Une équipe de recherche de la Northwestern University a développé une nouvelle méthode pour effectuer une nanoscopie spectroscopique, une approche qui pourrait aider les chercheurs à comprendre des interactions biomoléculaires plus complexes et à caractériser les cellules et les maladies au niveau d'une seule molécule.

Le nouveau système, appelée microscopie de localisation spectroscopique à dispersion asymétrique (SDsSMLM), s'appuie sur les techniques sSMLM existantes développées à la McCormick School of Engineering pour fournir une analyse spectroscopique de molécule unique plus précise afin d'étudier comment les cellules à l'origine de certains cancers, ou des maladies comme la rétinopathie diabétique, fonctionner dans leurs environnements localisés.

Alors que les techniques actuelles de microscopie de localisation de molécule unique spectroscopique permettent d'obtenir simultanément une imagerie à super résolution et une spectroscopie de molécule unique, Les conceptions sSMLM actuelles souffrent d'une résolution d'imagerie et d'une précision spectrale réduites. Cela est dû au fait que le système divise un nombre fini de photons émis - des particules atomiques qui transmettent la lumière électromagnétique - entre deux canaux séparés pour l'imagerie spatiale et spectrale.

« Il ne faut pas se contenter de savoir seulement où se trouve telle molécule ou où se trouvent de nombreuses molécules sans différencier leurs propriétés, " dit Hao Zhang, professeur de génie biomédical, qui a dirigé la recherche. "Notre approche nous permet d'utiliser pleinement tous les photons de chaque émission à la fois pour l'imagerie spatiale et les analyses spectrales. En conséquence, nous avons considérablement amélioré la résolution d'imagerie spatiale et la précision spectrale par rapport aux techniques sSMLM existantes."

Un document décrivant le travail, intitulé « Microscopie de localisation à molécule unique spectroscopique symétriquement dispersée, " a été publié le 25 mai dans la revue Lumière :science et applications . Cheng Sun, professeur de génie mécanique, était un co-auteur sur le papier.

Contrairement aux approches sSMLM existantes, qui utilisent souvent un rapport 1:3 pour diviser les photos entre les canaux spatiaux et spectraux, SDsSMLM engage toutes les photos disponibles pour créer deux images spectrales en miroir. Cette approche extrait les informations spectrales à la résolution la plus élevée possible. En outre, parce que les images sont symétriques, les chercheurs peuvent toujours identifier des informations spatiales en identifiant le point médian entre les deux images spectrales.

Par rapport à un sSMLM existant utilisant le même nombre de photos, les chercheurs ont découvert que SDsSMLM améliorait la précision spatiale de 42 % et la précision spectrale de 10 %.

"Nous avons réalisé que l'information spatiale est totalement négligée dans l'image spectrale dans les techniques sSMLM existantes, " a déclaré Zhang. " Cette approche nous permet d'appliquer tous les photons disponibles pour l'analyse spectrale afin de repousser la limite de résolution tout en acquérant également une imagerie spatiale. "

Lorsqu'il est utilisé avec des techniques d'imagerie spectroscopique de molécule unique, SDsSMLM peut être adapté pour l'imagerie cellulaire 3-D, un outil essentiel en biologie cellulaire et en science des matériaux qui permet aux chercheurs de suivre comment les cellules interagissent dans leur environnement.

"Cette technique est valable pour toutes les molécules, quels que soient leurs spectres d'émission et leurs variations spectrales infimes, même parmi la même espèce de molécules, " a déclaré Zhang. " Avec une résolution spatiale et une précision spectrale améliorées, sSMLM trouvera des applications plus larges dans l'imagerie multimoléculaire dans les cellules et le suivi tridimensionnel de nanoparticules individuelles dans les enquêtes biologiques et chimiques. »

En plus des capacités d'imagerie avancées du système, La nature compacte du SDsSMLM permet une intégration facile et un fonctionnement fiable avec les systèmes de microscope à fluorescence conventionnels. Combiné avec un plug-in open source que les chercheurs ont développé appelé RainbowSTORM, Zhang espère que d'autres membres de la communauté de recherche biologique intégreront cette technique avancée dans leur propre travail.

"Notre conception est autonome et peut être installée dans la majorité des systèmes de microscope, " a déclaré Zhang. "Nous espérons que d'autres chercheurs profiteront de ce que nous avons créé."