Third-harmonic generation microscopy for biological imaging. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

Third-harmonic generation microscopy for biological imaging.

Microscopie par génération de troisième harmonique appliquée à la biologie.

(1)
1
Delphine Débarre

Abstract

This work aimed at developing third-harmonic generation microscopy for biology, a recent technique allowing the visualization of unstained cells and tissues with sub-micrometer resolution. Its application to biological imaging was to date limited by the lack of study of signal creation inside samples, endogenous sources of contrast in biology, and induced phototoxicity. The work presented here mainly addresses those three issues. Firstly, we studied theoretically and experimentally the influence of sample structure and focusing of the excitation beam on THG signal. We showed that THG imaging acts on the sample as a bandpass filter for spatial frequencies and that adjusting the focusing of the excitation beam allows to modulate the signal from structures different shapes inside a complex sample. Secondly, we characterized optical properties of various biologically relevant liquids, showing that lipid bodies embedded in an aqueous environment should provide a strong intracellular source of contrast. We then demonstrated that those structures can indeed be tracked and quantified in a variety of unstained tissues using THG microscopy. Finally, we applied THG microscopy to the visualization of early development of live unstained Drosophila embryos. On this model, we studied mechanisms of induced phototoxicity and demonstrated that THG microscopy can provide a complete 3D description of morphogenetic movements in wild-type and mutant embryos without perturbation.
Cette thèse a porté sur le développement pour la biologie de la microscopie par génération de troisième harmonique (THG), qui permet la visualisation sans marquage de cellules et de tissus avec une résolution sub-micrométrique. Son application en biologie était jusqu'à présent limitée par le manque d'études du mode de création du signal dans l'échantillon, des sources de contrastes biologiques endogènes ainsi que de la phototoxicité induite. Le travail présenté ici a essentiellement porté sur ces trois questions. Nous avons d'abord étudié théoriquement et expérimentalement l'influence de la structure de l'échantillon et de la focalisation du faisceau excitateur sur le signal THG. Nous avons montré que l'imagerie THG agit sur l'échantillon comme un filtre passe! -bande pour les fréquences spatiales et qu'ajuster la focalisation de l'excitation permet de moduler la visibilité de structures au sein d'un système complexe selon leur forme. Par ailleurs, nous avons caractérisé les propriétés optiques de différents liquides biologiques, qui prédisent qu'un corps lipidique dans un environnement aqueux doit constituer une source efficace de signal intracellulaire. Nous avons démontré que de telles structures peuvent effectivement être suivies et quantifiées par microscopie THG dans de nombreux types de tissus biologiques non marqués, ouvrant la voie à des applications en physiopathologie. Finalement, nous avons appliqué la microscopie THG à la visualisation in vivo et sans marquage du développement embryonnaire précoce chez la drosophile. Sur ce modèle, nous avons étudié les mécanismes de phototoxicité liés à l'imagerie THG et démontré la possibilité de visualiser les embryons en 3D sans perturbation du développement et de quantifier les mouvements morphogénétiques à partir des séquences obtenues.
Fichier principal
Vignette du fichier
Debarre.pdf (46.98 Mo) Télécharger le fichier

Dates and versions

pastel-00001978 , version 1 (28-07-2010)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00001978 , version 1

Cite

Delphine Débarre. Microscopie par génération de troisième harmonique appliquée à la biologie.. Biophysique [physics.bio-ph]. Ecole Polytechnique X, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001978⟩
718 View
1014 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More