Pour surmonter ce défi, les chercheurs ont combiné la microscopie STED avec l'excitation à deux photons (2PE) et l'optique adaptative. « 2PE permet une imagerie plus profonde dans les tissus en utilisant des longueurs d'onde du proche infrarouge plutôt que la lumière visible, " dit Mary Grace M. Velasco, premier auteur de l'article. "La lumière infrarouge est moins sensible à la diffusion et, donc, est mieux en mesure de pénétrer profondément dans le tissu."

Les chercheurs ont également ajouté une optique adaptative à leur système. "L'utilisation de l'optique adaptative corrige les distorsions de la forme de la lumière, c'est à dire., les aberrations optiques, qui surviennent lors de l'imagerie dans et à travers les tissus, " dit Velasco. " Pendant l'imagerie, l'élément adaptatif modifie le front d'onde de la lumière exactement à l'opposé de ce que fait le tissu de l'échantillon. Les aberrations de l'élément adaptatif, donc, annuler les aberrations du tissu, créant des conditions d'imagerie idéales qui permettent de récupérer les capacités de super-résolution STED dans les trois dimensions."

Voir les changements dans le cerveau

Les chercheurs ont testé leur technique 3-D-2PE-STED en imageant d'abord des structures bien caractérisées dans des cellules en culture sur une lamelle. Par rapport à l'utilisation du 2PE seul, Volumes résolus 3-D-2PE-STED plus de 10 fois plus petits. Ils ont également montré que leur microscope pouvait résoudre la distribution de l'ADN dans le noyau des cellules de la peau de souris bien mieux qu'un microscope conventionnel à deux photons.

Après ces tests, les chercheurs ont utilisé leur microscope 3-D-2PE-STED pour imager le cerveau d'une souris vivante. Ils ont zoomé sur une partie d'une dendrite et ont résolu la structure 3-D des épines individuelles. Ils ont ensuite photographié la même zone deux jours plus tard et ont montré que la structure de la colonne vertébrale avait effectivement changé pendant cette période. Les chercheurs n'ont observé aucun changement dans la structure des neurones dans leurs images ou dans le comportement des souris qui indiqueraient des dommages causés par l'imagerie. Cependant, ils prévoient d'étudier cela plus avant.

"Les épines dendritiques sont si petites que sans super-résolution, il est difficile de visualiser leur forme exacte en 3D, sans parler des changements de cette forme au fil du temps, " a déclaré Velasco. " 3-D-2PE-STED fournit maintenant les moyens d'observer ces changements et de le faire non seulement dans les couches superficielles du cerveau, mais aussi plus profondément à l'intérieur, où plus de connexions intéressantes se produisent."