La microscopie à fluorescence donne aux chercheurs un pouvoir incroyable pour éclairer les plus petites structures et capturer les activités en temps réel des cellules vivantes en marquant les molécules biologiques avec un véritable arc-en-ciel de colorants fluorescents. Cette puissance a un coût :la technologie peut être coûteuse et longue et, jusque là, a résisté aux tentatives d'automatisation.

Cette situation est peut-être en train de changer, avec l'introduction de plates-formes basées sur des puces microfluides. Une de ces plateformes nouvellement développées a été développée par une équipe de chercheurs japonais. Leur système permet aux scientifiques d'imager rapidement des cellules fluorescentes cultivées à l'intérieur de la puce à l'aide d'un capteur d'image CMOS, la même technologie que l'on retrouve dans l'appareil photo d'un smartphone. Le nouveau système, décrit cette semaine dans Avances AIP , a de nombreuses utilisations potentielles dans la recherche biomédicale.

« Les microscopes optiques de table conventionnels sont des outils puissants pour les chercheurs, mais ils ne sont pas vraiment adaptés aux systèmes entièrement automatisés en raison du coût et de la nécessité de techniciens bien formés, " dit Hiroaki Takehara, qui étudie les dispositifs automatisés de traitement cellulaire à l'Université de Tokyo et est l'un des auteurs de l'étude.

Pour développer un système sur puce, il a fait équipe avec le co-auteur Jun Ohta du Nara Institute of Science and Technology, un expert de la technologie des capteurs d'images CMOS.

D'autres groupes ont déjà développé des systèmes de microscopie à fluorescence à base de puces, mais ces configurations nécessitaient que l'échantillon repose directement sur la puce du capteur d'image, ce qui introduit le risque de contamination croisée. Ces systèmes ne peuvent pas être vraiment à haut débit car les puces du capteur doivent être lavées entre chaque utilisation.

Takehara et ses collègues ont développé des puces jetables pour surmonter ces limitations. La puce contient des canaux microfluidiques spécialement conçus pour la culture de cellules et l'introduction de milieux de culture, médicaments et autres molécules biologiques. La puce a un fond en verre ultra-mince qui minimise la distance entre les cellules et le capteur de contact en dessous. Un capteur d'image CMOS détecte la fluorescence émise par les cellules, le transforme en un signal électronique puis reconstruit l'image.

Pour démontrer l'efficacité de leur système, les chercheurs ont cultivé des cellules contenant des colorants fluorescents dans leurs noyaux à l'intérieur des microcanaux. Lorsqu'ils ont exposé les cellules au facteur de croissance endothélial (EGF), qui provoque la prolifération cellulaire, les cultures ont émis un signal de fluorescence plus intense que les cultures non traitées à l'EGF, indiquant que le capteur a détecté une croissance cellulaire.

Les auteurs reconnaissent que la plate-forme de microscopie à fluorescence sur puce produit des images avec une résolution spatiale inférieure à celles des microscopes à fluorescence conventionnels, mais offre l'avantage d'être compatible avec des systèmes entièrement automatisés. La petite taille de la plate-forme et son prix abordable la rendent également attrayante pour une utilisation dans des dispositifs implantables pour mesurer le glucose ou même l'activité cérébrale.

Dans les travaux futurs, Takehara envisage d'explorer l'utilisation de la plate-forme pour surveiller la production de cellules souches en vue d'une utilisation en médecine régénérative et pour le criblage de nouveaux médicaments.

« Le coût excessif du développement de nouveaux médicaments pharmaceutiques et le besoin urgent d'une technologie de dépistage [abordable] sont devenus un problème urgent, " a déclaré Takehara. " Un système entièrement automatisé, de la manipulation des échantillons à la détection, sans la nécessité de techniciens bien formés est une technologie clé, et joue un rôle central dans le développement d'un dépistage cellulaire rentable. »