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Lensfree diffractive tomography for the imaging of 3D cell cultures

Authors :
Xavier Gidrol
J.-M. Dinten
Fabien Momey
F. Kermarrec Marcel
Anthony Berdeu
Thomas Bordy
Nathalie Picollet-D'hahan
Cédric Allier
Laboratoire Hubert Curien / Eris
Laboratoire Hubert Curien [Saint Etienne] (LHC)
Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biomicrotechnologie et génomique fonctionnelle (BIOMICS)
Laboratoire de Biologie à Grande Échelle (BGE - UMR S1038)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI)
Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Berdeu, Anthony
Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Hubert Curien (LHC)
Source :
11ème Journées Imagerie Optique Non Conventionnelle (JIONC), 11ème Journées Imagerie Optique Non Conventionnelle (JIONC), Mar 2016, Paris, France, Biomedical optics express, Biomedical optics express, Optical Society of America-OSA Publishing, 2016, ⟨10.1364/BOE.7.000949.v008⟩, Biomedical optics express, 2016, ⟨10.1364/BOE.7.000949.v008⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; New microscopes are needed to help realize the full potential of 3D organoid culture studies bygathering large quantitative and systematic data over extended period of time while preserving the integrityof the living sample. On another hand, lensfree video microscopy is addressing these needs in the context of2D cell culture, providing label-free and non-phototoxic acquisition of large datasets. As scientistsroutinely adopt 3D culture techniques, the new challenging task is to extend lensfree microscopy techniquesto 3D structures.In order to image such large volume while preserving the ability to catch every single cell, we proposenew imaging platforms based on lensfree microscopy. We have built lensfree diffractive tomography setupsperforming multi-angle acquisitions of 3D organoid culture embedded in Matrigel® and developed adedicated 3D holographic reconstruction algorithm based on the Fourier diffraction theorem.With a first prototype we have been able to reconstruct a 3D volume as large as 21.5 mm^3 of a 3Dorganoid culture of prostatic RWPE1 cells in Matrigel® showing the ability of these cells to assemble in 3Dintricate cellular network at the mesoscopic scale. Comparisons with 2D images showed that it ispossible to detect single cells isolated from the main cellular structure.From results of the first prototype and numerical simulations, a second prototype wasdesigned to improve the reconstructions quality, especially on the vertical axis. First results on dust andbubbles lying at the bottom of a Petri® dish are promising.The adaptation of lensfree microscopy techniques to 3D organoid cultures imaging and thepresentation of the associated algorithms are the scopes of the present communication.

Details

Language :
English
ISSN :
21567085
Database :
OpenAIRE
Journal :
11ème Journées Imagerie Optique Non Conventionnelle (JIONC), 11ème Journées Imagerie Optique Non Conventionnelle (JIONC), Mar 2016, Paris, France, Biomedical optics express, Biomedical optics express, Optical Society of America-OSA Publishing, 2016, ⟨10.1364/BOE.7.000949.v008⟩, Biomedical optics express, 2016, ⟨10.1364/BOE.7.000949.v008⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2264ec77eab12bf6777195e1eb4cc291
Full Text :
https://doi.org/10.1364/BOE.7.000949.v008⟩