Un arsenal d'outils de microscopie avancés est désormais disponible pour fournir une visualisation de haute qualité des cellules et des organismes en 3D et a ainsi étayé notre compréhension des systèmes et fonctions biologiques complexes.

Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , une équipe de recherche dirigée par l'Université de Hong Kong (HKU) a développé une nouvelle forme de modalité d'imagerie, a inventé la microscopie à matrice de feuille de lumière codée (CLAM) qui permet une imagerie de fluorescence parallélisée en 3D sans aucun mécanisme de balayage, une capacité qui est par ailleurs difficile dans les techniques existantes.

Techniques établies de microscopie biologique 3D, notamment confocale, microscopie multiphotonique, et microscopie à fluorescence à feuillets de lumière (LSFM), s'appuient principalement sur le balayage laser pour la capture d'images. Encore, cela se fait au détriment de la vitesse d'imagerie car tout le volume doit être scanné séquentiellement point par point, ligne par ligne ou plan par plan à une vitesse limitée par les mouvements mécaniques impliquant les pièces d'imagerie.

Encore pire, de nombreuses approches de balayage en série excitent à plusieurs reprises la fluorescence hors foyer, et ainsi accélérer le photoblanchiment et les photodommages. Ils ne sont donc pas favorables à long terme, imagerie volumétrique à grande échelle indispensable dans des applications aussi diverses que la science anatomique, biologie du développement et neurosciences.

La parallélisation 3D dans CLAM nécessite un éclairage encore plus doux pour atteindre un niveau similaire de sensibilité d'image à la même fréquence d'images volumétrique. D'où, il réduit encore le taux de photoblanchiment et donc le risque de photodommage. Il s'agit d'un attribut essentiel pour préserver la viabilité des échantillons biologiques dans les études de surveillance à long terme.

Le cœur de CLAM est le concept de « miroir infini » (c'est-à-dire, une paire de miroirs parallèles), ce qui est courant dans les arts visuels et la décoration, et a déjà été adopté par la même équipe pour permettre une imagerie unicellulaire optofluidique ultrarapide. Ici, l'équipe a utilisé le « miroir infini » avec une simple mise en forme de faisceau pour transformer un seul faisceau laser en un réseau haute densité de quelques dizaines de feuilles de lumière pour une excitation de fluorescence parallélisée en 3D.

"Une caractéristique distincte de CLAM est sa capacité à reconfigurer de manière flexible la densité spatiale et la cohérence temporelle du réseau de nappes lumineuses, simplement en ajustant la géométrie du miroir, tels que la séparation des miroirs et l'angle d'inclinaison, " a expliqué le Dr Yuxuan Ren, le chercheur postdoctoral et le premier auteur de l'ouvrage.

« Cette capacité a été un défi dans les méthodes existantes de mise en forme de front d'onde cohérent, mais pourrait permettre un LSFM 3D parallélisé efficace dans l'imagerie tissulaire dispersée avec un artefact de speckle minimal, " ajouta Ren.

CLAM adopte également le multiplexage par répartition en code (CDM) (par exemple, multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence démontré dans ce travail), une technique largement utilisée dans les télécommunications, pour imprimer le signal de fluorescence de chaque plan d'image avec un code unique. Par conséquent, il permet la capture d'images 3D parallélisées avec sectionnement optique en utilisant un capteur d'images 2D.

"CLAM n'a pas de limitation fondamentale dans la mise à l'échelle vers un débit de volume plus élevé à mesure que la technologie des caméras progresse continuellement, " Dr Kevin Tsia, a souligné le professeur agrégé au département de génie électrique et électronique de HKU et le principal chercheur de l'équipe.

"Aussi, CLAM peut être adapté à tous les systèmes LSFM existants avec une modification matérielle ou logicielle minimale. Par conséquent, il est facilement disponible pour diffusion à l'ensemble de la communauté des LSFM et des techniques d'imagerie 3D associées, " ajouta Tsia.