Une question intéressante est la suivante :si l'angle du bâton fluorescent tenu par mon ami représente une sorte de signal, comment pouvons-nous détecter une telle information angulaire ?

Tout comme ce casse-tête, en raison de la nature hautement transparente des cellules, il est très difficile d’observer les organites qu’elles contiennent. Grâce à la coloration fluorescente, les biologistes peuvent marquer des organites spécifiques à des fins d'observation. La plupart des molécules fluorescentes apparaissent comme des dipôles directionnels lors de l'absorption ou de l'émission.

L'orientation des fluorophores peut révéler des informations importantes sur la structure et la dynamique de leurs organites associés. La microscopie à polarisation de fluorescence s'est également développée comme un outil indispensable pour étudier les caractéristiques d'orientation des biomolécules.

Pour surmonter le défi de la microscopie de polarisation de fluorescence conventionnelle limitée par la diffraction optique, des techniques améliorées de microscopie de polarisation de fluorescence à super-résolution ont été proposées, telles que la microscopie d'orientation-localisation de molécule unique (SMOLM) et la modulation de polarisation (par exemple, SDOM, SPoD, etc. ).

Cependant, du point de vue biotechnologique, malgré le rôle important des filaments biologiques (par exemple, les filaments d'actine et les microtubules) dans les fonctions cellulaires, il manque des approches avec résolution d'orientation 3D et haute résolution spatio-temporelle pour les étudier in vivo.

Pour résoudre le problème de la résolution de l'orientation dipolaire, le groupe de recherche du professeur Xi Peng de l'Université de Pékin a développé une méthode de cartographie de l'orientation dipolaire 2D, SDOM, et une cartographie de l'orientation dipolaire à super-résolution de détection de verrouillage optique, OLID-SDOM. Dans PhotoniX , le groupe de recherche présente un microscope de cartographie d'orientation 3D à super-résolution appelé 3DOM.

La méthode 3DOM est basée sur la microscopie à illumination structurée polarisée développée par le groupe de recherche. En inversant le principe de l'interférence à double fente de Young et en le combinant avec le principe des chemins lumineux réversibles, différents angles des bandes sont utilisés pour produire des faisceaux positifs et négatifs de premier ordre dans différentes directions.

De plus, une seule direction d'éclairage incliné peut être produite en bloquant simplement la lumière négative de premier ordre correspondante. En projetant cette inclinaison sous différents angles de l'axe z et en reconstruisant l'image à l'aide de l'algorithme FISTA, une résolution de haute précision de l'orientation dipolaire peut être obtenue en combinant les coefficients de modulation de polarisation et les résultats de reconstruction dans l'espace réciproque.

Dans l'ensemble, la méthode 3DOM proposée surmonte efficacement les limites de la microscopie à polarisation de fluorescence en termes de résolution spatiale et de cartographie d'orientation 3D à l'aide de l'imagerie grand champ.

3DOM offre une compréhension plus complète de la structure spatiale 3D des molécules fluorophores. Cela nous permet non seulement de distinguer diverses organisations du cytosquelette (filaments d'actine et microtubules), mais également d'acquérir des informations précieuses sur la compacité de liaison des filaments et l'ordre des structures subcellulaires.

De plus, 3DOM possède un potentiel important dans la courbure de l’ADN et l’orientation des organites membraneux. L’un des principaux avantages de 3DOM est sa facilité d’évolutivité vers les systèmes grand champ existants. La mise en œuvre simple, les informations précises sur l'orientation dipolaire 3D et la résolution spatio-temporelle supérieure de 3DOM le rendent adapté à un large éventail d'applications, améliorant ainsi son accessibilité et sa convivialité dans différents contextes de recherche.

Cet outil puissant permet aux chercheurs de démêler les complexités complexes de la structure subcellulaire, de la biomécanique et de la biodynamie, révolutionnant ainsi notre compréhension des processus cellulaires. Les chercheurs prévoient que 3DOM fera progresser la compréhension d'une multitude de structures et d'interactions biologiques opérant à l'échelle nanométrique.