Un microscope à balayage intelligent pour de meilleures observations

Publié par Isabelle le 21/10/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS
Le développement de nouvelles techniques d'imagerie pousse les biologistes à réaliser des observations toujours plus longues sur les échantillons cellulaires. Or ces derniers sont perturbés lorsqu'ils sont trop exposés à la lumière. Des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Fresnel ont conçu une méthode qui recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) automatiquement les zones d'intérêts dans l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...), puis y concentre l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...). Les échantillons d'embryons de mouches du vinaigre (Le vinaigre est un liquide acide (pH généralement compris entre 2 et 3), obtenu...) reçoivent ainsi jusqu'à cent fois moins de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) qu'avec des techniques classiques.


À gauche: tissu biologique courbe où les hexagones représentent les contours fluorescents des cellules organisées en feuillet cellulaire. Le tissu peut être recouvert par un second épithélium qui sera écarté par le processus d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...).
À droite: à partir de quelques acquisitions (points verts), le microscope estime automatiquement la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du tissu (maille rouge) et peut alors concentrer les acquisitions sur cette surface.

La biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) moderne repose sur l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) des cellules vivantes, rendue possible au sein même d'organismes modèles par les dernières avancées en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...). Les techniques actuelles sont cependant confrontées à un problème de toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα...) dû à l'éclairage nécessaire à l'excitation des marquages fluorescents: une illumination prolongée affecte et ralentit la croissance des cellules. Un phénomène d'autant plus contraignant que les biologistes ne se contentent plus d'images fixes, mais préfèrent des films toujours plus longs et de meilleures résolutions, ce qui augmente nécessairement la durée d'exposition des cellules à la lumière.

Des chercheurs et chercheuses de l'Institut Fresnel (CNRS/Centrale Marseille/Aix-Marseille Université) ont adapté le fonctionnement des microscopes au cas des embryons, où les cellules sont souvent organisées en feuillets selon des surfaces courbées. Plutôt que de balayer un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) point (Graphie) à point dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) l'espace 3D qui contient l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est...), ils ont développé un microscope intelligent qui prédit la position des structures d'intérêt des échantillons, afin d'envoyer de la lumière uniquement dans ces zones. Ces résultats sont publiés dans la revue Light: Science & Applications.

Leur technique commence par l'illumination d'une fraction très faible du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) de l'échantillon biologique. Les quelques points ainsi acquis sont analysés de façon statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) et géométrique afin de déterminer la forme globale du feuillet de cellules. Le balayage de l'échantillon peut alors commencer, mais en restant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de cette surface. De plus, afin de concentrer le balayage sur les contours fluorescents des cellules, des algorithmes permettent de prédire localement les zones à illuminer, puis de propager la recherche d'autres zones d'intérêt dans leur voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...). L'équipe a appliqué ces travaux à l'observation d'embryons de drosophiles, ou mouches du vinaigre, avec une irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) lumineuse jusqu'à cent fois plus réduite qu'avec un microscope confocal (Un microscope confocal est un microscope optique qui a la propriété de réaliser des...) classique.

Cette méthode ouvre une nouvelle voie pour imager, sur de longues périodes, le comportement d'objets très fragiles tels que les embryons et les organoïdes. Très générale, cette approche pourrait être adaptée à de nombreux microscopes commerciaux déjà présents dans les installations d'imagerie des instituts de biologie. Un brevet est en cours de dépôt.

Références:
An adaptive microscope for the imaging of biological surfaces.
Abouakil, F., Meng, H., Burcklen, MA. et al.
Light Sci Appl 10,210 (2021). https://doi.org/10.1038/s41377-021-00649-9
Article disponible sur la base d'archives ouvertes HAL.

Contacts:
- Loïc Le Goff - Chargé de recherche CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), Institut Fresnel (CNRS/Centrale Marseille/Aix-Marseille Université) - loic.le-goff at fresnel.fr
- Frédéric Galland - Chargé de recherche CNRS, Institut Fresnel (CNRS/Centrale Marseille/Aix-Marseille Université) - frederic.galland at fresnel.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
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