Des chercheurs de l’Université de Tokyo ont développé un nouveau microscope capable d’imager simultanément des structures sur une plage d’intensité 14 fois plus large que les microscopes conventionnels. Ce qui est essentiel, c’est que ceci est réalisé sans l’utilisation de colorants fluorescents ou d’autres agents de marquage, ce qui le rend exceptionnellement doux pour les cellules vivantes et idéal pour l’observation à long terme. Cette avancée, publiée dans Nature Communications, aborde une limitation fondamentale de la microscopie moderne : le compromis entre la résolution des caractéristiques cellulaires à grande échelle et le suivi des particules individuelles à l’échelle nanométrique.
Le dilemme de la microscopie
Depuis des siècles, la microscopie est le moteur du progrès scientifique. Cependant, les techniques avancées ont toujours nécessité une spécialisation. La microscopie quantitative en phase (QPM) excelle dans l’imagerie de structures de plus de 100 nanomètres, offrant une vue large des cellules mais manquant de sensibilité pour détecter des détails plus petits. À l’inverse, la microscopie à diffusion interférométrique (iSCAT) peut suivre des protéines uniques et des particules à l’échelle nanométrique, mais a du mal à capturer le contexte cellulaire complet visible avec QPM.
Cette fracture oblige les chercheurs à choisir entre des instantanés holistiques et un suivi dynamique – jusqu’à présent.
Combler le fossé : mesure simultanée de la lumière
L’équipe de recherche, dirigée par Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura et Takuro Ideguchi, a émis l’hypothèse que la mesure simultanée de la lumière diffusée vers l’avant et vers l’arrière pourrait surmonter cette limitation. En analysant la façon dont la lumière interagit avec un échantillon dans les deux directions, ils visaient à révéler une large gamme de tailles et de mouvements au sein d’une seule image.
«J’aimerais comprendre les processus dynamiques à l’intérieur des cellules vivantes à l’aide de méthodes non invasives», explique Horie, soulignant la motivation derrière ce travail.
Valider le microscope : observer la mort cellulaire
Pour tester leur nouveau microscope, l’équipe s’est concentrée sur un processus dynamique : la mort cellulaire. En enregistrant une seule image codant des informations provenant de la lumière se déplaçant vers l’avant et vers l’arrière, ils ont démontré la capacité de quantifier à la fois le mouvement de structures cellulaires plus grandes et les mouvements de minuscules particules au sein de la cellule.
“Notre plus grand défi”, explique Toda, “était de séparer proprement deux types de signaux d’une même image tout en maintenant un faible bruit et en évitant de les mélanger.”
Quantification de la taille et du mouvement
Le microscope obtenu capture non seulement le mouvement des structures à plusieurs échelles, mais estime également la taille et l’indice de réfraction de chaque particule. L’indice de réfraction, une mesure de la façon dont la lumière se courbe lorsqu’elle traverse une substance, fournit des informations supplémentaires sur la composition et les propriétés des particules observées.
Cette capacité combinée permet aux chercheurs de suivre les changements dynamiques au sein des cellules vivantes sans les artefacts introduits par le marquage fluorescent. L’approche unifiée promet d’accélérer la recherche dans les domaines pharmaceutique, biotechnologique et autres domaines nécessitant une observation cellulaire à haute résolution et à long terme.
Ce développement représente une étape importante vers une plateforme de microscopie véritablement polyvalente, capable de combler le fossé entre l’imagerie à l’échelle micro et nanométrique.
