$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,

Figure 1 : Comparaison de trois méthodes de déblaiement. À gauche : Images en fond clair d’échantillons (A) non effacés et (B-D) effacés. À droite : Z-stack avec vues orthogonales xz et yz de 90 organoïdes rétiniens DIV colorés avec le marqueur nucléaire DRAQ5 (jaune) acquis avec un microscope confocal à balayage laser équipé d’un objectif 10x d’air (RI = 1,00). (A) Organoïde rétinien non dégagé (N = 3). Les organoïdes rétiniens fixés au PFA ne sont pas assez transparents pour la visualisation 3D. (B) Organoïde éliminé par le fructose/glycérol (N = 3). (C) Organoïde éliminé par ECi (N = 3). (D) Organoïde FluoClear clair-BAB (N = 3). Barres d’échelle = 100 μm. Abréviations : BF = fond clair ; CLSM = microscope confocal à balayage laser ; RI = indice de réfraction ; PFA = paraformaldéhyde ; ECi = cinnamate d’éthyle ; BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle ; DIV = jours in vitro. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Comparaison des méthodes de clarification optique pour les études d’immunofluorescence dans les organoïdes neurorétiniens
Ici, nous présentons les résultats de trois méthodes de clarification pour démontrer l’efficacité de FluoClear BABB pour rendre les organoïdes rétiniens transparents. Dans la figure 1, nous observons des organoïdes rétiniens éliminés avec du fructose/glycérol (figure 1B), ECi (figure 1C) et FluoClear BABB (figure 1D). Les méthodes de clarification testées ont été choisies parce qu’il a toutes été prouvé10,11 qu’elles sont compatibles avec la coloration par immunofluorescence et préservent la fluorescence des protéines endogènes (par exemple, la GFP présente dans les GCaMPs).
Le fructose/glycérol12 est un protocole de nettoyage par immersion simple et non toxique qui ne nécessite pas de déshydratation, ce qui réduit considérablement le temps de traitement par rapport aux autres méthodes. Il a été rapporté qu’il est efficace pour rendre transparents les organoïdes dérivés de divers tissus : voies respiratoires, rein, foie et cancer du sein humain12.
ECi (Ethyl Cinnamate)11 est un arôme alimentaire et un additif approuvé par la FDA pour les cosmétiques13,14, est considéré comme inoffensif et s’est avéré être un excellent réactif d’élimination pour les tissus de mammifères. Il est connu pour sa capacité d’élimination rapide et sa distorsion minimale des tissus. Il est classé comme une méthode de nettoyage hydrophobe, mais par rapport aux solvants à base de BABB, il est non toxique et préserve la fluorescence des protéines fluorescentes plus longtemps (jusqu’à 14 jours). Comme c’est souvent le cas dans la plupart des protocoles de nettoyage, ECi nécessite une étape de déshydratation préalable. Pour des résultats optimaux, cette étape est réalisée en trempant l’échantillon dans des solutions dont les concentrations en alcool augmentent progressivement. Étant donné que l’ECi n’est pas nocif, une fois l’échantillon éliminé, il peut être manipulé en toute sécurité et stocké dans des récipients en plastique. Cependant, les étapes de déshydratation sont effectuées à l’aide de 1-propanol, un solvant organique qui doit être manipulé sous une hotte et stocké dans des récipients en verre.
FluoClear BABB10 est une variante d’un protocole hydrophobe basé sur l’alcool benzylique/benzoate de benzyle (BABB) comme solution d’adaptation de l’indice de réfraction. Il est connu pour être très toxique et corrosif, il doit donc être manipulé avec soin. FluoClear BABB a été décrit comme une version améliorée qui préserve mieux la GFP et la RFP que les versions précédentes et permet l’utilisation de 1-propanol ou de tert-butanol comme agents de déshydratation.
Pour évaluer les performances des trois méthodes de dégagement, nous avons imagé des plans Z avec un microscope confocal équipé d’un objectif aérien 10x NA0.4, offrant un large champ de vision (FoV) de 2,5 x 2,5 x 2,56 mm pour capturer tout le volume de l’organoïde rétinien. Nous avons utilisé des organoïdes rétiniens à un stade intermédiaire de maturation (90 jours in vitro (DIV)) qui contiennent tous les neurones rétiniens (cellules ganglionnaires, cellules bipolaires et photorécepteurs), atteignant la densité cellulaire et la compaction et étant ainsi opaques. Comme expliqué dans l’introduction, la clairance optique est obtenue lorsque l’IR est apparié sur l’ensemble de l’objet à imager. Ainsi, le support d’immersion utilisé pour l’imagerie aura un impact drastique sur la transparence obtenue. Le tableau 2 détaille l’IR des milieux d’immersion et les solutions de clarification testées.
| Solution | Indice de réfraction |
| Supports d’immersion | Air | 1 |
| Eau | 1.33 |
| Glycérol | 1.45 |
| Huile | 1.51 |
| Solutions de déblaiement | Fructose/Glycérol | 1.468 |
| L’ECI | 1.558 |
| FluoClear BABB | 1.56 |
Tableau 2 : Indice de réfraction (IR) des milieux d’immersion les plus utilisés pour la microscopie optique et méthodologies de clarification optique testées pour l’élimination des organoïdes rétiniens. Abréviation : RI = indice de réfraction.
En comparant les images confocales résultantes (Figure 1, panneau de droite), le traitement au fructose/glycérol a entraîné la moindre amélioration de la transparence, limitant la visualisation des couches rétiniennes et empêchant la visualisation du noyau de l’organoïde. ECi a obtenu une meilleure transparence, permettant la visualisation des couches rétiniennes, mais une visualisation encore limitée du noyau de l’organoïde rétinien en raison de la diffusion de la lumière qui a entravé la détection de la fluorescence à partir des parties internes de l’échantillon. FluoClear BABB a apporté la plus grande amélioration en matière de transparence, permettant une visualisation claire du noyau et du cortex de l’organoïde rétinien à une résolution plus élevée avec une intensité de fluorescence similaire.
Il convient de mentionner que les protocoles ECi et FluoClear BABB ont induit un rétrécissement notable de l’échantillon, comme l’illustrent les images en fond clair correspondantes de chaque organoïde rétinien dégagé (Figure 1, panneau de gauche). Le rétrécissement de l’échantillon est dû aux étapes de déshydratation précédentes qui éliminent l’eau, et c’est la raison pour laquelle le protocole Fructose/Glycérol ne rétrécit pas l’échantillon. Ce rétrécissement présente toutefois une occasion unique d’approfondir l’exploration. Bien qu’il comprime la taille globale de l’organoïde et sous-estime potentiellement les distances internes, il augmente également la compacité. Cette compacité isotrope, relativement uniforme dans toutes les directions, nous permet d’exploiter des objectifs à fort grossissement avec un pouvoir de résolution supérieur (en raison de leur NA plus grand) qui, autrement, n’imageraient que la couche cellulaire la plus externe en raison de leurs distances de travail (WD) plus courtes. Par exemple, un objectif à air 10x NA 0.4 offre une WD de 2,53 mm, tandis qu’un objectif à huile 63x NA 1.4 avec une résolution nettement meilleure a une WD de seulement 0,14 mm. En utilisant des organoïdes plus compacts approuvés par BABB, nous pouvons surmonter efficacement cette limitation et obtenir une imagerie à haute résolution de structures plus profondes, telles que la couche de cellules ganglionnaires située à l’intérieur de l’organoïde (Figure 2).

Figure 2 : Reconstructions 3D d’un organoïde rétinien (200 DIV) dégagé avec FluoClear BABB imagé avec un microscope confocal à balayage laser. Le microscope était équipé d’un objectif à air (A) 10x NA 0,4 et (B) d’un objectif à huile 63x NA 1,5. Le dégagement et l’imagerie permettent de visualiser l’ensemble de l’organoïde et en même temps, d’imager avec des détails fins certaines régions d’intérêt. DRAQ5 (noyaux), opsine B+GR (cônes) et TUJ1 (neurones). Abréviations : DIV = jours in vitro ; BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle ; NA = ouverture numérique. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
En conclusion, notre choix pour le nettoyage s’est porté sur FluoClear BABB car il offrait une visualisation supérieure de l’ensemble de l’organoïde rétinien avec une résolution élevée et un rapport signal/bruit élevé. Il est important de noter que le rétrécissement induit par BABB, compactant l’organoïde de manière isotrope. Cette compacité nous a permis d’exploiter des objectifs à fort grossissement pour l’exploration détaillée de structures plus profondes. Enfin, la compatibilité de BABB avec les objectifs à immersion dans l’huile a permis une diffusion minimale de la lumière et une imagerie de haute qualité sur tous les grossissements.
Identification et distribution spatio-temporelle des cellules rétiniennes au sein des organoïdes au cours de la maturation
En suivant la méthodologie détaillée ici, et en utilisant l’imagerie complète sur des organoïdes immunomarqués avec les anticorps spécifiques détaillés dans le tableau 1, nous avons étudié comment la neurorétine est façonnée à partir d’organoïdes à différents points de maturation, des premiers stades de développement (40 DIV) aux stades plus matures (jusqu’à 250 DIV), présentant une structure 3D bien définie. Cette approche nous a permis de visualiser la formation et l’organisation des différents composants rétiniens décrits dans cette section.
| Anticorps | Spécificité | Cibles | Emplacement dans Retina | [ ]finale (dilution) | Hôte | #RRDI |
| Anti-GFP | GFP | GFP | Cellules GCaMP6s positives | 10 μg/mL (1:1 000) | Ch | AB_300798 |
| Chx10 | Hypothalamus ventromédian homéobox 2 (Vsx2) | Facteur de transcription | Neuroblastes et cellules bipolaires | 10 μg/mL (1:2) | Ms | AB_10842442 |
| Opsine B | Bleu opsine | Segment externe des cônes bleus | Cônes bleus | 10 μg/mL (1:100) | Rb | AB_177457 |
| Opsin RG | Opsine vert et rouge | Segment extérieur des cônes verts et rouges | Cônes verts et rouges | 10 μg/mL (1:100) | Ch | AB_11213279 |
| RECOV | Récérine | Protéine de liaison au calcium | Photorécepteurs | 10 μg/mL (1:100) | Rb | AB_2253622 |
| RHO (RET-P1) | Rhodopsin | Segment extérieur des tiges | Tiges | 63 μg/mL (1:100) | Ms | AB_260838 |
| TUJ1 | Bêta-tubuline de classe III spécifique des neurones | Isoforme de la tubuline bêta-III | Neurones | 50 μg/mL (1:200) | Ms | AB_2315514 |
Tableau 1 : Anticorps primaires testés dans des organoïdes rétiniens à différents stades de maturation. Abréviations : Poulet = Ch ; souris = Mme ; Lapin = Rb.
L’immunomarquage avec différents marqueurs a permis d’identifier les cellules conformes à cette structure en couches. TUJ1 est une bêta-tubuline de classe III spécifique aux neurones (tableau 1), généralement utilisée dans les échantillons sectionnés pour marquer les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR)15 en raison de son abondance. TUJ1 est présent dans tous les neurones rétiniens16 et dès les premiers stades de la différenciation neuronale17. L’expression de TUJ1 a été retrouvée à tous les stades de maturation au niveau du cortex de l’organoïde, permettant le suivi de l’organisation des cellules rétiniennes en couches. Sur la figure 3, nous pouvons observer qu’aux premiers stades de développement (40 DIV), TUJ1 est uniformément distribué en une seule couche, mince et uniforme. À partir de 90 DIV, la région apicale de l’organoïde devient plus dense et plus compacte, car elle est peuplée de beaucoup plus de cellules qui s’accumulent dans la région apicale. À 170 DIV, l’organoïde rétinien a acquis une structure rétinienne stratifiée en 3D avec une couche apicale discrète. À 200 DIV, on peut voir qu’il existe d’autres corps cellulaires prolongeant de longues projections, qui sont beaucoup moins nombreuses, que l’on retrouve plus profondément à l’intérieur de l’organoïde. Enfin, à 250 DIV, la structure en trois couches nucléaires est évidente, correspondant à : (1) la couche nucléaire externe (ONL) conformée par les photorécepteurs matures, (2) la couche nucléaire interne (INL) principalement peuplée de cellules bipolaires et (3) la couche de cellules ganglionnaires (GCL) formée par les CGR, comme indiqué sur la figure 3 (en bas à droite).

Figure 3 : Organisation des neurones lors de la maturation des organoïdes rétiniens dans une structure stratifiée en couches. Projections en pile Z d’images confocales d’organoïdes rétiniens clairus FluoClear BABB colorés avec TUJ1. À 40 DIV, il n’y a pas de structures en couches formées. À partir de 170 DIV, la neurorétine se stratifie en couches. Les couches nucléaires rétiniennes sont indiquées : ONL, INL et GCL (pointes de flèches jaunes). Barres d’échelle = 25 μm (à gauche) et 10 μm (à droite). Abréviations : BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle ; DIV = jours in vitro ; ONL = couche nucléaire externe, INL = couche nucléaire interne ; GCL = couche de cellules ganglionnaires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Avec cette méthodologie, nous pourrions également rapporter l’assemblage de faisceaux d’axones. Comme on le voit dans les régions agrandies (Figure 4), nous avons observé des faisceaux de fibres s’étendant du noyau interne de l’organoïde vers la périphérie, faisant saillie vers des régions éloignées (jusqu’à 1 mm). Il est intéressant de noter que la formation de ces fibres s’est produite à différents stades de maturation. Au fur et à mesure que l’organoïde se développe, les fibres s’épaississent, se complexifient et collectent davantage de projections cellulaires (Figure 4 [250 DIV] et vidéo supplémentaire S1). Les RGC sont les premières cellules à se différencier au cours du développement rétinien, et ainsi, elles peuvent organiser leurs projections dès les premiers stades de développement. Les CGR peuvent initier l’extension des neurites avant même d’établir leur position finale dans l’organoïde. Nos résultats s’alignent sur les rapports précédents18 qui démontrent la formation d’une structure semblable à celle du nerf optique dans les co-cultures d’organoïdes rétiniens et cérébraux.

Figure 4 : Assemblage de projections neuronales à différents stades de maturation. Les fibres s’étendent des plans internes de l’organoïde rétinien vers la périphérie. La formation de ces fibres s’est produite à travers différents stades de maturation, de 40 DIV au point de maturation le plus ancien étudié (250 DIV). Barres d’échelle = 25 μm (rangée du haut) et 100 μm (rangée du bas). Abréviations : DIV = jours in vitro. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Sur le site apical des organoïdes rétiniens, certains photorécepteurs se transforment en bâtonnets, qui contiennent de la rhodopsine dans les segments externes pour détecter la vision monochromatique dans des conditions de faible luminosité, tandis que d’autres se transforment en cônes, qui expriment les opsines bleues, vertes et rouges et sont responsables de la couleur et de la vision de haute acuité dans des conditions de lumière vive. La figure 5 (en haut) illustre la population de photorécepteurs coniques dans l’organoïde rétinien qui expriment les opsines bleues et/ou vertes/rouges (OPSINE B et GR, tableau 1). Ces cellules présentent une morphologie allongée avec les différentes opsines réparties dans tout le corps cellulaire, à l’exclusion du noyau. Notamment, l’extrémité externe de ces cellules apparaît plus brillante, ressemblant potentiellement au segment externe du photorécepteur contenant les disques. Pour visualiser à la fois les cônes bleus et vert/rouge à l’aide d’un seul canal pour la détection de fluorescence, les anticorps secondaires contre l’opsine bleue (OPSIN B, lapin) et l’opsine verte/rouge (OPSIN GR, poulet) ont été marqués avec le même fluorophore, optimisant l’utilisation du canal et rationalisant le processus d’imagerie tout en évitant le chevauchement spectral. Un sous-ensemble de cellules photoréceptrices de la figure 5 (en bas) exprimait la rhodopsine (RHO, tableau 1 et vidéo supplémentaire S2), indiquant sans équivoque leur identité en tant que bâtonnets. Ces cellules en bâtonnet partagent la morphologie allongée décrite précédemment, avec le noyau positionné au centre et le corps cellulaire riche en opsine orienté vers la périphérie de l’organoïde.

Figure 5 : Organoïdes rétiniens des derniers stades de développement. En haut : cônes matures, en bas : tiges. Projection Z d’images confocales d’organoïdes rétiniens clairus par FluoClear BABB colorés avec TUJ1 (neurones), DRAQ5 (noyaux), opsine-B+GR (cônes) et RHO (bâtonnets). Des dessins schématiques sont présentés à titre de référence. Barres d’échelle = 100 μm (à gauche) et 10 μm (à droite). Abréviations : DIV = jours in vitro ; BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les cellules bipolaires et leur distribution spatio-temporelle ont été identifiées en suivant l’expression de Chx10 (également connue sous le nom de Vsx2) sur 250 DIV de maturation (Figure 6). Chx10 (tableau 1) est un facteur de transcription essentiel à la prolifération des cellules progénitrices et à la détermination des cellules bipolaires dans la rétine en développement19,20. En tant que gène homéobox, il est exprimé aux premiers stades de développement dans les neuroblastes, et dans la rétine mature, on le trouve exclusivement dans les cellules bipolaires. La figure 6 montre la distribution des cellules Chx10-positives au sein de l’organoïde en développement. Initialement, de nombreuses cellules positives à Chx10 sont observées s’étendant de la périphérie neurorétinienne vers le centre. Au fur et à mesure que l’organoïde mûrit, ces cellules deviennent moins abondantes et se déplacent vers l’INL, où résident les cellules bipolaires.

Figure 6 : Expression de Chx10 sur 250 DIV de maturation. Images confocales par projection Z d’un organoïde rétinien clairci par FluoClear BABB coloré avec DRAQ5 (noyaux) et Chx10 (neuroblastes et cellules bipolaires matures). Barre d’échelle = 100 μm. Abréviations : DIV = jours in vitro ; BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Enfin, nous démontrons que la GFP endogène des marqueurs calciques GCaMP est préservée après élimination avec cette méthodologie. Dans la figure 7, nous pouvons observer la neurorétine de 70 organoïdes rétiniens DIV infectés par Ad5-CMV-GCaMP6 et immunomarqués avec des anti-GFP (Tableau 1) pour améliorer la fluorescence après fixation à long terme.

Figure 7 : GCaMP endogène préservé dans la méthode de clarification FluoClear BABB. Un organoïde rétinien de 70 DIV infecté par Ad5-CMV-GCaMP6 immunomarqué avec des anti-GFP (cellules exprimant GCaMP), Chx10 (neuroblastes et cellules bipolaires à un stade précoce) et DRAQ5 (noyaux). Barres d’échelle = 100 μm (à gauche) et 25 μm (à droite). Abréviations : BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle ; DIV = jours in vitro. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Vidéo supplémentaire S1 : Reconstruction 3D d’un organoïde rétinien présentant un assemblage de projections neuronales. Projection Z d’images confocales d’organoïdes rétiniens clairus par FluoClear BABB à 250 DIV colorés avec TUJ1 (neurones) représenté en violet et DRAQ5 (noyaux) en jaune. Abréviations : BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle ; DIV = jours in vitro. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Vidéo supplémentaire S2 : Reconstruction 3D des bâtonnets alignés à la surface d’un organoïde rétinien à des stades avancés de développement (200 DIV). Projection Z d’images confocales d’organoïdes rétiniens clairus par FluoClear BABB à 200 DIV colorés avec RECOV (photorécepteurs) représentés en vert et RHO (bâtonnets) en violet. Abréviations : DIV = jours in vitro ; BABB = alcool benzylique/benzoate de benzyle. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.