Thèse Cartographie du Tissu Cérébral par Microscopie Multiphotonique Couleur H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : LOB - Laboratoire d'Optique et Biosciences Direction de la thèse : EMMANUEL BEAUREPAIRE ORCID 0000000220828214 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Contexte scientifique : Chez les vertébrés, l'anatomie et la structure du cerveau se mettent en place au cours des premiers stades du développement, et toute anomalie survenant à ces étapes cruciales peut entraîner des pathologies graves. Cependant, les mécanismes qui façonnent les régions cérébrales restent mal compris, en raison de la difficulté technique à cartographier des tissus opaques à différents stades de développement avec une précision subcellulaire. Pour répondre à ces questions, le Laboratoire d'optique et de biosciences (LOB, École Polytechnique, Palaiseau) a développé, en collaboration avec l'Institut de la vision (IdV, Paris), une plateforme originale de microscopie 3D à grand volume de tissus de souris ex vivo, appelée microscopie sérielle multiphotonique chromatique (ChroMS) (Abdeladim 2019, doi.org/10.1038/s41467-019-09552-9) ; Blanc 2023, doi.org/10.1021/acsphotonics.3c01104). Cette méthode repose sur la combinaison d'une technique d'excitation à deux photons en couleur développée au LOB, d'un sectionnement en série automatisé et de l'approche « brainbow » développée à l'IdV, qui permet un marquage fluorescent multicolore des neurones de souris en fonction de leurs lignées cellulaires. L'équipe s'attache actuellement à améliorer cette technologie et à explorer de nouvelles applications.
Objectifs du projet :
Un premier objectif consistera à explorer des approches simples d'optique adaptative afin de minimiser la dégradation progressive de la résolution et du rapport signal/bruit en fonction de la profondeur d'imagerie. En effet, l'imagerie des tissus profonds est difficile en raison des aberrations causées par l'hétérogénéité de l'indice de réfraction. Cet effet complique la quantification des images, même avec une approche par coupes sériées. Une stratégie consistera à homogénéiser l'indice de réfraction du tissu à l'aide d'un milieu de compensation d'indice soluble dans l'eau, et à mesurer les avantages de cette approche pour l'imagerie 3D. Un développement complémentaire consistera à utiliser un modulateur spatial de lumière (SLM) pour minimiser l'aberration sphérique. La validation du système sera ensuite réalisée sur le microscope ChroMS avec l'aide des membres de l'équipe d'accueil. L'objectif sera d'établir des corrections optimales en fonction du type de tissu et de la profondeur d'imagerie.
Un deuxième objectif consistera à explorer l'utilisation de la plateforme pour la cartographie à l'échelle de l'organe de signaux non linéaires sans marquage, tels que la fluorescence endogène, la génération de troisième harmonique (THG), la génération de deuxième harmonique (SHG) et, éventuellement, les signaux Raman cohérents (CARS). Les premières cibles seront l'imagerie du cerveau et des tissus cardiaques de souris.
L'objectif à plus long terme est d'obtenir des ensembles de données 3D de référence à grande échelle sur des tissus à différents stades de développement, et d'optimiser les stratégies d'analyse d'images automatisée pour extraire des données quantitatives sur la morphologie cellulaire et tissulaire.
En particulier, la thèse de doctorat se concentrera sur le développement de la microscopie volumique en couleur / multicontraste et de workflows d'analyse d'images de grande taille, ainsi que sur leur application à l'étude du développement des circuits cérébraux, dans le cadre d'une collaboration bien établie avec l'Institut de la Vision (IdV Paris, équipe de J. Livet) et de collaborations internes au LOB (A. Chessel, bio-informatique de l'image). Un objectif important sera d'imager et de reconstruire des circuits situés dans des tissus très opaques, tels que les relais auditifs situés dans le tronc cérébral de la souris, qui sont actuellement très difficiles à imager en haute résolution. Ces travaux permettront d'explorer comment la topologie des circuits s'établit au cours du développement.

Le projet sera réalisé au sein du Laboratoire d'Optique et Biosciences de l'Ecole Polytechnique (Palaiseau) dans l'équipe de microscopies avancées, et sera cosupervisé par Emmanuel Beaurepaire et Pierre Mahou. L'équipe d'accueil offre un environnement interdisciplinaire combinant optique, informatique et biologie. Le travail impliquera des interactions quotidiennes avec un groupe de ~3-4 personnes, au sein d'une équipe de microscopie de ~25 personnes, et des interactions avec les collaborateurs notamment à L'institut de la Vision (Paris). L'Ecole Polytechnique est située dans la région de Paris-Saclay, et est facilement accessible par transport depuis Paris. Plus d'informations disponibles sur https://www.ip-paris.fr. Le candidat rejoindra l'école doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris, dans le domaine de la physique.

Le/la candidat.e idéal.e est titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'une maîtrise en photonique et possède des compétences en optique expérimentale et en programmation. Un intérêt pour les applications biologiques et biomédicales serait souhaitable. Une expérience préalable en microscopie multiphotonique ou en lasers femtoseconde est un atout.