  • Applied Optics Group (AOG), University of Kent, UK.
  • Laboratoire ORPHY, Université de Bretagne Occidentale, France.
  • Laboratoire des neurosciences de Brest (LNB), Université de Bretagne Occidentale, France.
  • Institut de Physique de Rennes (IPR), CNRS/Université de Rennes 1, France
  • Nottingham Digestive Diseases Biomedical Research Unit, Nottingham, UK.