Des scientifiques de l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bioingénierie (NIBIB) ont combiné deux technologies de microscope différentes pour créer des images plus nettes de processus en mouvement rapide à l'intérieur d'une cellule.

Dans un article publié aujourd'hui dans Méthodes naturelles , Hari Shroff, Doctorat., chef de la section de laboratoire du NIBIB sur l'imagerie optique à haute résolution (HROI), décrit ses nouvelles améliorations apportées à la microscopie traditionnelle par fluorescence à réflexion interne totale (TIRF). La microscopie TIRF éclaire l'échantillon à un angle aigu afin que la lumière se réfléchisse, éclairant seulement une section mince de l'échantillon qui est extrêmement proche de la lamelle. Ce processus crée des images très contrastées car il élimine une grande partie de l'arrière-plan, flou, lumière captée par les microscopes conventionnels.

Alors que la microscopie TIRF est utilisée en biologie cellulaire depuis des décennies, il produit des images floues de petites caractéristiques dans les cellules. Autrefois, les techniques de microscopie à super-résolution appliquées aux microscopes TIRF ont permis d'améliorer la résolution, mais de telles tentatives ont toujours compromis la vitesse, rendant impossible l'image claire des objets qui se déplacent rapidement. Par conséquent, de nombreux processus cellulaires restent trop petits ou trop rapides pour être observés.

Shroff et son équipe ont réalisé que s'ils pouvaient prendre une vitesse élevée, microscope super-résolution et le modifier pour agir comme un microscope TIRF, ils pourraient obtenir les avantages des deux. Microscopie à illumination structurée instantanée (iSIM), développé par le laboratoire Shroff en 2013, peut capturer une vidéo à 100 images par seconde, ce qui est plus de 3 fois plus rapide que la plupart des films ou des vidéos Internet. Cependant, iSIM n'a pas le contraste que les microscopes TIRF ont. L'équipe a conçu un simple "masque" qui bloquait la majeure partie de l'éclairage de l'iSIM, imitant un microscope TIRF. La combinaison des points forts des deux types de microscopie a permis aux chercheurs d'observer des objets se déplaçant rapidement environ 10 fois plus rapidement que d'autres microscopes à une résolution similaire.

"La microscopie TIRF existe depuis plus de 30 ans et elle est si utile qu'elle le sera probablement pendant au moins les 30 prochaines, " a déclaré Shroff. "Notre méthode améliore la résolution spatiale de la microscopie TIRF sans compromettre la vitesse, ce qu'aucun autre microscope ne peut faire. Nous espérons que cela nous aidera à clarifier la biologie à grande vitesse qui pourrait autrement être cachée ou brouillée par d'autres microscopes afin que nous puissions mieux comprendre le fonctionnement des processus biologiques. »

Par exemple, avec le nouveau microscope, Shroff et son équipe ont pu suivre les particules Rab11 se déplaçant rapidement près de la membrane plasmique des cellules humaines. Attaché à la cargaison moléculaire qui est transportée autour de la cellule, ces particules se déplacent si vite qu'elles sont floues lorsqu'elles sont imagées par d'autres microscopes. Ils ont également utilisé leur technique pour révéler la dynamique et la distribution spatiale des HRas, une protéine qui a été impliquée dans la facilitation de la croissance des tumeurs cancéreuses. Comme pour tous les microscopes développés par l'équipe Shroff, les chercheurs sont invités à contacter le laboratoire pour essayer le microscope, ou pour acquérir des schémas gratuits de la technologie.