Lorsqu'on étudie la croissance des tumeurs, ou comment les produits pharmaceutiques affectent différents types de cellules, les chercheurs doivent comprendre comment les molécules d'une cellule réagissent et interagissent. Ceci est possible avec la microscopie laser moderne. Jusqu'à maintenant, cependant, les molécules dans les échantillons cellulaires devaient être marquées avec des substances fluorescentes afin de les rendre visibles, et cela peut fausser le comportement même des molécules. Des groupes de recherche de l'Université de Bielefeld et de l'Université de Hong Kong ont mis au point un microscope laser qui fonctionne sans avoir à marquer les molécules. Pour ça, les chercheurs ont innové un laser à fibre compact unique au lieu des lasers à solide qui avaient été utilisés auparavant. Le nouveau microscope génère beaucoup moins de bruit lors de son utilisation que les conceptions habituelles, ce qui le rend approprié pour une utilisation dans les salles d'opération. Les chercheurs ont présenté leur technologie innovante dans la revue Lumière :science et applications , qui est publié par Springer Nature.

"L'imagerie microscopique sans marquage est actuellement un sujet brûlant dans la recherche biomédicale, " dit le professeur Dr Thomas Huser, un biophysicien qui dirige le groupe de recherche en photonique biomoléculaire à l'Université de Bielefeld. Son équipe a travaillé avec le professeur Dr Kenneth K.Y. Le groupe de recherche de Wong à l'Université de Hong Kong sur le microscope laser à fibre.

"La coloration avec des marqueurs fluorescents est généralement inadaptée aux tissus in-vivo, " dit Huser. " La microscopie sans étiquette est nécessaire, par exemple, pour étudier comment divers nouveaux types de cellules se développent à partir de cellules souches. Il permet également de délimiter une tumeur du tissu normal sans coloration. Et nous pouvons déterminer comment les composés pharmaceutiques réagissent avec les molécules dans les cellules des tissus musculaires du cœur et du foie, ainsi que d'autres cellules."

Dans les années récentes, les lasers à fibre ont été fréquemment évalués pour une utilisation dans des nanomicroscopes optiques, dans lequel la lumière est transmise à travers des fibres de verre plutôt qu'à travers un corps solide de cristal ou de verre. « Dans les microscopes, cependant, les lasers à fibre étaient auparavant inférieurs aux lasers à solide car ils étaient moins puissants et très bruyants, " explique Huser. Pour obtenir une imagerie spécifique à la molécule avec leur microscope, les scientifiques utilisent non pas un mais deux résonateurs optiques synchronisés (cavités laser). De ces résonateurs, les faisceaux laser convergent sur l'échantillon à tester. Les deux lasers envoient leurs longueurs d'onde en courtes impulsions picosecondes, une picoseconde étant un milliardième de seconde. "L'un des défis ici était de contrôler les lasers afin que les longueurs d'onde frappent l'échantillon à travers la lentille exactement au même moment, " dit Thomas Huser.

En tant que Dr Cihang (Sherry) Kong, explique, un avantage important du nouveau microscope laser à fibre est qu'il est plus facile à utiliser qu'un microscope laser à solide classique. Le Dr Kong est un collègue de Thomas Huser et l'un des principaux auteurs de cette étude. "C'est moins sujet à l'erreur, et parce que les molécules n'ont pas à être préalablement marquées, le spécimen ne prend pas autant de temps à préparer par rapport à l'utilisation d'autres microscopes. » Le prototype du microscope servira désormais de base à partir de laquelle construire des appareils portables. « Un microscope compact pourrait alors être utilisé dans la salle d'opération, par exemple pour marquer les frontières tumorales lors d'une opération, " dit Cihang-Kong.

Pour s'assurer que le microscope laser à fibre peut être facilement reproduit, les chercheurs de Bielefeld et de Hong Kong travaillent sur un prototype de l'appareil. La recherche coopérative des deux groupes a été financée par le German Academic Exchange Service (DAAD) et le Hong Kong Research Grants Council (RGC), et se poursuivra désormais dans le cadre du projet européen DeLIVER. « Cela nous a permis de partager nos connaissances entre nous, nous avons pu mener des recherches au laboratoire de Hong Kong pendant plusieurs mois, et des collègues de Hong Kong ont pu venir à Bielefeld et nous aider ici, " dit le Dr Christian Pilger, qui est membre du groupe de recherche de Huser et est également un auteur principal de l'étude.

« La nouvelle technologie offre des avantages pour de nombreuses applications biomédicales, " dit Kenneth Wong, qui dirige le groupe de recherche à Hong Kong. "La détection précoce des tumeurs n'est qu'un exemple spécifique de cela." Pour Kenneth Wong, le succès de leurs recherches est le résultat d'une coopération étroite depuis de nombreuses années entre l'Université de Bielefeld et l'Université de Hong Kong. « La recherche en technologies biomédicales et de santé rassemble nos deux universités, surtout quand il s'agit de techniques d'imagerie."

Pour Thomas Huser, il y a de bonnes chances que le nouveau microscope puisse être utilisé dans des applications cliniques dans les années à venir. « Des études préliminaires en coopération avec l'hôpital Evangelisches Klinikum Bielefeld sont déjà en cours pour utiliser le microscope pour analyser des échantillons de tissus hépatiques. Nos partenaires du projet ont été étonnés par ce que ce microscope peut faire.