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Single Molecule Workstation

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Un instrument d'imagerie qui sublime le meilleur de la technique

De nombreuses nouvelles techniques d'imagerie permettent maintenant la visualisation et l'étude des cellules. Les chercheurs financés par l'UE ont pu étudier simultanément la structure et le fonctionnement des cellules vivantes en combinant trois techniques microscopiques hautement sophistiquées en une seule plateforme.

Recherche fondamentale

La compréhension du fonctionnement d'une cellule nécessite beaucoup plus que la seule caractérisation de ses constituants moléculaires, elle doit également en intégrer les interactions temporelles et spatiales. Pour atteindre cet objectif et étudier les cellules vivantes, les techniques de microscopie optique et de microscopie à force atomique peuvent travailler de manière complémentaire. Alors que la microscopie optique permet la visualisation de la structure interne de la cellule, la microscopie à force atomique permet par exemple l'étude des interactions mécaniques des constituants membranaires grâce à sa résolution nanométrique. Les pinces optiques quant à elles autorisent l'observation des interactions moléculaires à l'intérieur de la cellule. Le projet SMW (Single molecule workstation) s'est fixé pour objectif l'intégration de toutes les fonctions potentielles de ces technologies complémentaires en une seule station de travail (SMW) capable d'étudier une cellule isolée. L'instrumentation ainsi proposée réunit les technologies de la microscopie optique inversée, du microscope à force atomique et des pinces optiques. En intégrant les techniques ultra-sensibles de la microscopie sur une seule plateforme, les partenaires du projet voulaient ouvrir des perspectives totalement nouvelles pour la biologie moléculaire. Cette installation permet d'étudier simultanément la topographie de la surface en haute résolution grâce à l'AFM, l'étude de la distribution des molécules cellulaires par une microscopie optique inversée optimisée et la mesure des forces d'interaction moléculaire grâce aux pinces optiques ultra-sensibles. Une technologie complémentaire, la nano-spectroscopie infrarouge induite par effet photothermique (PTIR), a par ailleurs été utilisée pour étudier les propriétés spectroscopiques du matériau cellulaire avec une résolution spatiale élevée permettant l'analyse chimique de structures subcellulaires. Cette station de travail a été conçue pour intégrer la microscopie à force atomique et la microscopie optique inversée dans une perspective mécanique, optique et électronique. Les chercheurs ont par ailleurs développé un logiciel permettant l'intégration de ces trois technologies avec une interface utilisateur. Ce logiciel intègre tous les modules fonctionnels du système, en échangeant et en contrôlant tous les protocoles de mesure en temps réel et de manière très synchronisée. Les partenaires du projet ont réalisé un prototype instrumental intégrant l'AFM et l'ILM et testé son potentiel de détection des cellules cancéreuses et d'observation des cellules T immunitaires. L'optimisation de la plateforme SMW nous apporte ainsi l'opportunité unique de pouvoir étudier simultanément et avec une résolution sans pareille, la structure interne et externe d'une cellule. L'exploitation de cet instrument SMW au-delà de la durée de vie du projet, permettra des progrès majeurs en sciences de la vie en fournissant de nouvelles connaissances sur la biologie moléculaire des cellules vivantes et les processus biomoléculaires complexes aujourd'hui inaccessibles.

Mots‑clés

Cellules, microscopie à force atomique, SMW, microscope optique inversé, biologie moléculaire

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