Les chercheurs en médecine sont confrontés à un obstacle lorsqu'ils étudient des cellules au microscope optique :les lois de la physique. Obtenir une image de quoi que ce soit en dessous d'une certaine taille est compliqué; les ouvertures optiques et la longueur d'onde de la lumière visible font des ravages avec la clarté. Connue sous le nom de limite de diffraction, il a été rencontré pour la première fois par le physicien allemand Ernst Abbe en 1873, et limite la résolution à 200 nanomètres (nm) au mieux (ou 200 milliardièmes de mètre).

Au cours des 20 dernières années, de nouvelles techniques de « super-résolution » ont dépassé cet obstacle, imager des objets jusqu'à quelques nanomètres. L'un d'eux, Microscopie STED (ou à déplétion par émission stimulée), a même remporté le prix Nobel de physique 2014. Mais la super-résolution a des limites :elle nécessite soit des outils complexes, soit un traitement informatique poussé, ce qui peut ajouter des pépins flous. Et il utilise souvent des colorants moléculaires comme étiquettes fluorescentes, qui se dégradent facilement sous la lumière laser, les rendant impossibles à utiliser pour les poses longues.

Au Centre de biophotonique à l'échelle nanométrique (CNBP), les scientifiques explorent une nouvelle stratégie qui prolonge le temps dont les chercheurs disposent pour analyser les cellules au microscope. Il repose sur une utilisation intelligente d'un autre type de marqueur fluorescent appelé nanoparticules à conversion ascendante, ou UCNP.

« Les propriétés optiques des UCNP offrent de nombreuses opportunités pour les applications de biodétection et, Plus précisément, pour l'imagerie super-résolution, " a déclaré le Dr Simone De Camillis, chercheur postdoctoral au nœud de l'Université Macquarie du CNBP, qui fait partie de l'équipe dirigée par le professeur Jim Piper, chercheur en chef pour le groupe de détection et d'imagerie avancées.

L'équipe a développé une nouvelle classe d'UCNP dont la luminosité change brusquement lorsqu'elle est excitée par la lumière proche infrarouge. Ce comportement peut être exploité pour imager des objets à une résolution moitié de la limite de diffraction, de sorte que ces particules extrêmement petites peuvent être vues beaucoup plus clairement. Et ce qui est plus, la méthode peut être appliquée aux microscopes confocaux standard largement utilisés dans les laboratoires d'aujourd'hui.

Parce qu'il repose sur une lumière de puissance relativement faible, la technique, connue sous le nom de microscopie à excitation-émission super-linéaire à conversion ascendante (uSEE), est relativement inoffensive pour les cellules vivantes et pourrait permettre une imagerie plus profonde dans les tissus.

Les UCNP peuvent également opérer en parallèle de la démarche STED, permettant l'imagerie jusqu'à 60 nm, comparable aux performances des STED classiques utilisant des colorants moléculaires.

L'équipe perfectionne actuellement la conception des nouveaux UCNP et leur capacité à les fabriquer avec une plus grande fiabilité. Ces améliorations, ainsi qu'une capacité d'imagerie améliorée approchant la taille d'une seule nanoparticule, ouvrir la voie à « l'imagerie quantitative » :la capacité de compter le nombre réel d'UCNP dans les cellules, ainsi que d'identifier la position de chaque sonde nanoparticulaire individuelle et de savoir où elles se trouvent.

"Actuellement, quand ils sont très proches l'un de l'autre, il peut être difficile de les distinguer, " a déclaré De Camillis. " Nous expérimentons donc maintenant la composition et la structure des UCNP pour pouvoir vraiment résoudre des UCNP uniques, même quand ils se regroupent."