Microscopie révolutionnaire : détails cellulaires sans précédent en temps réel

Des scientifiques développent un nouveau microscope imageant la dynamique subcellulaire dans les organismes multicellulaires.

Ils combinent microscopie à nappe de lumière structurée (Lattice light-sheet) et optique adaptative.

Ils observent le comportement des organelles se façonnant dans les cellules, en temps réel.

Historique et défis

1665 : Robert Hooke observe une tranche de liège, découvre « cellules ». Depuis, innombrables efforts pour mieux voir ces blocs de vie.

Chercheurs de Harvard Medical School et Howard Hughes Medical Institute ont développé un microscope avancé capturant détails exceptionnels : images et vidéos 3D d'une cellule vivante.

Résolution capable d'imager la dynamique subcellulaire dans organismes multicellulaires, ex: vésicules (bulles microscopiques) transportant cargo moléculaire.

Défis

Depuis 3+ siècles, microscopes observent cellules. Meilleures visualisations : cellules isolées sur lames de verre. Observer cellules dans organismes multicellulaires en temps réel = tâche bien plus complexe.

Souvent, cellules cibles sont entourées de structures moléculaires/tissus perturbant le faisceau lumière entrant/sortant de l'objectif, floutant détails cruciaux. Faisceau puissant n'est pas solution idéale : pourrait endommager/distordre tissus.

Solution : combinaison de deux techniques

1. Microscopie à nappe de lumière structurée : augmente vitesse acquisition, réduit dommages cellulaires par phototoxicité.
2. Optique adaptative : réduit distorsions de front d'onde incident en modelant activement un miroir. Utilisée en télescopes astronomiques.

En microscopie à nappe structurée, une feuille de lumière structurée excite la fluorescence dans plans consécutifs de l'échantillon. Produit séquence d'images 3D donnant aperçu des processus biologiques dynamiques.

L'optique adaptative analyse les distorsions de front d'onde et les compense via un instrument corrigeant ces erreurs (réseau cristal liquide ou miroir déformable).

Ils ont appliqué ces principes en microscopie avec laser deux-photons générant une configuration d'optique adaptative. La nappe de lumière pénétrant l'organisme multicellulaire, cette configuration maintient l'illumination fine de la nappe, générant images sans distorsion des cellules cibles.

Référence : ScienceMag | doi:10.1126/science.aaq1392 | Harvard University

Puis validation sur divers échantillons biologiques, développement outils visualisation efficaces : vidéos 3D entièrement interactives.

Résultats

Image : cellule cancéreuse [verte] forçant passage paroi vaisseau sanguin [violet] clairement visible. Image ci-dessous : cellules œil zébra en 3D.

Visualisation temps réel du comportement des organelles se façonnant dans les cellules. Détails quasi-moléculaires de l'endocytose médiée par récepteurs — processus où cellules absorbent hormones, métabolites, protéines.

Prochaines étapes

Chercheurs travaillent à rendre technologie simple et moins coûteuse. Système actuel : table 3 m. Prochaine version : compacte et abordable. Premier microscope installé à Janelia Research Campus pour usage par d'autres scientifiques.