Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont introduit une percée dans le domaine de la microscopie à haute vitesse qui permet de capturer des images tridimensionnelles de cellules vivantes à des vitesses sans précédent. Publié dans Nature Communications, l'étude détaille une nouvelle technique capable de générer des "vidéos" de processus dynamiques se produisant à l'intérieur des cellules en acquérant des images presque 400 fois plus rapidement que les efforts antérieurs.
L'équipe a utilisé la lumière infrarouge moyenne pour créer des signaux photothermiques, capturant des instantanés des signatures de changement de température émises par différentes molécules au sein de la cellule. Cette approche sans marqueur évite l'utilisation de colorants, qui peuvent être toxiques pour les échantillons vivants, tout en permettant toujours la cartographie de la composition cellulaire interne basée sur des fréquences de liaisons chimiques distinctives. En illuminant l'échantillon avec une lumière visible après avoir fait vibrer ces liaisons, les chercheurs peuvent visualiser la composition chimique de la cellule.
Les méthodes précédentes de tomographie optique photothermique infrarouge moyenne tridimensionnelle étaient limitées à moins de 0,05 image par seconde en raison du temps nécessaire pour le moyennage des signaux et les mesures séquentielles sous divers angles. La nouvelle technique, appelée tomographie optique par diffraction photothermique infrarouge moyenne à vitesse vidéo (MIP-ODT), atteint un taux de 19,2 images par seconde. Cette vitesse permet au système d'acquérir une image tridimensionnelle complète toutes les 52 millisecondes.
Masato Fukushima, premier auteur de l'étude et doctorant au Département de physique, a expliqué que l'équipe avait surmonté les barrières de vitesse précédentes en employant un modulateur spatial de lumière. Cet appareil façonne précisément les propriétés de la lumière pour orienter rapidement les angles d'illumination tout en maximisant le rapport signal-sur-bruit pour chaque prise de vue. Le résultat transforme la technique d'un outil pour observer des échantillons statiques en un instrument capable d'enquêter quantitativement sur des processus biologiques rapides en trois dimensions.
En utilisant la MIP-ODT, les chercheurs ont réussi à suivre les gouttelettes lipidiques responsables de la régulation de l'énergie et du stockage des lipides alors qu'elles se déplaçaient dans l'espace tridimensionnel. Cette capacité a révélé des comportements de transport difficiles à détecter avec une imagerie bidimensionnelle seule. L'équipe envisage des applications futures dans l'étude des condensats biomoléculaires, des structures sans membrane contenant des protéines et des acides nucléiques dont le comportement anormal est lié aux troubles neurodégénératifs.
Takuro Ideguchi, auteur principal de l'étude et professeur à l'École doctorale des sciences de pointe, a souligné le potentiel pour répondre à des questions biologiques fondamentales. Il a noté que la nature sans marqueur de l'imagerie fournit des informations quantitatives sur la composition chimique, visant à progresser vers une compréhension de la vie basée sur la mesure en visualisant la dynamique cellulaire au fil du temps.
Sources: Phys.org.