Autrefois, beaucoup de découvertes ont été faites car mieux, des méthodes de mesure plus précises sont devenues disponibles, permettant d'obtenir des données sur des phénomènes jusqu'alors inexplorés. Par exemple, la microscopie à haute résolution a commencé à changer radicalement nos perspectives sur la fonction et la dynamique des cellules. Chercheurs du pôle d'excellence ImmunoSensation2 de l'Université de Bonn, le CHU et le centre de recherche césar ont aujourd'hui développé une méthode qui permet d'utiliser des images multifocales pour reconstituer en 3D le mouvement de processus biologiques rapides. L'étude vient d'être publiée dans la revue Communication Nature .

De nombreux processus biologiques se produisent à l'échelle du nanomètre au millimètre et en quelques millisecondes. Les méthodes établies telles que la microscopie confocale sont adaptées aux enregistrements 3D précis mais n'ont pas la résolution temporelle ou spatiale pour résoudre les processus 3D rapides et nécessitent des échantillons étiquetés. Pour de nombreuses recherches en biologie, l'acquisition d'images à des fréquences d'images élevées est essentielle pour enregistrer et comprendre les principes qui régissent les fonctions cellulaires ou les comportements animaux rapides. Le défi auquel sont confrontés les scientifiques peut être comparé à celui de suivre un match de tennis palpitant :parfois, il n'est pas possible de suivre la balle rapide avec précision, ou la balle n'est pas découverte avant qu'elle ne soit déjà hors limites.

Avec les méthodes précédentes, les chercheurs n'ont pas pu suivre la photo parce que l'image était floue ou que l'objet d'intérêt n'était tout simplement plus dans le champ de vision après la prise de la photo. Les méthodes d'imagerie multifocale standard permettent une imagerie 3D à grande vitesse mais sont limitées par le compromis entre haute résolution et grand champ de vision, et ils nécessitent souvent des étiquettes fluorescentes brillantes.

Pour la première fois, la méthode décrite ici permet d'utiliser une imagerie multifocale avec à la fois un grand champ de vision et une haute résolution spatio-temporelle. Dans cette étude, les scientifiques suivent le mouvement des structures sphériques et filamenteuses non marquées rapidement et avec précision.

Comme décrit de manière très frappante dans l'étude, la nouvelle méthode fournit désormais un nouvel aperçu de la dynamique des battements flagellaires et de son lien avec le comportement de nage des spermatozoïdes. Cette connexion a été possible parce que les chercheurs ont pu enregistrer avec précision le battement flagellaire des spermatozoïdes en nage libre en 3D sur une longue période de temps et suivre simultanément les trajectoires des spermatozoïdes individuels. En outre, les scientifiques ont déterminé le flux de fluide 3D autour du sperme battant. De telles découvertes ouvrent non seulement la porte pour comprendre les causes de l'infertilité, mais pourrait également être utilisé dans ce qu'on appelle la "bionique, " c'est à dire., le transfert de principes trouvés dans la nature aux applications techniques.

Les chercheurs du pôle d'excellence ImmunoSensation2 peuvent déjà utiliser la nouvelle méthode, et pas seulement pour observer les spermatozoïdes. Cette méthode pourrait également être utilisée pour déterminer les cartes de flux 3D résultant du battement de cils mobiles. Les cils mobiles battent de la même manière que la queue du sperme et transportent le liquide. Le flux entraîné par les cils joue un rôle important dans le ventricule du cerveau ou dans les voies respiratoires où il sert à transporter le mucus des poumons vers la gorge. C'est également ainsi que les agents pathogènes sont évacués et repoussés.

Le concept d'imagerie multifocale rapporté dans cette étude est rentable, peut être facilement mis en œuvre, et ne repose pas sur l'étiquetage des objets. Les chercheurs affirment que leur nouvelle méthode peut également trouver sa place dans d'autres domaines, et ils voient de nombreuses autres applications potentielles.