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Posté par Isabelle le Vendredi 15/06/2018 à 12:00
Des images nanométriques en 3D de molécules dans des tissus biologiques
Il est désormais possible de révéler la position tridimensionnelle de molécules avec des précisions nanométriques au sein d'échantillons biologiques épais. Ces résultats de recherche inédits ont été obtenus par des équipes bordelaises du Laboratoire photonique, numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une...) et nanosciences - LP2N (CNRS, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) d'Optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) Graduate School et université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) de Bordeaux), en utilisant un phénomène d'auto-interférences lumineuses (self-interferences en anglais, alias SELFI). En atteignant des résolutions proches de la taille des biomolécules elles-mêmes, SELFI ouvre la voie à l'étude des tissus biologiques intacts en 3D avec une résolution inégalée en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope....) optique. Ces résultats font la couverture de la revue internationale Nature Methods.


Image en super-résolution de 24 millions de molécules d'actine en 3D (la couleur codant pour la profondeur z), une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle...) importante pour l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) et les mouvements de la cellule © LP2N

La complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par...) du fonctionnement de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) biologique ne saurait être comprise sans disposer de méthodes d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...) permettant de décrypter l'organisation (Une organisation est) tridimensionnelle des biomolécules qui la constituent. De telles méthodes doivent atteindre des résolutions permettant de distinguer les molécules elles-mêmes. Si la microscopie dite de "super-résolution" (récompensée par le prix Nobel de chimie (Le prix Nobel de chimie est décerné une fois l'an, depuis 1901, par l'Académie royale des sciences de Suède à un scientifique dont l'œuvre et les travaux ont rendu de grands services...) en 2014) a permis d'atteindre cet objectif dans des cellules biologiques fines et isolées les unes des autres, à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...), il était impossible de réaliser de telles observations en 3D sur des tissus biologiques intacts et épais (de plusieurs dizaines de couche de cellules, environ 50 micromètres).

Des chercheurs du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (LP2N) ont développé un nouveau concept optique permettant de localiser en 3D avec des précisions nanométriques, une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus...) unique (par exemple une protéine) marquée par fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un...) au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure...) d'un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) biologique épais et complexe. Cette technique baptisée SELFI s'adapte à n'importe quel microscope optique et se révèle extrêmement stable et reproductible. Elle a ainsi permis de révéler, à des profondeurs jamais atteintes avec ces résolutions, des structures moléculaires en 3D au sein de tissus biologiques reconstitués à partir de cellules souches humaines.

Pour cela, les chercheurs ont eu l'idée d'exploiter la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) de fluorescence et non uniquement l'intensité lumineuse comme communément en microscopie de fluorescence. Ils jouent ainsi sur l'image de la lumière émise par la molécule, collectée par le microscope grâce au module SELFI, en la répliquant et la faisant se superposer pour générer un phénomène appelé d'interférences autoréférencées. Avec cette nouvelle source de "contraste" de l'image, les chercheurs peuvent alors déterminer la localisation de la molécule dans la profondeur du tissu.

Cette nouvelle avancée en photonique ouvre des perspectives pour la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.), la médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant...) régénérative ou le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation,...) médical où le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...) de comprendre la localisation en 3D de molécules (au sein d'organes, dans des échantillons de biopsies...) est un enjeu majeur de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) d'aujourd'hui.

Références publication:
Pierre Bon, Jeanne Linarès-Loyez, Maxime Feyeux, Kevin Alessandri, Brahim Lounis, Pierre Nassoy, Laurent Cognet. Self-interference 3D super-resolution microscopy for deep tissue investigations. Nature Methods (juin 2018)

Contacts chercheurs:
Chercheurs CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) au Laboratoire photonique numérique et nanosciences (LP2N)
- Laurent Cognet
- Pierre Bon

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Source: CNRS
 
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