Les scientifiques de l'EPFL ont mis au point un nouveau type de lame de microscope qui peut augmenter la quantité de lumière en microscopie à fluorescence jusqu'à un facteur 25. Ces nouvelles lames peuvent à la fois amplifier et diriger la lumière, ce qui les rend idéales pour des applications allant du diagnostic à un stade précoce à l'archivage rapide d'échantillons de pathologie.

Pour les scientifiques, les lames de verre utilisées pour préparer les échantillons à examiner au microscope font partie intégrante de leur travail et elles n'ont pas beaucoup changé depuis près de 200 ans.

A l'Institut de Microtechnique de Neuchâtel, partie de l'École d'ingénieurs de l'EPFL, des chercheurs ont mis au point un nouveau type de lame de verre qui rompt avec la tradition. Leurs toboggans ont un revêtement qui "structure" la lumière, permettant d'émettre jusqu'à 25 fois plus de lumière et améliorant ainsi la sensibilité des microscopes avec lesquels ils sont utilisés.

Nicolas Descharmes et Raphaël Barbey ont développé leurs lames spécifiquement pour la microscopie à fluorescence, qui est largement utilisé pour diagnostiquer le cancer et les maladies auto-immunes, identifier les allergies ou séquencer l'ADN. Leur conception a des propriétés optiques uniques et permet la détection d'une quantité infime de lumière. Cela pourrait être particulièrement utile pour établir un diagnostic à un stade précoce, identifier rapidement des types spécifiques de cancer et archiver rapidement des échantillons de pathologie. « Dans un cas idéal, nos lames pourraient être utilisées pour détecter la présence d'une molécule, où 25 molécules seraient nécessaires sur des lames conventionnelles », précise Descharmes.

Les scientifiques ont breveté leur technologie, et leurs lames, déjà utilisées par des chercheurs dans de nombreux domaines, seront bientôt testées dans plusieurs entreprises. Le duo a reçu le soutien de l'EPFL, la fondation Gebert Rüf et Innosuisse, et prévoit de lancer sa propre entreprise dans les mois à venir. A travers leur startup, Descharmes et Barbey pourront augmenter la production et mettre les lames à la disposition des laboratoires hospitaliers et des prestataires de diagnostic.

Éliminer deux principaux inconvénients

La microscopie à fluorescence fonctionne en détectant la lumière que les composés appelés fluorophores émettent lorsqu'ils sont excités. Plus précisement, les fluorophores absorbent la lumière à une longueur d'onde donnée, appelée longueur d'onde d'excitation, et, en réponse, émettre de la lumière à une longueur d'onde plus longue, appelée longueur d'onde d'émission. Avec des microscopes à fluorescence, les scientifiques peuvent visualiser des objets naturellement fluorescents ou marqués par un fluorophore, et ce serait impossible à voir avec un microscope ordinaire.

Mais il y a deux inconvénients principaux à utiliser des lames de verre en microscopie à fluorescence. D'abord, les fluorophores émettent généralement une très faible quantité de lumière. Et deuxieme, la majeure partie de la lumière qu'ils émettent se perd dans le toboggan, ce qui signifie qu'il ne peut pas être utilisé. Par conséquent, de nombreux composés sont difficiles voire impossibles à détecter à moins qu'il n'y ait une quantité assez importante dans l'échantillon.

Un gâteau de couche optique

Les lames de Descharmes et Barbey ont une structure en couches qui est capable de contrôler l'environnement électromagnétique entourant les échantillons. Lorsque la lumière est braquée sur les fluorophores dans un échantillon, ils émettent plus de lumière qu'ils ne le feraient sur un toboggan classique, et toute cette lumière est dirigée vers le détecteur du microscope. Cela se traduit par des images plus claires ou qui peuvent être générées plus rapidement.

"Ce que j'ai vu jusqu'à présent est très prometteur, " dit Séverine Lorrain, un technicien supérieur de l'Unité d'Analyse des Protéines de l'UNIL qui travaille sur la détection des protéines dans les échantillons. « J'ai été vraiment impressionné par l'efficacité des lames à amplifier le signal de fluorescence. Cela signifie que j'ai pu éviter de passer par une étape d'amplification de signal distincte, un gros avantage car cette étape introduit souvent un bruit de fond. »

Jessica Dessimoz, responsable de la Plateforme d'histologie de l'EPFL, trouve également les nouvelles lames prometteuses :« La surface de ces lames améliore la visualisation du signal fluorescent et réduit le temps d'exposition requis. Elle pourrait s'avérer très utile pour des applications comme l'immunofluorescence cyclique.

Permettre un diagnostic précoce

Les scientifiques de l'EPFL visent plusieurs applications pour leur invention, comme le diagnostic précoce de certains types de cancer ou la facilité de lecture et d'archivage des lames d'histopathologie, qui sont couramment utilisés dans les analyses de biopsies. Selon Barbey, « Scanner des lames conventionnelles en fluorescence prend beaucoup de temps car les signaux sont faibles. Mais avec nos lames, le processus pourrait aller beaucoup plus vite. Le plus dur sera de convaincre les chercheurs de renoncer à certaines de leurs anciennes lames !" Raphaël Barbey travaille actuellement à l'industrialisation de la production de ces lames avec un autre fleuron de la technologie neuchâteloise, le CSEM (Centre Suisse d'Électronique et de Microtechnique).

Ces nouvelles lames marquent un tournant dans le domaine de la microscopie à fluorescence. Presque toutes les pièces du microscope ont été continuellement optimisées au cours des dernières décennies, sauf pour les diapositives. Les sources lumineuses sont désormais plus puissantes, les caméras sont plus sensibles et les objectifs de meilleure qualité. "Étonnamment, les diapositives ont été un peu oubliées dans ce processus d'amélioration, " dit Barbey. " L'avantage de notre approche est qu'elle implique un changement mineur pour les utilisateurs de microscopes, mais pourrait considérablement améliorer les performances de leurs instruments. "