Un microscope innovant pour des images de cellules en haute résolution en 3D
Des scientifiques allemands et américains sont parvenus à réaliser l'impossible: ils ont développé un microscope de pointe offrant des images instantanées de cellules en 3D (trois dimensions) sans avoir à les traiter chimiquement ou à les colorer pour l'étude. Présentés dans la revue Nature Methods, le nouvel appareil permettrait de pallier les insuffisances en matière de technologies actuelles et se révéler utile en médecine ainsi qu'en biologie structurelle. Des scientifiques de l'Institute for Soft Matter and Functional Materials du Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) en Allemagne et de l'institut national américain contre le cancer ont étudié des cellules entières congelées dans leur environnement naturel. Selon les chercheurs, des images 3D haute résolution de la cellule complète sont disponibles en une seule étape. Ce nouveau dispositif l'emporte sur la microscopie électronique car il génère des images 3D de cellules intactes. De plus, il s'agit d'une alternative beaucoup plus rapide, car la microscopie électronique requiert quelques semaines pour obtenir une image 3D d'une seule cellule. Le nouveau microscope l'emporte également sur la microscopie à fluorescence, car cette technique permet aux chercheurs d'observer les structures étiquetées uniquement après leur avoir appliqué une coloration. En tirant parti du contraste naturel entre la matière organique et l'eau, l'équipe a pu former une image de toutes ces structures cellulaires, expliquent les chercheurs. Ils ont reconstruit des cellules d'adénocarcinomes de souris en 3D. Ils ont par ailleurs pu observer les plus petits détails des cellules tels que les pores nucléaires dans l'enveloppe du noyau, sa double membrane, les invaginations de la membrane interne mitochondriale, les canaux de membranes du noyau ainsi que les inclusions aux organelles cellulaires telles que les lysosomes. Le rayonnement X a imagé l'ultrastructure des cellules à une précision de l'ordre de 30 nanomètres (10 nanomètres équivalent à un millième de la largeur d'un cheveu humain). Par ultrastructure on entend la structure détaillée d'un spécimen biologique qui n'est pas visible avec un microscope optique. L'équipe a utilisé de la lumière partiellement cohérente pour illuminer les minuscules structures de l'objet surgelé et a ainsi obtenu une résolution en 3D. La source de synchrotron du HZB, BESSY II, a été utilisée pour la production de la lumière. Les chercheurs expliquaient que la cohérence partielle est la propriété de deux ondes dont la phase relative subit des fluctuations aléatoires toutefois insuffisantes pour générer une onde complètement incohérente. En utilisant cette approche avec une lentille de haute résolution, ils sont parvenus à visualiser les ultrastructures des cellules à un degré de contraste sans précédent. «Nous avons construit un microscope de transmission à rayons X mous qui s'appuie sur des techniques de nanofabrication améliorées, permettant la fabrication d'objectifs à rayons X de meilleure résolution et une largeur de zone plus petite», expliquent les auteurs de l'article. «Nous avons combiné cet objectif à un spécimen d'illumination partiellement cohérent plutôt que d'utiliser un objectif de moindre résolution et une illumination quasi-cohérente des conceptions antérieures. La cohérence partielle réduit la résolution maximale possible comparée à l'incohérence, mais elle garantit un contraste plus marqué dans des fréquences spatiales plus élevées. Ainsi, l'association de la cohérence partielle à un objectif de meilleure résolution devrait apporter un meilleur contraste pour des détails sur de petites échelles. ' D'après les chercheurs, ces derniers développements offriront au monde médical une meilleure vue d'ensemble des processus intracellulaires, comme par exemple la pénétration des virus ou des nanoparticules dans une cellule ou le noyau. D'un point de vue général, ils offriront un nouvel outil en biologie structurelle pour renforcer la compréhension de la structure cellulaire.
Pays
Allemagne, États-Unis