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Une nouvelle génération de scientifiques repousse les limites de l’imagerie

Même si les technologies d’imagerie ont récemment évolué, les chercheurs sont encore loin de manquer de mystères biologiques à résoudre. Le projet PHOQUS est sorti des sentiers battus pour continuer à repousser les limites. Au cours de ces cinq dernières années, il a formé une nouvelle génération de scientifiques pour mettre au point et appliquer de nouvelles techniques associant la photonique, la nanotechnologie, la spectroscopie avancée et de nouvelles régions spectrales avec les dernières avancées dans la technologie d’imagerie et de diagnostique.
Une nouvelle génération de scientifiques repousse les limites de l’imagerie
Prenons l’imagerie par microscopie photonique par exemple. Selon Kees Weijer, professeur du département de biologie cellulaire et du développement de l’Université de Dundee et coordinateur de PHOQUS, cette dernière «se développe rapidement pour devenir l’une des principales techniques pour observer la dynamique des systèmes vivants». Pourtant, le potentiel de cette technologie est toujours entravé par ses limites techniques: dans leur quête d’une résolution toujours plus élevée, les scientifiques ont été confrontés à un niveau croissant de photodommages causés par les techniques d’observation utilisées. Et pendant que de nouvelles méthodes sont élaborées pour surmonter ces problèmes, ce processus de développement se déroule généralement dans les laboratoires de physique alors que ses applications sont destinées aux laboratoires de sciences de la vie.

«Un des objectifs de ce projet était de concevoir et de créer de nouveaux instruments dans l’environnement des sciences de la vie. Ils sont adaptés aux exigences expérimentales spécifiques, dans le cadre d’une collaboration étroite entre les biologistes et les chercheurs en photonique. Cette coopération impliquait le développement d’une compréhension commune des principes et des problèmes biologiques et physiques, car peu de personnes maîtrisent ces deux aspects», ajoute le professeur Weijer.

PHOQUS a formé 13 chercheurs en début de carrière ayant des compétences en physique, photonique, biologie moléculaire, biotechnologie et ingénierie biomédicale. Il a également lancé des projets de recherche spécifiques pour traiter les processus complexes en œuvre dans les organismes vivants.

La liste des réalisations de PHOQUS est longue, c’est le moins que l’on puisse dire. Pour commencer, le projet est parvenu à mettre en œuvre une microscopie de haute résolution à déplétion par émission stimulée (STED pour STimulated Emission Depletion (STED)) qui permet l’observation de structures fluorescentes au-delà de la limite de diffraction. Cette microscopie a démontré qu’elle fonctionnait bien dans des échantillons fixés, et le professeur Weijer souligne que des expériences sont en cours pour tester sa pertinence dans des échantillons vivants.

En outre, le projet a également développé une microscopie par couche lumineuse, qui permet une résolution temporelle et spatiale élevée lors d’une observation à long terme de cellules et de tissus dans des embryons vivants jusqu’à plusieurs jours, tout en réduisant les photodommages par rapport aux techniques conventionnelles. «Cela nous a apporté de nouvelles connaissances du mécanisme cellulaire qui contrôle la gastrulation chez les embryons de poulet, un modèle pour le développement humain», ajoute le professeur Weijer.

D’autres résultats remarquables comprennent les avancées dans l’intégration de pinces optiques dans les microscopes; de nouvelles méthodes de réflexion par des fibres monomode et multimode; de nouvelles sondes pour détecter les molécules importantes sur le plan biologique dans l’angiogenèse et l’innervation de tumeurs; des méthodes pour mesurer les paramètres mécaniques des organoïdes intestinaux de type sauvage et prédisposés au développement du cancer; des techniques spectroscopiques non invasives et le traitement de données pour mesurer le flux sanguin et l’oxygénation; ainsi qu’un nouveau laser infrarouge pulsé à faible coût basé sur un semiconducteur.

Bien que le projet soit désormais terminé, le professeur Weijer déclare que les collaborations mises en place entre les biologistes et les physiciens de Dundee, et les partenaires universitaires issus d’autres organisations, se poursuivront. «Nous essayons de continuer avec d’autres programmes de formation et des demandes de subvention spécifiques par projet», explique-t-il.

À long terme, en plus des avancées de pointe et des publications dans des revues à impact élevé, l’une des plus précieuses contributions de PHOQUS sera très certainement la nouvelle génération de scientifiques qu’il aura contribué à développer. Sur les 13 chercheurs, presque tous ont déjà soumis une thèse ou décroché un doctorat, et sont à l’aube d’une carrière prometteuse.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

PHOQUS, technologie d’imagerie, systèmes vivants, spectroscopie, photonique, microscopie optique, photodommage, cellules, tissus, biologie