La température est l’un des facteurs physiques les plus fondamentaux influençant les processus biologiques, où d’infimes variations peuvent avoir un impact profond sur le développement cellulaire, les fonctions physiologiques et la viabilité de l’organisme. Pourtant, les chercheurs sont depuis longtemps confrontés aux limites techniques des plates-formes d'imagerie microscopique en ce qui concerne la régulation de la température, notamment une répartition inégale de la température des échantillons, des taux de chauffage/refroidissement lents, des fluctuations fréquentes et l'incapacité d'obtenir un contrôle précis de la température sous-ambiante. Ces défis ont créé des obstacles importants à l’avancement de la recherche en sciences de la vie.

Un nouveau système de contrôle de la température par imagerie microscopique a été développé pour relever ces défis persistants. Le système permet une régulation précise sur une large plage physiologique (20°C à 30°C) tout en réduisant considérablement les gradients de température au sein des échantillons. En particulier pour les organismes modèles plus grands comme les embryons de poisson zèbre, le système offre une précision de température sans précédent, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles recherches en biologie du développement et en études physiologiques. Les premières applications ont démontré avec succès la capacité du système à mesurer les changements du rythme cardiaque dépendants de la température chez les embryons de poisson zèbre, révélant ainsi de profonds effets de la température sur l'activité physiologique.

Le système de contrôle de la température intègre la technologie thermoélectrique Peltier avancée avec une ingénierie de précision, comprenant deux composants principaux : un module de platine d'échantillon de haute précision et un module intégré de refroidissement/chauffage de la lentille d'objectif. Les thermocouples doubles de type K assurent une surveillance de la température en temps réel des deux modules, avec une régulation dynamique via des éléments Peltier. Le système intègre des dissipateurs thermiques en aluminium refroidis à l'eau pour la gestion thermique et dispose d'un thermocouple NTC supplémentaire pour une surveillance améliorée de la zone d'échantillonnage. Un contrôleur de température PID à double canal (TEC-1122-SV) garantit une stabilité et une réactivité exceptionnelles, avec des adaptateurs personnalisés conçus pour une intégration transparente avec les platines XY du microscope Zeiss Axiovert.

Des tests rigoureux ont démontré une précision remarquable du contrôle de la température : précision de ±0,1°C et précision de 0,5°C à 30°C, les deux mesures atteignant 0,1°C à 20°C. Le système réalise des transitions rapides de 10 minutes entre 20°C et 30°C. Les évaluations de l'uniformité thermique à l'aide d'une troisième sonde de température ont révélé des gradients de température axiaux et plans inférieurs à 1°C/mm dans les régions centrales de l'échantillon lors de la mise en œuvre d'anneaux de refroidissement objectifs - une réalisation essentielle pour les expériences de haute précision.

Le potentiel de recherche du système a été démontré par des études sur le rythme cardiaque des embryons de poisson zèbre, où la sensibilité au calcium des cellules du myocarde montre une dépendance connue à la température. Les embryons de 24 heures après la fécondation (hpf) et de 48 hpf présentaient des augmentations significatives de la fréquence cardiaque avec l'élévation de la température. Contrairement aux études précédentes nécessitant des groupes d’échantillons séparés, ce système permet un suivi continu des embryons individuels malgré les variations de température, éliminant ainsi les artefacts de moyenne de population. Les fréquences cardiaques embryonnaires mesurées de 48 hpf à 20°C, 25°C et 30°C ont montré un excellent accord avec les valeurs de la littérature (14 %, 1 % et 8 % d'erreurs relatives respectivement).

Ce système microscopique portable de contrôle de la température atteint des performances exceptionnelles dans les plages physiologiques (20-30°C) tout en minimisant les gradients thermiques, en particulier dans des conditions subambiantes. Son principal avantage réside dans la possibilité d’étudier par étapes la température d’échantillons biologiques individuels, facilitant ainsi l’étude des effets personnalisés de la température. La plage de fonctionnement actuelle s'étend de 19°C à 37°C, avec un potentiel d'expansion grâce à une conception thermique optimisée et à la sélection des matériaux pour réduire les pertes de chaleur en cas de températures extrêmes.

L’étalonnage du système de scènes a été effectué dans les plages physiologiques de l’embryon de poisson zèbre à l’aide d’une troisième sonde à thermocouple. Toutes les expériences sur le poisson zèbre étaient conformes à la directive européenne 2010/63/UE et à la loi allemande sur la protection des animaux, avec les approbations appropriées du comité d'éthique.