La microscopie tissulaire profonde franchit la barrière des 100 nanomètres
Des chercheurs de Texas A&M combinent deux méthodes optiques pour atteindre une résolution de 75 nanomètres dans d'épais échantillons biologiques
Des chercheurs en biophotonique de la Texas A&M University ont mis au point une méthode d'imagerie optique qui résout des structures inférieures à 100 nanomètres en profondeur dans des échantillons biologiques intacts. La technique multiplie par cinq la résolution de la microscopie biphotonique classique sans sacrifier la profondeur de pénétration dans les tissus, comme le détaille une étude publiée dans le Journal of Biomedical Optics.
Combiner deux méthodes pour contourner le compromis de la profondeur
La microscopie biphotonique classique est depuis longtemps un outil de référence pour l'imagerie des systèmes vivants, car elle pénètre les tissus biologiques avec un minimum de dommages cellulaires. Mais explorer plus profondément les échantillons a toujours impliqué de renoncer aux détails fins. Les méthodes de super-résolution en surface, comme la déplétion par émission stimulée (STED) et la microscopie de localisation photoactivée (PALM), peuvent résoudre des structures bien inférieures à 100 nanomètres, mais elles perdent cette netteté dès qu'on observe des tissus épais, selon un rapport de Phys.org.
La nouvelle invention optique comble cet écart de performance. Développée par une équipe dirigée par Aart Verhoef, professeur adjoint de biophotonique à la Texas A&M University, la plateforme combine deux protocoles optiques directement sur un système biphotonique standard : la microscopie à balayage par excitation à deux photons (2PE-ISM) et l'imagerie de fluctuations optiques à super-résolution (SOFI). Le système hybride ainsi obtenu est baptisé 2PE-ISM-SOFI.
« Cette technique s'appuie sur deux techniques de microscopie qui étaient limitées par la profondeur et le détail, mais elle nous permet de regarder profondément dans les tissus et améliore la résolution. »
— Aart Verhoef, professeur adjoint de biophotonique à la Texas A&M University
Atteindre une résolution de 75 nanomètres grâce aux boîtes quantiques
En superposant les deux techniques sur un seul montage multiphotonique, l'équipe de recherche a obtenu une résolution latérale d'environ 75 nanomètres, soit à peu près cinq fois plus fine que celle des systèmes biphotoniques classiques. Cette échelle correspond à des structures environ mille fois plus fines qu'un cheveu humain.
Pour démontrer le dispositif d'imagerie prototype, les chercheurs ont analysé des neurones dopaminergiques du mésencéphale ventral de souris en culture. L'équipe a marqué les structures de tubuline cellulaire à l'aide de boîtes quantiques QD625, ce qui a permis de suivre les fluctuations optiques sous excitation multiphotonique, comme le rapporte Phys.org. L'auteur principal Anton Classen et ses collègues ont montré que le dispositif pouvait résoudre de fins réseaux intracellulaires qui, dans les systèmes multiphotoniques classiques d'imagerie profonde, se fondent généralement en masses uniformes.
De la neurologie à la biologie végétale
Cette avancée s'appuie sur des travaux expérimentaux préliminaires que l'équipe de Texas A&M a publiés pour la première fois en 2024 dans la revue PRX Life. Si la dernière étude portait sur des structures neuronales, l'innovation biophotonique sous-jacente a été conçue pour répondre aux limites pratiques d'observation dans de multiples domaines scientifiques, dont la science des sols et l'agriculture.
La coautrice Alma Fernandez Gonzalez, chercheuse en biophotonique au département des sciences du sol et des cultures de Texas A&M, note qu'un déploiement pratique dans des disciplines variées exigera de nouveaux perfectionnements techniques. À l'avenir, l'équipe de recherche prévoit d'adapter le système optique pour étudier les réseaux racinaires, les interactions entre plantes et microbes et les stades précoces des maladies directement dans des tissus végétaux vivants intacts, sans découpe physique, selon Phys.org.
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Traduit automatiquement de l’original en anglais. Lire l’original
