Grâce à cela, ils ont pu capturer pour la première fois des images de structures à base de carbone dans des cellules vivantes, avant que les rayons X mous ne les endommagent. Des miroirs Wolter raffinés, un type de miroir ultra précis, ont été créés pour permettre au microscope de capturer des images avec une haute résolution spatiale et un large champ de vision.

À l’avenir, l’équipe espère utiliser ce microscope pour mieux comprendre la nature dynamique de la biologie cellulaire. L'étude est publiée dans la revue Optica .

Il existe une différence entre les rayons X mous et les rayons X durs. Les rayons X durs sont ce que vous aurez probablement rencontré si vous avez passé les contrôles de sécurité à l'aéroport ou si vous avez subi une fracture d'un membre. Les rayons X mous sont généralement réservés à la recherche, allant de l'étude de la biologie et de la chimie aux minéraux et météorites. Les rayons X mous sont capables de fournir des informations chimiques sur des échantillons et des images détaillées au niveau subcellulaire, mais leur utilisation a été limitée en raison de l'équipement très spécialisé requis et, en biologie, des dommages qu'ils causent aux cellules vivantes.

Cependant, une équipe de chercheurs a construit un nouveau microscope à rayons X mous grâce auquel ils pourraient pour la première fois observer des cellules vivantes de mammifères. Ils ont pu prendre des images de structures carbonées à l’intérieur des cellules, ce qui n’avait jamais été observé auparavant avec d’autres instruments. Le carbone est l'un des principaux éléments de la vie, il ouvre donc une nouvelle fenêtre sur une partie vitale de nous-mêmes.

Le microscope comporte deux éléments clés :un laser à électrons libres à rayons X mous ; et les miroirs Wolter de haute précision, un type de miroir largement utilisé dans les télescopes à rayons X pour l'observation de l'espace. Les miroirs ont été fabriqués à l'aide d'une technologie créée par l'auteur principal Satoru Egawa, professeur adjoint du Centre de recherche pour les sciences et technologies avancées de l'Université de Tokyo.

"Un laser à électrons libres à rayons X doux a fourni une illumination par impulsions à une vitesse de dizaines de femtosecondes (une femtoseconde étant un millionième d'un milliardième de seconde). La durée ultracourte des impulsions de rayonnement nous a permis de prendre une image avant la structure de la cellule vivante a été altérée par les dommages causés par les radiations", a expliqué Egawa.

"Nous avons utilisé des miroirs Wolter pour l'éclairage et l'imagerie. Ces miroirs offrent un large champ de vision, peuvent résister à l'irradiation des lasers puissants et ne présentent aucune distorsion des couleurs, ce qui les rend idéaux pour observer des échantillons à différentes longueurs d'onde."

Bien que des lasers à électrons libres à rayons X mous aient déjà été utilisés pour étudier des virus et des bactéries plus petits, les cellules de mammifères étaient trop grosses pour être étudiées de cette façon. Cependant, en utilisant des miroirs Wolter, l'équipe a pu obtenir un champ de vision plus large et utiliser un porte-échantillon plus épais pouvant contenir des cellules plus grandes.

Les images résultantes ont montré des détails sur la teneur en carbone dans les cellules qui n'avaient pas été observés par d'autres méthodes, telles que la microscopie électronique et la microscopie à fluorescence.

"Il a été surprenant pour nous de découvrir une voie carbonée entre le nucléole (une structure du noyau de la cellule, impliquée dans le fonctionnement et la survie des cellules) et la membrane nucléaire (qui enveloppe le noyau), qui n'avait pas été observée au microscope à lumière visible, " dit Egawa.

Des lasers à électrons libres à rayons X doux plus brillants sont disponibles, ce qui permettrait d'obtenir des images encore plus claires avec moins de « bruit » granuleux. En ajoutant des lasers plus brillants et des miroirs Wolter plus précis, l’équipe espère améliorer le microscope afin qu’il puisse observer davantage d’éléments biochimiques. Cela pourrait également aider à éclairer certaines des réactions et interactions vitales qui ont lieu au sein des cellules vivantes.