Jusque récemment, si les scientifiques voulaient étudier les cellules sanguines, algues, ou des bactéries au microscope, ils devaient monter ces cellules sur un substrat tel qu'une lame de verre. Des physiciens des universités de Bielefeld et de Francfort ont mis au point une méthode qui piège les cellules biologiques avec un faisceau laser pour les étudier à très haute résolution. Dans les livres et les films de science-fiction, le principe est connu sous le nom de « poutre tracteur ». En utilisant cette procédure, les physiciens ont obtenu des images de superrésolution de l'ADN dans une seule bactérie. Le physicien Robin Diekmann et ses collègues publient ce nouveau développement dans le dernier numéro de la revue de recherche Communication Nature .

L'un des problèmes auxquels sont confrontés les chercheurs qui souhaitent examiner des cellules biologiques au microscope est que tout traitement préparatoire modifiera les cellules. De nombreuses bactéries préfèrent pouvoir nager librement dans une solution. Les cellules sanguines sont similaires :elles sont continuellement en flux rapide, et ne restent pas sur les surfaces. En effet, adhérer à une surface change leur structure et ils meurent.

«Notre nouvelle méthode nous permet de prélever des cellules qui ne peuvent pas être ancrées sur des surfaces, puis d'utiliser un piège optique pour les étudier à très haute résolution. Les cellules sont maintenues en place par une sorte de faisceau tracteur optique. Le principe de ce faisceau laser est similaire au concept que l'on retrouve dans la série télévisée "Star Trek", " dit le professeur Dr Thomas Huser. Il dirige le groupe de recherche en photonique biomoléculaire de la Faculté de physique. « La particularité est que les échantillons sont non seulement immobilisés sans substrat, mais peuvent également être tournés et tournés. Le faisceau laser fonctionne comme une main tendue pour effectuer des réglages microscopiques.'

Les physiciens de Bielefeld ont développé plus avant la procédure à utiliser en microscopie à fluorescence à superrésolution. Cette technologie est considérée comme une technologie clé en biologie et en biomédecine, car elle offre le premier moyen d'étudier les processus biologiques dans les cellules vivantes à grande échelle, ce qui n'était auparavant possible qu'avec la microscopie électronique. Pour obtenir des images avec de tels microscopes, les chercheurs ajoutent des sondes fluorescentes aux cellules qu'ils souhaitent étudier, et ceux-ci s'allumeront alors lorsqu'un faisceau laser sera dirigé vers eux. Un capteur peut ensuite être utilisé pour enregistrer ce rayonnement fluorescent afin que les chercheurs puissent même obtenir des images tridimensionnelles des cellules.

Dans leur nouvelle méthode, les chercheurs de Bielefeld utilisent un deuxième faisceau laser comme piège optique afin que les cellules flottent sous le microscope et puissent être déplacées à volonté. « Le faisceau laser est très intense mais invisible à l'œil nu car il utilise la lumière infrarouge, " dit Robin Diekmann, membre du groupe de recherche en photonique biomoléculaire. « Lorsque ce faisceau laser est dirigé vers une cellule, des forces se développent à l'intérieur de la cellule qui la maintiennent dans le foyer du faisceau, " dit Diekmann. Grâce à leur nouvelle méthode, les physiciens de Bielefeld ont réussi à maintenir et à faire tourner des cellules bactériennes de telle manière qu'ils puissent obtenir des images des cellules de plusieurs côtés. Grâce à la rotation, les chercheurs peuvent étudier la structure tridimensionnelle de l'ADN à une résolution d'environ 0,0001 millimètre.

Le professeur Huser et son équipe souhaitent modifier davantage la méthode afin qu'elle leur permette d'observer l'interaction entre les cellules vivantes. Ils pourraient alors étudier, par exemple, comment les germes pénètrent dans les cellules.

Pour développer les nouvelles méthodes, les scientifiques de Bielefeld travaillent en collaboration avec le professeur Dr. Mike Heilemann et Christoph Spahn de l'université Johann Wolfgang Goethe de Francfort-sur-le-Main.