This paper is intended to give a comprehensive review of light-sheet (LS) microscopy from an optics perspective.As such, emphasis is placed on the advantages that LS microscope configurations present, given the degree of freedom gained by uncoupling the excitation and detection arms.The new imaging properties are first highlighted in terms of optical parameters and how these have enabled several biomedical applications.Then, the basics are presented for understanding how a LS microscope works.This is followed by a presentation of a tutorial for LS microscope designs, each working at different resolutions and for different applications.Then, based on a numerical Fourier analysis and given the multiple possibilities for generating the LS in the microscope (using Gaussian, Bessel, and Airy beams in the linear and nonlinear regimes), a systematic comparison of their optical performance is presented.Finally, based on advances in optics and photonics, the novel optical implementations possible in a LS microscope are highlighted.

The tumour microenvironment (TME) shapes disease progression and influences therapeutic response. Most aggressive solid tumours have high levels of myeloid cell infiltration, namely tumour associated macrophages (TAM). Recapitulation of the interaction between the different cellular players of the TME, along with the extracellular matrix (ECM), is critical for understanding the mechanisms underlying disease progression. This particularly holds true for prediction of therapeutic response(s) to standard therapies and interrogation of efficacy of TME-targeting agents. In this work, we explored a culture platform based on alginate microencapsulation and stirred culture systems to develop the 3D-3-culture, which entails the co-culture of tumour cell spheroids of non-small cell lung carcinoma (NSCLC), cancer associated fibroblasts (CAF) and monocytes. We demonstrate that the 3D-3-culture recreates an invasive and immunosuppressive TME, with accumulation of cytokines/chemokines (IL4, IL10, IL13, CCL22, CCL24, CXCL1), ECM elements (collagen type I, IV and fibronectin) and matrix metalloproteinases (MMP1/9), supporting cell migration and promoting cell-cell interactions within the alginate microcapsules. Importantly, we show that both the monocytic cell line THP-1 and peripheral blood-derived monocytes infiltrate the tumour tissue and transpolarize into an M2-like macrophage phenotype expressing CD68, CD163 and CD206, resembling the TAM phenotype in NSCLC. The 3D-3-culture was challenged with chemo- and immunotherapeutic agents and the response to therapy was assessed in each cellular component. Specifically, the macrophage phenotype was modulated upon treatment with the CSF1R inhibitor BLZ945, resulting in a decrease of the M2-like macrophages. In conclusion, the crosstalk between the ECM and tumour, stromal and immune cells in microencapsulated 3D-3-culture promotes the activation of monocytes into TAM, mimicking aggressive tumour stages. The 3D-3-culture constitutes a novel tool to study tumour-immune interaction and macrophage plasticity in response to external stimuli, such as chemotherapeutic and immunomodulatory drugs.

SUMMARY The organization of microtubule networks in the cells is orchestrated by subcellular structures named microtubule organizing centers (MTOCs). In zebrafish embryos, the yolk is surrounded by a cytoplasmic layer containing a vast network of microtubules. In order to understand how this complex network is organized, we use dclk2-GFP zebrafish embryos, as a microtubule reporter line, and Light Sheet Fluorescence Microscopy. We find that this organization is mediated by a variable number of aster-like MTOCs during epiboly, and that it does not follow a rigid scheme, exemplifying developmental robustness. We characterize asters morphology, dynamics, and their uniform distribution in the yolk sphere. Consistent with their role as MTOCs we find that they contain key molecular machinery for MTs dynamics, amongst which centrin marks the assignation of MTOCs over time. Finally, we demonstrate that merely the overexpression of dclk2-GFP in wild type embryos can induce the formation of asters. We propose dclk2-GFP embryos as a model for the study of the collective behaviour of microtubules in complex systems.

SUMMARY Genetic variants in YWHAZ contribute to psychiatric disorders such as autism spectrum disorder and schizophrenia, and have been related to an impaired neurodevelopment in humans and mice. Here, we used zebrafish to further understand the mechanisms by which YWHAZ contributes to neurodevelopmental disorders. We observed that ywhaz expression was panneuronal during developmental stages and restricted to Purkinje cells in the adult cerebellum, cells that are described to be reduced in number in autistic patients. We then performed whole-brain imaging in wild-type and ywhaz CRISPR/Cas9 knockout (KO) larvae and found altered neuronal activity and connectivity in the hindbrain. Adult ywhaz KO fish display decreased levels of monoamines in the hindbrain and freeze when exposed to novel stimuli, a phenotype that can be reversed with drugs that target monoamine neurotransmission. These findings suggest an important role for ywhaz in establishing neuronal connectivity during development and modulating both neurotransmission and behaviour in adults.

Gradients of signaling pathways within the intestinal stem cell (ISC) niche are instrumental for cellular compartmentalization and tissue function, yet how are they sensed by the epithelium is still not fully understood. Here we present a new in vitro model of the small intestine based on primary epithelial cells (i), apically accessible (ii), with native tissue mechanical properties and controlled mesh size (iii), 3D villus-like architecture (iv), and precisely controlled biomolecular gradients of the ISC niche (v). Biochemical gradients are formed through hydrogel-based scaffolds by free diffusion from a source to a sink chamber. To confirm the establishment of spatiotemporally controlled gradients, we employ light-sheet fluorescence microscopy and in-silico modelling. The ISC niche biochemical gradients coming from the stroma and applied along the villus axis lead to the in vivo-like compartmentalization of the proliferative and differentiated cells, while changing the composition and concentration of the biochemical factors affects the cellular organization along the villus axis. This novel 3D in vitro intestinal model derived from organoids recapitulates both the villus-like architecture and the gradients of ISC biochemical factors, thus opening the possibility to study in vitro the nature of such gradients and the resulting cellular response.

ABSTRACT Numerous intracellular bacterial pathogens interfere with macrophage function, including macrophage polarization, to establish a niche and persist. However, the spatiotemporal dynamics of macrophage polarization during infection within host remain to be investigated. Here, we implement a model of persistent Salmonella Typhimurium infection in zebrafish, which allows visualization of polarized macrophages and bacteria in real time at high-resolution. While macrophages polarize toward M1-like phenotype to control early infection, during later stages, Salmonella persists inside non-inflammatory clustered macrophages. Transcriptomic profiling of macrophages confirmed a highly dynamic signature during infection characterized by a switch from pro-inflammatory to anti-inflammatory/pro-regenerative status and revealed a shift in adhesion program. In agreement with this specific adhesion signature, macrophage trajectory tracking identifies motionless macrophages as a permissive niche for persistent Salmonella . Our results demonstrate that zebrafish model provides a unique platform to explore, in a whole organism, the versatile nature of macrophage functional programs during bacterial acute and persistent infections.