Le nouveau microscope est essentiellement trois microscopes en un :un système optique adaptatif pour maintenir l'éclairage fin d'une nappe de lumière en treillis lorsqu'elle pénètre dans un organisme, et un autre système optique adaptatif pour créer des images sans distorsion lorsque vous regardez le plan illuminé d'en haut. En projetant un laser à travers l'une ou l'autre des voies, les chercheurs créent un point lumineux brillant dans la région qu'ils souhaitent imager. Les distorsions de l'image de cette "étoile guide" indiquent à l'équipe la nature des aberrations optiques le long de l'une ou l'autre voie. Les chercheurs peuvent corriger ces distorsions en appliquant des distorsions égales mais opposées à un modulateur de lumière pixélisé côté excitation, et un miroir déformable à la détection. Sur de gros volumes, les distorsions changent à mesure que la lumière traverse différents tissus. Dans ce cas, l'équipe assemble de grandes images 3D à partir d'une série de sous-volumes, chacun avec ses propres corrections d'excitation et de détection indépendantes.

Les résultats offrent un nouveau regard électrisant sur la biologie, et révèlent une métropole animée en action au niveau subcellulaire. Dans un film au microscope, une cellule immunitaire orange ardente se tortille follement à travers l'oreille d'un poisson zèbre tout en ramassant des particules de sucre bleu en cours de route. En autre, une cellule cancéreuse traîne des appendices collants lorsqu'elle roule dans un vaisseau sanguin et tente de s'accrocher à la paroi du vaisseau.

La complexité de l'environnement multicellulaire 3-D peut être écrasante, Betzig dit, mais la clarté de l'imagerie de son équipe leur permet d'« exploser » informatiquement les cellules individuelles dans les tissus pour se concentrer sur la dynamique au sein de n'importe quelle cellule en particulier, comme le remodelage des organites internes au cours de la division cellulaire.

Tous ces détails sont difficiles à voir sans optique adaptative, dit Betzig. "C'est juste trop flou." À son avis, l'optique adaptative est l'un des domaines les plus importants de la recherche en microscopie aujourd'hui, et le microscope à feuille de lumière en treillis, qui excelle dans l'imagerie 3D en direct, est la plate-forme idéale pour montrer sa puissance. L'optique adaptative n'a pas encore vraiment décollé, il dit, parce que la technologie a été compliquée, cher, et jusqu'à maintenant, ne vaut clairement pas l'effort. Mais d'ici 10 ans, Betzig prédit, des biologistes de partout seront à bord.

La prochaine grande étape consiste à rendre cette technologie abordable et conviviale. "Les démonstrations techniques et les publications ne se résument pas à une montagne de haricots. La seule mesure par laquelle un microscope doit être jugé est le nombre de personnes qui l'utilisent, et la signification de ce qu'ils découvrent avec, " dit Betzig.

Le microscope actuel remplit une table de 10 pieds de long. "C'est un peu le monstre de Frankenstein en ce moment, " dit Betzig, qui déménage à l'Université de Californie, Berkeley, en automne. Son équipe travaille sur une version de nouvelle génération qui devrait tenir sur un petit bureau à un coût à la portée des laboratoires individuels. Le premier instrument de ce type ira au centre d'imagerie avancé de Janelia, où les scientifiques du monde entier peuvent postuler pour l'utiliser. Les plans pour créer leurs propres copies seront également disponibles gratuitement. Finalement, Betzig espère que la version optique adaptative du microscope à réseau sera commercialisée, comme l'était l'instrument en treillis de base avant lui. Cela pourrait introduire l'optique adaptative dans le courant dominant.

"Si vous voulez vraiment comprendre la cellule in vivo, et l'imager avec la qualité possible in vitro, c'est le prix d'entrée, " il dit.