Depuis les années 1990, Yokogawa joue un rôle de premier plan dans la recherche et le développement de microscopes confocaux à grande vitesse pour l'imagerie en temps réel de cellules vivantes et, en 1996, a lancé son premier produit, le scanner confocal CSU10. L'entreprise a ensuite lancé le CellVoyager™ Système de criblage à haut débit, cytomètre d'image tout-en-un CQ1, logiciel d'analyse d'images cellulaires CellPathfinder et autres produits avancés. Yokogawa est un pionnier des technologies d'imagerie de cellules vivantes et des systèmes de soutien à la découverte de médicaments.
Dans cette interview, NewsMedical s'entretient avec Kevin Jan de Yokogawa sur l'avenir des technologies d'imagerie de cellules vivantes.
Sommaire
Le CSU10 a été un produit phare pour Yokogawa en 1996. Quel a été l'impact de son introduction sur le domaine de l'imagerie de cellules vivantes et sur la position de Yokogawa sur le marché ?
Grâce à la microscopie confocale, le CSU 10 permettait d'obtenir des images en direct de cellules et d'échantillons épais via l'axe z avec un éclairage et une détection multipoints, alors que l'éclairage et la détection de la microscopie optique conventionnelle étaient tous deux plans. De plus, avec la plupart des microscopes confocals de l'époque, il fallait généralement plus d'une seconde pour produire une seule image. C'était trop lent pour observer le mouvement des cellules vivantes en temps réel.
Le CSU10 permettait des vitesses de numérisation allant jusqu'à 360 images/seconde avec un rapport signal/bruit (S/B) élevé. Ces caractéristiques permettaient de visualiser directement des images confocales nettes de spécimens fluorescents en temps réel à l'oculaire. Les images confocales capturées par le CSU10 pouvaient être enregistrées par une caméra vidéo sous forme d'images en direct. Elles permettaient d'étudier en temps réel le comportement et les interactions entre les micro-organismes. La qualité d'imagerie permettait à un technicien d'enregistrer une coupe transversale nette d'un embryon entier. De plus, le CSU10 pouvait être monté sur la plupart des microscopes utilisés à l'époque.
Quels ont été les principaux défis technologiques et commerciaux auxquels Yokogawa a été confrontée lors du développement du CellVoyager ?™ Système de criblage à haut débit ?
Les défis étaient en réalité typiques d’une nouvelle technologie de pointe. Outre nos partenaires de collaboration, ou, comme nous le disons, de co-innovation, de nombreux acteurs du secteur ne comprenaient pas la technologie ni les possibilités qu’elle offrait. Cependant, les acteurs impliqués dans la découverte et le développement de médicaments avancés avaient besoin de ce que nous appelons une « analyse à haut contenu » pour le criblage phénotypique. L’utilisation d’échantillons 3D, tels que des sphéroïdes et des organoïdes, et d’échantillons de cellules vivantes pour imiter des environnements cellulaires réalistes devenait une exigence clé en raison du développement de la technologie de culture cellulaire.
L'évaluation d'un très grand nombre de composés prend du temps, mais l'acquisition d'un grand nombre d'images cellulaires à haute résolution avec une vitesse de balayage rapide est d'une importance cruciale pour le criblage de médicaments. Les imageurs d'analyse à haut contenu ont équilibré ces exigences généralement contradictoires à un niveau de performance élevé. La technologie de base, le double disque Nipkow amélioré par microlentille dans nos scanners confocaux et nos unités de disques rotatifs confocaux (CSU), permet de capturer des images de haute qualité avec un temps d'acquisition remarquablement court.
Un disque rotatif Nipkow contenant environ 20 000 trous d'épingle et un disque rotatif auxiliaire contenant le même nombre de microlentilles pour focaliser la lumière laser d'excitation dans chaque trou d'épingle correspondant sont fixés mécaniquement sur un moteur et mis en rotation à grande vitesse. Il est ainsi possible d'obtenir un balayage à grande vitesse des lumières d'excitation sur l'échantillon.
Le sténopé et les microlentilles sont disposés sur chaque disque selon une conception exclusive pour optimiser le balayage raster. Le balayage multifaisceaux augmente non seulement la vitesse de balayage, mais entraîne également une photodécoloration et une phototoxicité considérablement réduites, car l'excitation multifaisceaux ne nécessite qu'un faible niveau de puissance laser sur l'échantillon pour exciter complètement la fluorescence.
Bien qu’il y ait eu des paradigmes techniques à surmonter, nous avons pu facilement établir des comparaisons entre l’analyse à haut contenu (HCA) et d’autres méthodes, telles que la cytométrie de flux, le criblage à haut débit et la microscopie traditionnelle. Il a fallu du temps pour justifier le coût plus élevé, mais il fallait en fin de compte aider les utilisateurs potentiels à comprendre les possibilités et les inconvénients concurrentiels importants liés au retard dans le processus de découverte de médicaments en évolution rapide. De plus, les premiers exemples de réussite ont apporté une crédibilité cruciale.
Image de cellules Hela prise par CV8000_MitoGreen (vert) et Dapi (bleu) avec lentille à immersion dans l'eau 60x, sténopé de 50 um. Crédit image : Yokogawa Life Science
Comment le cytomètre d'image CQ1 et CQ3000 se démarque-t-il dans le paysage concurrentiel de la cytométrie d'image, et quelles caractéristiques le rendent particulièrement adapté à la découverte de médicaments ?
Les CQ1 et CQ3000 sont deux unités de paillasse qui combinent l'opérabilité d'un cytomètre de flux traditionnel avec la haute qualité d'image de notre technologie HCA. Ils peuvent être facilement installés dans n'importe quel laboratoire sans avoir besoin d'une chambre noire ou d'une configuration spécialisée. Malgré leur simplicité d'utilisation, les CQ1 et CQ3000 offrent des extractions de caractéristiques riches pour une analyse d'images cellulaires sophistiquée. Sa technologie confocale à disque rotatif Nipkow permet une numérisation à grande vitesse tout en minimisant la phototoxicité et le photoblanchiment, améliorant considérablement la productivité.
Les CQ1 et CQ3000 permettent de mesurer des sphéroïdes, des colonies et des coupes de tissus. Contrairement à la cytométrie de flux traditionnelle, les cellules ne sont pas retirées de la boîte de culture. De plus, un incubateur à platine de haute précision et une faible phototoxicité du confocal permettent l'analyse de cellules en accéléré et vivantes. Il est également compatible avec le logiciel du système d'analyse à haut contenu CellPathfinder.
Pourriez-vous nous éclairer sur le parcours de développement du logiciel d’analyse d’images cellulaires CellPathfinder et ses contributions au domaine de l’analyse cellulaire ?
Aussi avancée que soit la technologie matérielle d'analyse de contenu de base, la réalisation des possibilités d'imagerie cellulaire dépend largement du logiciel d'analyse. Par exemple, les fonctions d'apprentissage automatique des logiciels de traçage cellulaire augmentent considérablement la reconnaissance des cibles et réduisent les délais d'exécution. L'apprentissage automatique améliore également en permanence le succès des processus.
CellPathfinder offre de nombreuses fonctions d'analyse pour individualiser la recherche. Il résout les goulots d'étranglement du dépistage et utilise l'IA pour simplifier les analyses avancées. Il permet également de détecter des événements rares (CTC, par exemple) avec une grande vitesse et une grande précision.
Nous avons également travaillé en étroite collaboration avec des partenaires de co-innovation pour perfectionner l’environnement pour des applications spécifiques telles que la formation de colonies, la cytotoxicité, la croissance des neurites, l’analyse de co-culture et le suivi cellulaire.
Image de HEK293 prise par le sténopé CQ1_50um. Crédit image : Yokogawa Life Science
Sur quelles avancées futures dans les technologies d’imagerie de cellules vivantes Yokogawa se concentre-t-elle actuellement ou envisage-t-elle d’explorer ?
Nous travaillons avec des partenaires de co-innovation sur de nouvelles applications qui peuvent étendre les capacités de la technologie HCA. Un certain nombre de preuves de concept sont en cours et, dans certains cas, les chercheurs ont pu rendre compte de leurs conclusions. Par exemple, notre dernière solution d'analyse de cellule unique, le système Single Cellome™, modèle SS2000, a été présentée dans un article publié dans la revue de renom Chimie analytique concernant les travaux révolutionnaires menés par des chercheurs de l’Université de Surrey, en Angleterre, dans le domaine émergent de la lipidomique unicellulaire.
Le SS2000 est un appareil d'imagerie de cellules vivantes équipé de la technologie d'imagerie à disque rotatif à double microlentille originale de Yokogawa, permettant des recherches de pointe en sciences de la vie.
La lipidomique est l'étude à grande échelle des lipides, une grande famille de molécules qui jouent des rôles biologiques allant du maintien du fonctionnement normal du corps humain au développement de maladies majeures. Les études lipidomiques sont traditionnellement menées par isolement et analyse en masse de lipides provenant de nombreuses cellules.
Bien que les analyses lipidiques en vrac puissent fournir aux scientifiques une moyenne de la population du profil lipidique, elles sont incapables de discerner les variations subtiles d'une cellule à l'autre ou de révéler les différences spatiales ou temporelles dans le lipidome causées par les interactions cellule-cellule.
La lipidomique unicellulaire est un domaine émergent dans lequel la composition lipidique des cellules individuelles est analysée. Ces études aident à surmonter les défis de la lipidomique en vrac en offrant aux scientifiques un moyen d'explorer les différences spatiales et temporelles en plus de la variabilité intercellulaire. La compréhension de ces différences est essentielle pour créer une image plus complète afin de comprendre des maladies telles que le cancer. L'un des défis auxquels sont confrontés les chercheurs est la capacité d'isoler des cellules individuelles d'une manière qui préserve le lipidome naturel d'une cellule.
Les méthodes actuelles d’isolement de cellules individuelles détachent et suspendent plusieurs cellules à la fois, puis les isolent via un canal étroit, mais cela peut être particulièrement stressant pour les cellules et peut entraîner des altérations de la composition lipidique cellulaire.
Le système SS2000 Single Cellome de Yokogawa utilise la technologie d'imagerie confocale pour aider à surmonter les défis liés à la lipidomique unicellulaire. Il s'agit d'un système à double usage qui permet l'imagerie de cellules vivantes et effectue également un échantillonnage unicellulaire et subcellulaire entièrement automatisé sans passer par le processus de suspension, minimisant ainsi le stress sur les cellules.
Technologie de microscopie confocale à disque rotatif. Crédit photo : Yokogawa Life Science
Comment les partenariats et les collaborations jouent-ils un rôle dans la stratégie de Yokogawa pour développer et améliorer les solutions de microscopie et d’imagerie ?
Les partenariats et les collaborations avec les principales parties prenantes font partie intégrante du processus de développement de Yokogawa. L'entreprise utilise l'expression « co-innover demain » comme slogan d'entreprise. Elle représente la détermination à co-créer de la valeur pour résoudre les problèmes des clients et élargir de nouvelles opportunités tout en cultivant des partenariats à long terme.
Yokogawa a également réorienté les activités de R&D de l'entreprise, passant non seulement du développement de nouvelles technologies et de la création de valeur par ses propres moyens à la co-création de nouvelle valeur en coopération avec les clients.
L’idée clé est que nous devons abandonner le concept conventionnel de création de valeur centrée sur l’entreprise, établir un nouveau paradigme de co-création de valeur entre les entreprises et les clients, et changer radicalement les activités commerciales pour les aligner sur ces principes. En outre, le concept de design thinking nous pousse à ne pas simplement dériver des idées uniquement des technologies, mais à visiter le terrain, à observer les utilisateurs et à créer une idée basée sur l’empathie.
Comment les conférences et forums industriels ont-ils influencé les stratégies de développement de produits et les relations commerciales de Yokogawa au sein de la communauté scientifique ?
Les conférences et les forums nous ont permis d’élargir nos possibilités de co-innovation en nous exposant à de nouveaux utilisateurs finaux, influenceurs et leaders du secteur. Dans le secteur des sciences de la vie, ces événements ont été très actifs. Dans un secteur en évolution aussi rapide, il est essentiel d’interagir de manière quasi continue.
Comment les retours clients influencent-ils l'évolution des produits Yokogawa, notamment dans le domaine de la microscopie confocale et de l'analyse d'images ?
Bien que les retours des clients soient primordiaux dans tous les secteurs, nous considérons que ces domaines évoluent rapidement et nécessitent donc une collaboration encore plus étroite avec les clients. Il existe un processus pratiquement continu de nouveaux développements dans la découverte et la recherche de médicaments. Nous adoptons une approche selon laquelle tous les clients sont des partenaires de co-innovation.
À propos du conférencier
Kevin Jan occupe actuellement le poste de directeur chez Yokogawa, où il met à profit sa vaste expérience dans le domaine de l'automatisation des processus et des systèmes de contrôle. Fort d'une solide expérience en ingénierie et d'une expérience avérée dans le secteur, Kevin joue un rôle crucial dans la mise en place de solutions innovantes et dans l'amélioration des capacités technologiques de Yokogawa. Son leadership et son expertise contribuent de manière significative au succès de l'entreprise dans la fourniture de services de haute qualité à des clients du monde entier.
À propos de Yokogawa Life Science
Nous avons 30 ans d'expérience dans ce domaine des sciences de la vie et répondrons aux problèmes des clients avec des solutions de pointe.
Notre unité de scanner confocal de la série CSU permet l'observation 3D détaillée des cellules et de la dynamique des organites à l'intérieur des cellules. Étant donné que la série CSU est capable de prendre des photos à grande vitesse, elle convient également à l'observation de phénomènes de vie à grande vitesse. De plus, la série CSU est une méthode confocale multipoint extrêmement douce pour les cellules, la mieux adaptée à l'observation de cellules vivantes à long terme.
