Automatisation et contrôle de la biopsie des cellules du trophectoderme de l'embryon au stade blastocyste

Application de la technologie d’automatisation dans la biopsie des cellules du trophoblaste embryonnaire

Contexte académique
La biopsie embryonnaire est une étape cruciale dans les techniques de reproduction assistée (Fécondation In Vitro, FIV), notamment pour le diagnostic génétique préimplantatoire (Preimplantation Genetic Testing, PGT). Grâce à la biopsie embryonnaire, les médecins peuvent extraire quelques cellules de l’embryon pour une analyse génétique afin d’éviter la transmission de maladies héréditaires et d’améliorer le taux de réussite de l’implantation embryonnaire. Cependant, la biopsie embryonnaire traditionnelle repose sur des manipulations manuelles, ce qui entraîne des problèmes tels que des temps d’intervention longs, des taux de réussite instables et un risque élevé de dommages à l’embryon. Avec l’avancée des recherches en biologie unicellulaire, l’introduction de technologies automatisées devient une solution clé à ces problèmes. Cet article vise à développer un système automatisé basé sur la vision par ordinateur et des algorithmes de contrôle par rétroaction d’image pour effectuer une biopsie des cellules du trophoblaste (Trophectoderm, TE) au stade blastocyste chez la souris, afin d’améliorer la précision et la reproductibilité de la biopsie.

Source de l’article
Cet article a été co-rédigé par Ihab Abu Ajamieh, Mohammad Al Saaideh, Mohammad Al Janaideh et James K. Mills, respectivement de l’Université Birzeit, de l’Université Memorial, de l’Université de Guelph et de l’Université de Toronto. Il a été publié en 2025 dans la revue IEEE Transactions on Biomedical Engineering, détaillant le développement et la validation d’un système automatisé de biopsie embryonnaire.

Processus de recherche
L’objectif principal de cette étude est de réaliser l’ensemble du processus de biopsie des cellules du trophoblaste embryonnaire à travers des technologies automatisées, y compris la réorientation de l’embryon, la perforation de la zone pellucide (Zona Pellucida, ZP), l’extraction et la séparation des cellules du trophoblaste. Voici le détail du processus de recherche :

1. Réorientation de l’embryon
   La réorientation de l’embryon est la première étape de la biopsie, visant à ajuster l’embryon à une position idéale pour la perforation de la ZP. L’étude a développé un système de contrôle par rétroaction basé sur la vision par ordinateur, surveillant en temps réel la position et l’orientation de l’embryon à l’aide d’un microscope et d’une caméra haute vitesse. Le système utilise un algorithme de traitement d’image pour détecter la masse cellulaire interne (Inner Cell Mass, ICM) et calculer l’angle de rotation de l’embryon. En contrôlant le mouvement de la platine du microscope, le système peut ajuster avec précision l’orientation de l’embryon. Les résultats expérimentaux montrent que le système peut réussir à faire pivoter l’embryon vers la position cible à partir de différents angles de départ, avec un taux de réussite de 100%.

2. Automatisation de la perforation de la ZP
   Après la réorientation de l’embryon, le système doit procéder à la perforation de la ZP pour extraire les cellules du trophoblaste. L’étude utilise une technique de perforation laser, où un algorithme de vision par ordinateur estime l’épaisseur de la ZP et ajuste les paramètres du laser (comme la durée des impulsions et la puissance) pour réaliser une perforation précise. Le système déplace l’embryon vers la position de perforation laser grâce à un contrôle par rétroaction visuelle et effectue plusieurs perforations pour assurer une ouverture adéquate de la ZP. Les expériences montrent que le système peut accomplir avec précision la perforation de la ZP sans causer de dommages supplémentaires à l’embryon.

3. Extraction des cellules du trophoblaste
   Après la perforation de la ZP, les cellules du trophoblaste émergent naturellement à travers la perforation, et le système contrôle une micropipette de biopsie pour entrer en contact avec ces cellules et les extraire. L’étude développe un système de contrôle par rétroaction guidé par la vision, surveillant en temps réel la position des cellules dans la micropipette et ajustant son mouvement si nécessaire. Les résultats expérimentaux montrent que le système peut extraire avec succès un nombre prédéterminé de cellules du trophoblaste, et le temps d’opération est considérablement réduit.

4. Séparation des cellules du trophoblaste
   Les cellules du trophoblaste extraites doivent être complètement séparées de l’embryon par une technique de découpe laser. L’étude utilise un laser multi-impulsions pour couper les connexions cellulaires, et un contrôle par rétroaction visuelle garantit la précision du processus de séparation. Les expériences montrent que le système peut efficacement terminer la séparation cellulaire sans endommager davantage l’embryon.

Résultats principaux
1. Réorientation de l’embryon
Les résultats expérimentaux montrent que le système peut réussir à faire pivoter l’embryon vers la position cible à partir de différents angles de départ, avec un taux de réussite de 100%, et le temps d’opération est nettement plus court que pour une manipulation manuelle.

1. Perforation de la ZP
   Le système peut réaliser avec précision la perforation de la ZP sans causer de dommages supplémentaires à l’embryon. Les données expérimentales montrent que le taux de réussite de la perforation de la ZP est de 100%, et la position de perforation correspond fortement à l’emplacement naturel d’éclosion.

2. Extraction et séparation des cellules du trophoblaste
   Le système extrait avec succès un nombre prédéterminé de cellules du trophoblaste, et le temps d’opération est considérablement réduit. Le taux de réussite de la séparation cellulaire atteint également 100% sans causer de dommages supplémentaires à l’embryon.

Conclusion et signification
Cette étude a développé un système automatisé de biopsie embryonnaire basé sur la vision par ordinateur et des algorithmes de contrôle par rétroaction d’image, réalisant avec succès l’ensemble du processus de biopsie des cellules du trophoblaste au stade blastocyste chez la souris. Ce système améliore non seulement la précision et la reproductibilité de la biopsie, mais réduit également considérablement le temps d’opération et diminue le risque de dommages à l’embryon. En utilisant l’équipement existant dans les laboratoires, ce système présente un avantage économique élevé et est facilement applicable, offrant un soutien important pour la recherche en biologie unicellulaire et le développement des technologies de reproduction assistée.

Points forts de la recherche
1. Automatisation complète du processus
Cette étude réalise pour la première fois l’automatisation complète du processus de biopsie embryonnaire, incluant la réorientation de l’embryon, la perforation de la ZP, l’extraction et la séparation des cellules du trophoblaste.

1. Haute précision et reproductibilité
   Grâce à la vision par ordinateur et aux algorithmes de contrôle par rétroaction d’image, le système peut contrôler avec précision chaque étape de l’opération, augmentant significativement le taux de réussite et la reproductibilité de la biopsie.

2. Faible coût et facilité de déploiement
   Le système utilise l’équipement existant dans les laboratoires, sans nécessiter l’achat d’instruments coûteux supplémentaires, offrant ainsi un excellent rapport coût-efficacité et une grande valeur de déploiement.

Autres informations utiles
Cette étude valide également le potentiel d’application du système automatisé dans les embryons humains. Bien que les objets expérimentaux soient des embryons de souris, en raison des similitudes morphologiques entre les embryons humains et ceux de souris au stade blastocyste, ce système pourrait être appliqué à l’avenir dans la biopsie d’embryons humains, améliorant encore le taux de réussite des technologies de reproduction assistée.