Description du projet
L’imagerie nanoscopique in vivo sans marquage
De récentes avancées dans l’imagerie optique permettent d’atteindre un niveau nanoscopique de résolution avec la possibilité d’identifier des molécules individuelles dans les bioéchantillons. Jusqu’à présent, une résolution élevée de nanoscopie était possible en marquant les biomolécules avec des sondes fluorescentes altérant leur propriété et les rendant parfois impropres à de futures applications médicales. Le projet SPECIPHIC, financé par l’UE, introduit une toute nouvelle approche pour mettre en place une imagerie nanoscopique sans marquage en utilisant l’indice de réfraction optique comme capteur moléculaire. Le projet repose sur l’observation selon laquelle les informations sur la phase, l’intensité et la polarisation peuvent être quantitativement extraites avec une sensibilité sans précédent et une résolution d’imagerie équivalente à l’imagerie habituelle réalisée avec des sondes fluorescentes. La mise en œuvre de cette technologie permettra l’accès à l’analyse nanoscopique à l’intérieur d’échantillons biologiques vivants et intacts.
Objectif
Optical microscopy has undergone a revolution that now allows us to access molecular resolution (“nanoscopy”) with the identification of specific biomolecules within biological samples. Nanoscopy has become a key approach to decipher the function of living matter since biomolecules are the elementary building blocks. While being a major tool, high-resolution and specificity can only be achieved by tagging the molecules of interest with fluorescent probes, which inevitably alters the samples, making them improper for medical applications including regenerative medicine. The leading dogmas being that (i) nanoscopy cannot be achieved without labelling and (ii) no specific signature from molecules can be retrieved without energy exchange with the sample (e.g. absorption by probes, molecular vibrational interaction).
I propose a complete change of paradigm by introducing label-free nanoscopic imaging using the optical refractive index as a molecular sensor. My ground-breaking approach will be based on our pioneering work which demonstrates that phase, intensity and polarisation information can be quantitatively retrieved with unprecedented sensitivity and with an imaging resolution equivalent to regular imaging with fluorescent probes. I will re-forge this into a single-shot imaging technique capable of beating the optical resolution limit to access nanoscale resolutions, even deep inside living unmodified biological samples. Specific molecular information will be untangled through machine learning algorithms. SPECIPHIC will give birth to the first label-free molecular specific imaging with nanoscale resolution in pristine living biological tissues.
The applicability of my concept will be demonstrated in this ERC starting project with applications in regenerative medicine and oncology, impacting thus directly important societal questions. My new approach will impact many other fields, in the biomedical world first but also in physics and for nanomaterial engineering.
Champ scientifique
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomolecules
- social sciencespolitical sciencespolitical transitionsrevolutions
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopy
- medical and health sciencesclinical medicineoncology
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencemachine learning
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
75794 Paris
France