Le "Grand Microscope Unifié" permet de voir les structures à l'échelle micro et nanométrique
Les chercheurs unifient deux techniques conventionnelles utilisées jusqu'à présent pour effectuer des observations à l'échelle micro ou nanométrique
Les chercheurs Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura et Takuro Ideguchi de l'Université de Tokyo ont construit un microscope capable de détecter un signal sur une plage d'intensité quatorze fois plus large que les microscopes conventionnels. En outre, les observations sont effectuées sans étiquette, c'est-à-dire sans l'utilisation de colorants supplémentaires. Cela signifie que la méthode est respectueuse des cellules et qu'elle permet des observations à long terme, ce qui ouvre la voie à des applications d'essai et de contrôle de la qualité dans les secteurs pharmaceutique et biotechnologique. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.
Illustration conceptuelle du microscope à diffusion quantitative bidirectionnelle, qui détecte à la fois la lumière diffusée vers l'avant et vers l'arrière par les cellules. Cette double détection permet de visualiser des structures allant de la morphologie des cellules entières aux particules à l'échelle nanométrique.
Horie et al 2025
Les microscopes ont joué un rôle essentiel dans le développement de la science depuis le XVIe siècle. Cependant, le progrès a exigé non seulement des équipements et des analyses plus sensibles et plus précis, mais aussi plus spécialisés. C'est pourquoi les techniques modernes et de pointe ont dû faire des compromis. La microscopie de phase quantitative (QPM) utilise la lumière diffusée vers l'avant et peut détecter des structures à l'échelle microscopique (dans cette étude, plus de 100 nanomètres), mais pas plus petites. Par conséquent, cette technique a été principalement utilisée pour prendre des photos statiques de structures cellulaires relativement complexes. La microscopie à diffusion interférométrique (iSCAT), en revanche, exploite la lumière rétrodiffusée et peut détecter des structures aussi petites que des protéines individuelles. En tant que telle, elle peut être utilisée pour "suivre" des particules uniques, ce qui permet de comprendre les changements dynamiques au sein de la cellule, mais elle ne peut pas fournir une vue d'ensemble comme le fait le QPM.
"J'aimerais comprendre les processus dynamiques à l'intérieur des cellules vivantes en utilisant des méthodes non invasives", explique Horie, l'un des premiers auteurs.
L'équipe de recherche a donc entrepris d'étudier si la mesure simultanée des deux directions de la lumière pouvait surmonter ce compromis et révéler une large gamme de tailles et de mouvements à partir de la même image. Pour tester l'idée et confirmer que leur microscope nouvellement construit fonctionnait comme prévu, les chercheurs ont observé ce qui se passait pendant la mort cellulaire. Ils ont enregistré une image codant des informations provenant de la lumière voyageant vers l'avant et vers l'arrière.
"Notre plus grand défi", explique Toda, un autre premier auteur, "était de séparer proprement les deux types de signaux à partir d'une seule image tout en maintenant le bruit à un niveau bas et en évitant de les mélanger".
Les chercheurs ont ainsi pu quantifier non seulement le mouvement des structures cellulaires (micro), mais aussi celui de minuscules particules (nano). En outre, en comparant la lumière diffusée vers l'avant et vers l'arrière, ils ont pu estimer la taille et l'indice de réfraction de chaque particule, une propriété décrivant le degré de courbure ou de diffusion de la lumière lorsqu'elle passe à travers des particules.
"Nous prévoyons d'étudier des particules encore plus petites, comme les exosomes et les virus, et d'estimer leur taille et leur indice de réfraction dans différents échantillons. Nous voulons également révéler comment les cellules vivantes évoluent vers la mort en contrôlant leur état et en vérifiant nos résultats à l'aide d'autres techniques."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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