Opis projektu
Obrazowanie in vivo w skali nanoskopowej, które nie wymaga znakowania
Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie obrazowania optycznego umożliwiły uzyskanie nanoskopowej rozdzielczości pozwalającej na identyfikację poszczególnych cząsteczek w biopróbkach. Do tej pory wysoką rozdzielczość osiągano poprzez znakowanie biocząsteczek przy pomocy sond fluorescencyjnych, które zmieniały ich właściwości, a niekiedy uniemożliwiały ich wykorzystanie w medycynie. Zespół finansowanego ze środków UE projektu SPECIPHIC zastosował całkowicie nowe podejście do obrazowania niewymagającego znakowania dzięki wykorzystaniu optycznego współczynnika załamania jako czujnika molekularnego. Projekt opiera się na spostrzeżeniu, że informacje o fazie, natężeniu i polaryzacji mogą być zbierane z niespotykaną dotąd czułością i w rozdzielczości obrazu odpowiadającej zwykłemu obrazowaniu wykorzystującemu sondy fluorescencyjne. Wdrożenie tej technologii umożliwi nanoskopową analizę wewnątrz nienaruszonych żywych próbek biologicznych.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomolecules
- social sciencespolitical sciencespolitical transitionsrevolutions
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopy
- medical and health sciencesclinical medicineoncology
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencemachine learning
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
75794 Paris
Francja