L'intérieur des cellules vivantes peut être vu dans leur état naturel avec plus de détails que jamais grâce à une nouvelle technique développée par des chercheurs au Japon. Cette avancée devrait permettre de révéler les interactions biologiques complexes et fragiles des mystères médicaux, comme la façon dont les cellules souches se développent ou comment administrer des médicaments plus efficacement.

"Notre système est basé sur un concept simple, qui est l'un de ses avantages, " a déclaré le professeur agrégé Takuro Ideguchi de l'Institut de recherche de l'Université de Tokyo pour la science et la technologie des photons. Les résultats de l'équipe d'Ideguchi ont été publiés récemment dans Optique , le journal de recherche de l'Optical Society.

La nouvelle méthode présente également l'avantage d'utiliser des cellules vivantes sans les endommager par une lumière intense, ou attacher artificiellement des étiquettes fluorescentes à des molécules spécifiques.

La technique combine deux outils de microscopie préexistants et les utilise simultanément. La combinaison de ces outils peut être considérée simplement comme un livre de coloriage.

« Nous rassemblons le contour en noir et blanc de la cellule et nous colorons virtuellement les détails sur l'emplacement des différents types de molécules, " dit Ideguchi.

La microscopie de phase quantitative recueille des informations sur le contour en noir et blanc de la cellule en utilisant des impulsions lumineuses et en mesurant le déplacement des ondes lumineuses après leur passage à travers un échantillon. Ces informations sont utilisées pour reconstruire une image 3-D des principales structures à l'intérieur de la cellule.

L'imagerie vibrationnelle moléculaire fournit la couleur virtuelle en utilisant des impulsions de lumière infrarouge moyen pour ajouter de l'énergie à des types spécifiques de molécules. Cette énergie supplémentaire fait vibrer les molécules, qui réchauffe leur environnement local. Les chercheurs peuvent choisir d'augmenter la température de types spécifiques de liaisons chimiques en utilisant différentes longueurs d'onde de lumière infrarouge moyen.

Les chercheurs prennent une image de microscopie de phase quantitative de la cellule avec la lumière infrarouge moyenne éteinte et une image avec elle allumée. La différence entre ces deux images révèle alors à la fois le contour des principales structures à l'intérieur de la cellule et les emplacements exacts du type de molécule ciblé par la lumière infrarouge.

Les chercheurs appellent leur nouvelle méthode d'imagerie combinée une imagerie de phase quantitative biochimique avec effet photothermique dans l'infrarouge moyen.

« Nous avons été impressionnés lorsque nous avons observé pour la première fois la signature vibrationnelle moléculaire caractéristique des protéines, et nous étions encore plus excités lorsque ce signal spécifique à la protéine est apparu au même endroit que le nucléole, une structure intracellulaire où des quantités élevées de protéines seraient attendues, " dit Ideguchi.

L'équipe d'Ideguchi espère que leur technique pourrait permettre aux chercheurs de déterminer la distribution de types fondamentaux de molécules à l'intérieur de cellules individuelles. Le contour quantitatif de la microscopie de phase des principales structures pourrait être virtuellement coloré en utilisant différentes longueurs d'onde de la lumière pour cibler spécifiquement les protéines, lipides (graisses) ou acides nucléiques (ADN, ARN).

Actuellement, la capture d'une image complète peut prendre 50 secondes ou plus. Les chercheurs sont convaincus qu'ils peuvent accélérer le processus avec de simples améliorations de leurs outils, y compris une source lumineuse plus puissante et une caméra plus sensible.