MACSima : le dialogue fertile entre recherche et ingénierie

Le caisson vert et orange du système MACSima a pris sa place aux côtés des microscopes confocaux, à disque rotatif ou encore à feuillet de lumière, qui permettent de cartographier les cellules avec une précision inégalée dans des types d’échantillons variés.

Le système MACSima s’appuie sur une méthode ancienne, l’immunohistochimie, qui utilise des anticorps pour « colorier » des protéines et les visualiser au sein des cellules qui les expriment. Cette méthode permet notamment de localiser et de différencier des cellules dans des environnements complexes. Alors que les technologies précédentes ne combinaient que trois ou quatre anticorps, MACSima permet d’en utiliser des dizaines sur un même échantillon, et donc de visualiser autant de types cellulaires différents dans une coupe de tissu. Grâce à des outils d’analyse bio-informatique, le système permet également de mettre en évidence des sous-populations cellulaires aux fonctions spécifiques et d’apporter un niveau d’analyse supplémentaire, notamment pour déterminer si les cellules expriment ou non des protéines d’intérêt (ligands, récepteurs, etc…). Cette approche constitue ainsi un véritable bond en avant dans la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires dans toute leur complexité.

Développé par l’entreprise Miltenyi Biotec, et grâce à Alain Chédotal, responsable scientifique de la Plateforme, MACSima est arrivé à l’Institut de la Vision à l’état de quasi-prototype, parmi les premiers déployés en France. Toute nouvelle technologie nécessite en effet une phase initiale de mise au point et de validation afin de produire des données reproductibles et interprétables. Après la phase de calibration, MACSima a dans un premier temps été utilisé pour étudier des tissus sains avec l’objectif de trouver les anticorps les plus adaptés aux recherches menées à l’Institut de la Vision. Immunologie, cancérologie, biologie du développement, les besoins des chercheurs sont nombreux, et ont nécessité des innovations qui donnent au système MACSima une autre dimension.

L’équipe de la plateforme d’Imagerie a ainsi travaillé en étroite collaboration avec le constructeur pour calibrer l’appareil et améliorer son logiciel, mais surtout optimiser le fonctionnement du système et même étendre son champ d’application. Durant plusieurs mois, chercheurs et ingénieurs ont testé et validé plus de 250 anticorps, étendant les bibliothèques existantes et adaptant les protocoles pour permettre l’utilisation de processus de marquage et d’inactivation variés. Enfin, l’équipe a poussé le système pour réaliser 30 cycles de marquages successifs, et à utiliser entre 100 et 150 anticorps sur une même lame histologique. Cette montée en échelle inédite permet une cartographie cellulaire d’une précision bien supérieure à tous les standards actuels.

Finalement, il aura fallu un an pour valider l’ensemble du processus d’imagerie. Les manipulations du système MACSima sont en effet longues et minutieuses : imager un échantillon avec une centaine d’anticorps nécessite environ une semaine. Elles sont également coûteuses, chaque anticorps valant plusieurs centaines d’euros. Le stockage et le traitement des données sont également un enjeu de taille : il faut compter environ 4 Teraoctets d’information par lame imagée. Sachant qu’un projet scientifique nécessite en général une dizaine d’échantillons, sans compter les pertes et contretemps, toute expérience menée sur MACSima représente donc un investissement conséquent. Le système sera ainsi réservé aux projets de recherche qui nécessitent l’utilisation simultanée d’un grand nombre d’anticorps.

À l’Institut de la Vision, le système MACSima va être appliqué à des tissus pathologiques, notamment en cancérologie et pour étudier des pathologies de la cornée humaine. L’objectif est de mettre en évidence des biomarqueurs permettant d’affiner et de mieux prédire l’évolution de la maladie, ou encore identifier des cibles thérapeutiques potentielles.

Le travail de calibrage fourni par la plateforme d’Imagerie de l’Institut de la Vision est pionnier, et donne aux équipes une longueur d’avance dans l’utilisation de ces nouvelles technologies, qui sont maintenant optimisées et adaptées à leurs utilisations. Les équipes d’Alain Chédotal et de Cécile Delarasse ont ainsi été parmi les premières à en bénéficier.