Les particules microlaser sont devenues des sondes optiques uniques pour le suivi des cellules individuelles. Cependant, en raison de la directivité inhérente des émissions laser, le suivi cellulaire avec des particules laser souffre de pertes fréquentes de traces cellulaires. Récemment, des scientifiques de la Harvard Medical School et de l'Université de Pékin ont placé des particules laser visibles omnidirectionnelles dans des cellules vivantes, et a démontré un suivi spatial continu de cellules individuelles. La technique ouvrira de nouvelles voies pour l'analyse unicellulaire à grande échelle dans l'étude de l'hétérogénéité cellulaire.

Les particules laser sont des lasers micrométriques et nanométriques sous forme de particules dispersables en solution aqueuse, qui ont suscité un intérêt considérable dans les sciences de la vie en tant que nouvelle sonde optique prometteuse. Les particules laser émettent une lumière vive avec une bande passante spectrale extrêmement étroite. En transférant des particules laser dans des cellules vivantes comme le montre la figure 1, les cellules individuelles d'une population hétérogène peuvent être suivies en utilisant l'empreinte spectrale spécifique de chaque particule intracellulaire en tant que code-barres optiquement lisible. Cependant, les particules laser émettent une lumière directionnelle (Figure 2) et se dispersent librement à l'intérieur des cellules vivantes, leur orientation varie aléatoirement dans le temps. Par conséquent, la lecture optique de ces étiquettes entraîne un clignotement « de type phare », entraînant des pertes fréquentes de traces cellulaires.

Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , scientifiques du groupe du professeur Seok-Hyun Yun à la Harvard Medical School, et le groupe du professeur Yun-Feng Xiao à l'Université de Pékin démontre le suivi d'une seule cellule avec des particules laser intracellulaires conçues pour émettre de manière presque homogène dans toutes les directions. L'émission laser omnidirectionnelle est obtenue en incorporant la diffusion de la lumière dans la cavité du microdisque, ce qui réduit les fluctuations d'intensité dépendantes de l'orientation de deux ordres de grandeur (Figure 2), permettant un suivi sans clignotement de cellules individuelles dans les mêmes conditions où la technologie existante souffre d'échecs de suivi fréquents. La technique rapportée ouvrira de nouvelles voies pour l'analyse unicellulaire à grande échelle, et faciliter d'autres applications de particules laser, telles que la détection cellulaire et biochimique et l'analyse unicellulaire en microfluidique.

Ces scientifiques résument le principe de marquage unicellulaire des particules laser :« En règle générale, les chercheurs utilisent des sondes fluorescentes pour marquer des cellules spécifiques, mais seules quelques couleurs peuvent être utilisées en même temps avant que le chevauchement spectral ne devienne un problème. Les particules laser sont de minuscules lasers qui peuvent être insérés à l'intérieur des cellules vivantes. Ces minuscules lasers peuvent être conçus pour produire beaucoup plus de couleurs distinctes. Les particules laser intracellulaires d'une couleur spécifique se déplaceront avec les cellules vivantes, et par conséquent, les cellules individuelles peuvent être suivies lorsqu'elles se déplacent dans des échantillons biologiques complexes, " a déclaré le Dr Shui-Jing Tang, un ancien étudiant invité à la Harvard Medical School et actuellement chercheur postdoctoral Boya à l'Université de Pékin.

"Malheureusement, les particules laser émettent de la lumière dans une direction spécifique. Lorsque les particules tournent librement au fil du temps à mesure que la cellule se déplace, leur éclat apparent, vu par un photodétecteur, change radicalement. Nous avons développé un nouveau type de particules laser émettant de la lumière dans toutes les directions. Par conséquent, les traces spatiales des cellules pouvaient être suivies en continu, quelle que soit l'orientation de chaque particule à l'intérieur d'une cellule, " a ajouté Paul Dannenberg, un étudiant diplômé de la Harvard Medical School.

"La technique présentée permet de détecter et d'identifier de manière fiable les particules laser dans le temps dans les applications de suivi cellulaire, qui pourrait permettre une analyse unicellulaire à grande échelle dans des échantillons biologiques complexes. En plus du suivi des cellules, notre travail facilitera d'autres applications des particules laser, telles que la détection cellulaire et biochimique et l'analyse unicellulaire en microfluidique, " a déclaré le Dr Andreas Liapis, chercheur à l'Université Harvard.