La compréhension des systèmes biologiques et biomédicaux complexes est grandement facilitée par l’imagerie 3D, qui fournit des informations beaucoup plus détaillées que les méthodes bidimensionnelles traditionnelles. Cependant, l'imagerie de cellules et de tissus vivants reste difficile en raison de facteurs tels que la vitesse d'imagerie limitée et la diffusion importante dans des environnements troubles.
Dans ce contexte, les techniques de microscopie multimodale sont remarquables. Plus précisément, les techniques non linéaires telles que la CRS (diffusion Raman cohérente) utilisent la spectroscopie vibrationnelle optique, fournissant une imagerie chimique précise dans les tissus et les cellules, sans étiquette.
De plus, la microscopie à diffusion Raman stimulée (SRS), une méthode CRS, peut capturer avec précision des images de biomolécules en raison de la relation linéaire entre l'intensité Raman stimulée et la concentration des molécules cibles. Il le fait avec une sensibilité élevée et sans interférence d'arrière-plans non résonants indésirables.
Dans une étude récente publiée dans Advanced Photonics , le professeur Zhiwei Huang, directeur du laboratoire de bioimagerie optique du département de génie biomédical du Collège de conception et d'ingénierie de l'Université nationale de Singapour, a travaillé avec son équipe pour développer une nouvelle technique appelée tomographie par diffusion Raman stimulée à modulation de phase (PM- SRST) pour l'imagerie chimique 3D sans étiquette des cellules et des tissus.
Selon Huang, « Cette méthode que nous avons développée permet l'acquisition directe d'informations sur des échantillons 3D dans le domaine spatial, sans nécessiter de procédures de post-traitement. Nous avons également démontré l'utilité de la technique PM-SRST pour améliorer à la fois la résolution latérale et l'imagerie. profondeur de l'imagerie SRS 3D des biotissus."
Dans cette approche, le faisceau « pompe » ordinaire de la méthode SRS est remplacé par un faisceau spécialisé connu sous le nom de faisceau de Bessel. La position d'un autre faisceau, le faisceau Stokes focalisé, est contrôlée à l'aide d'un dispositif appelé modulateur spatial de lumière le long du faisceau de pompe Bessel dans l'échantillon pour une section en Z mécanique sans balayage.
De plus, en combinant le faisceau de pompe Bessel avec un faisceau Stokes de longueur d'onde plus longue, la capacité du PM-SRST à gérer la diffusion est améliorée, permettant la capture d'images rapides et détaillées dans les zones de tissus plus profondes.
L'efficacité de la méthode a été prouvée par des expériences présentant une imagerie chimique volumétrique rapide et sans étiquette sur divers échantillons. Celles-ci comprenaient la surveillance en temps réel du mouvement brownien 3D des billes de polymère dans l'eau, l'observation des processus de diffusion et d'absorption de l'oxyde de deutérium (D2 O) dans les racines des plantes, et étudier la réponse biochimique des cellules cancéreuses du sein à l'acide acétique.
De plus, la profondeur de pénétration de la lumière du PM-SRST a été comparée à celle de l’imagerie SRS conventionnelle. Dans PM-SRST, le signal provenant des zones de tissus plus profondes est nettement plus fort que dans C-SRS, ce qui conduit à une amélioration d'environ deux fois la profondeur d'imagerie.
Huang note :« La propriété de sectionnement optique sans balayage Z du PM-SRST est universelle et peut être facilement étendue à d'autres modalités d'imagerie. Par exemple, le système actuel peut être facilement adapté à la diffusion cohérente anti-Stokes Raman (CARS) tomographie, et en utilisant soit la pompe, soit le faisceau Stokes seul, la technique PM-SRST peut être simplifiée pour faciliter la tomographie de génération de deuxième ou troisième harmonique, la tomographie multiphotonique ou la tomographie par fluorescence."
Capable d'obtenir une imagerie chimique 3D rapide et sans étiquette, la technique PM-SRST peut être utilisée pour étudier les activités métaboliques et les processus dynamiques fonctionnels liés à l'administration de médicaments et aux traitements au sein de cellules et de tissus vivants.
Plus d'informations : Weiqi Wang et al, Tomographie par diffusion Raman stimulée pour une imagerie chimique tridimensionnelle rapide des cellules et des tissus, Advanced Photonics (2024). DOI :10.1117/1.AP.6.2.026001
Fourni par SPIE
