Depuis ses débuts il y a plus de 400 ans, la microscopie a fait des pas de géant, allant même jusqu'à se focaliser sur des atomes individuels. À présent, comme le rapporte Nick Lunn pour National Geographic, un nouveau type de microscopie fait un pas de plus vers le terrain: il capture des images haute résolution en 3D de cellules vivantes alors qu’elles se déplacent et fonctionnent dans les organismes.
La plupart des microscopes sont trop lents pour capturer les mouvements cellulaires en 3D, selon un communiqué de presse du Howard Hughes Medical Institute, qui a collaboré à la nouvelle machine. Et bien que les chercheurs aient imagé des cellules vivantes, il est difficile d'obtenir des images haute résolution de groupes de cellules. La microscopie moderne à haute puissance baigne également les cellules dans une lumière puissante, parfois des milliers, voire des millions de fois plus intense que le soleil, ce qui peut modifier leur comportement ou même endommager les plus infimes sujets.
«Cela soulève le doute persistant sur le fait que nous ne voyons pas de cellules dans leur état d'origine, heureusement enfermées dans l'organisme dans lequel elles ont évolué», déclare Eric Betzig, lauréat du prix Nobel de chimie et chef de projet chez Howard Hughes. "On dit souvent que voir c'est croire, mais en matière de biologie cellulaire, je pense que la question la plus appropriée est:" Quand pouvons-nous croire ce que nous voyons? "
Un problème particulier avec l'observation à l'intérieur des organismes vivants est que la surface du sujet a tendance à disperser la lumière, ce qui déforme l'image. Et plus vous regardez en profondeur, plus le problème est grave. Pour surmonter ce problème, le nouveau périmètre utilise une technique astrophysique appelée optique adaptative. À l'instar des télescopes au sol de l'ère nouvelle capables de corriger le gauchissement de l'image causé par l'atmosphère terrestre, le télescope peut corriger les distorsions causées par la diffusion en surface.
"Si vous pouvez mesurer la façon dont la lumière est déformée, vous pouvez modifier la forme du miroir pour créer une distorsion égale et opposée qui annule ensuite ces aberrations", a déclaré Betzig à Lunn.
Une autre technique de pointe contribuant à la mise au point de ce nouveau champ d'application est la microscopie sur feuille de lumière sur réseau, une technique mise au point par Betzig au début de cette décennie. Au lieu de baigner un échantillon dans des rayons de forte intensité dommageables, le microscope balaie une fine feuille de lumière sur l'échantillon, générant de nombreuses images 2D à haute résolution. Ceux-ci sont ensuite empilés pour créer des images 3D sans blanchir ni endommager l'échantillon. Le résultat de ces deux techniques est une image 3D nette de cellules se comportant naturellement. Une description détaillée de la technique apparaît dans la revue Science .
«Étudier la cellule sur une lamelle, c'est comme regarder un lion dans un zoo: vous ne voyez pas exactement leur comportement natal», a déclaré Betzig à Lunn. «[Utiliser la lunette] revient à regarder le lion chasser une antilope dans la savane. Vous voyez enfin la vraie nature des cellules. "
Les images créées jusqu'à présent sont à couper le souffle. Comme le rapporte Brandon Specktor de LiveScience, les chercheurs se sont concentrés sur le poisson zèbre transparent, les nématodes et les cellules cancéreuses. Leurs premiers films en 3D incluent des cellules cancéreuses se déplaçant dans les vaisseaux sanguins, des cellules immunitaires avalant des molécules de sucre et des cellules se divisant en détail.
Encore plus excitant que l'imagerie fine est que l'intensité du détail permet aux chercheurs d '"exploser" les tissus qu'ils observent pour examiner des cellules individuelles. «Chaque fois que nous avons fait une expérience avec ce microscope, nous avons observé quelque chose de nouveau - et généré de nouvelles idées et hypothèses à tester», déclare Tomas Kirchhausen, investigateur principal du Boston Children's Hospital, dans un communiqué de presse. "Il peut être utilisé pour étudier presque tous les problèmes d'un système biologique ou d'un organisme auquel je peux penser."
Cette révolution de la microscopie mettra un certain temps à sortir du laboratoire et dans d’autres universités et hôpitaux. Comme le rapporte Specktor, le premier microscope est un «monstre de Frankenstein» pavé avec des morceaux d'autres microscopes et machines. Il occupe actuellement une table longue de 10 pieds et nécessite un logiciel personnalisé pour fonctionner.
Mais selon le communiqué de presse, deux portées de la deuxième génération, qui seront hébergées dans les laboratoires partenaires, ne prendront que l'espace d'un bureau et seront mises à la disposition des chercheurs du monde entier qui souhaitent les utiliser. L’équipe affichera également les plans de l’instrument afin que d’autres institutions puissent essayer de construire le leur. Peut-être que dans dix ans, a déclaré Betzig à Specktor, un modèle plus petit et abordable sera disponible dans le commerce.
Jusque-là, les nouvelles images devront nous suivre. Nous sommes d'accord avec Betzig qui a dit à Lunn que la première fois qu'il voyait des images du télescope «était génial». Ceci, bien sûr, est du jargon scientifique pour «vraiment soigné».
