L'image de l'interface de la cellule (bleu) et du nanopilier montre des membranes cellulaires enroulées autour du pilier.
(PhysOrg.com) -- Une équipe de recherche de Stanford utilise des nanopiliers lumineux pour donner aux biologistes, neurologues et autres chercheurs un approfondissement, regard plus précis sur les cellules vivantes.
Au fur et à mesure des mots, évanescent ne voit pas assez d'utilité. C'est un terme astucieux dont la beauté dément son vrai sens :éphémère ou s'éteignant rapidement. James Dean était évanescent. Les derniers rayons d'un coucher de soleil sont évanescents. Tout ce qui s'évanouit, cependant, n'est pas perdu, comme l'a démontré une équipe de chercheurs de Stanford dans un article récent dans Actes de l'Académie nationale des sciences. En réalité, entre de bonnes mains, l'évanescence peut avoir un effet durable.
L'équipe de Stanford - dirigée par le chimiste Bianxiao Cui et l'ingénieur Yi Cui (aucune relation), avec les chercheurs Chong Xie et Lindsey Hanson - ont créé une plate-forme de recherche cellulaire qui utilise des nanopiliers qui brillent de manière à permettre aux biologistes, neurologues et autres chercheurs un approfondissement, regard plus précis sur les cellules vivantes.
"Ce nouveau système d'éclairage est très précis, " dit Bianxiao Cui, l'auteur principal de l'étude et professeur adjoint de chimie à Stanford. "Les structures nanopillar elles-mêmes offrent de nombreux avantages qui rendent ce développement particulièrement prometteur pour l'étude des cellules humaines."
Des défis de longue date
Pour comprendre le potentiel de cette percée, il est utile de comprendre les défis des formes antérieures d'imagerie moléculaire, qui éclairent directement la zone du sujet plutôt que d'utiliser le contre-jour, comme dans cette approche.
Les scientifiques espèrent mieux, L'imagerie moléculaire plus petite a été pendant des années menottée par une limitation physique de la taille d'une zone sur laquelle elle pouvait se concentrer – une zone connue sous le nom de volume d'observation. Le volume minimum d'observation a longtemps été limité à la longueur d'onde de la lumière visible, environ 400 nanomètres. Molécules individuelles, même de longues protéines courantes en biologie et en médecine, sont beaucoup plus petits que 400 nanomètres.
C'est là qu'intervient l'évanescence. L'équipe de Stanford a utilisé avec succès des nanopiliers de quartz qui brillent juste assez pour fournir de la lumière à voir, mais assez faible pour frapper en dessous de la barrière des 400 nanomètres. Le champ de lumière entourant les nanopiliers incandescents – connu sous le nom d'« onde d'évanescence » – s'éteint à environ 150 nanomètres du pilier. Voilà – une source lumineuse plus petite que la longueur d'onde de la lumière. Les chercheurs de Stanford estiment qu'ils ont réduit le volume d'observation à un dixième de la taille des méthodes précédentes.
Promesse particulière
La technique d'imagerie à nanopiliers de Stanford est particulièrement prometteuse dans les études cellulaires pour plusieurs raisons. D'abord, il est non invasif - il n'endommage pas la cellule observée, une chute de certaines technologies antérieures. Par exemple, un neurone vivant peut être cultivé sur la plate-forme et observé sur de longues périodes de temps.
Seconde, les nanopiliers épinglent essentiellement les cellules en place. Ceci est prometteur pour l'étude des neurones en particulier, qui ont tendance à se déplacer avec le temps en raison des tirs répétés et de la relaxation nécessaires à l'étude.
Dernièrement, et peut-être le plus important, l'équipe de Stanford a découvert qu'en modifiant la chimie à la surface des nanopiliers, ils pouvaient attirer des molécules spécifiques qu'ils souhaitent observer. Essentiellement, ils peuvent sélectionner des molécules à étudier même dans l'environnement encombré et complexe d'une cellule humaine.
"Nous savons que les protéines et leurs anticorps s'attirent, " a déclaré Bianxiao Cui. "Nous enduisons les piliers d'anticorps et les protéines que nous voulons examiner sont attirées directement vers la source de lumière - comme des prima donnas sous les feux de la rampe."
Mise en scène
Pour créer leurs nanopiliers, les membres de l'équipe de Stanford commencent avec une feuille de quartz, qu'ils vaporisent de fins points d'or dans un motif dispersé - à la Jackson Pollock. Ils gravent ensuite le quartz à l'aide d'un gaz corrosif. Les points d'or protègent le quartz directement en dessous du processus de gravure, laissant derrière grand, minces piliers de quartz.
Une image au microscope électronique à balayage d'une cellule cultivée et interagissant avec des nanopiliers. Les flèches indiquent trois nanopiliers.
Les chercheurs peuvent contrôler la hauteur des nanopiliers en ajustant la durée pendant laquelle le gaz de gravure est en contact avec le quartz et le diamètre des nanopiliers en faisant varier la taille des points d'or. Une fois le processus de gravure terminé et les piliers créés, ils ajoutent une couche de platine à l'étendue plate de quartz à la base des piliers.
Le cadre est quelque chose d'un film futuriste de John Ford – Monument Valley rendu en cristal de quartz. Il ne manque plus qu'une diligence et John Wayne. Dans ce monde, un vaste désert de platine s'étend à perte de vue, interrompu à l'occasion par des pointes transparentes de quartz cristallin qui s'élèvent à plusieurs centaines de nanomètres du fond de la vallée.
Les chercheurs de Stanford mettent alors en lumière leur création. Le platine opaque bloque la plupart de la lumière, mais une petite quantité remonte à travers les nanopiliers, qui brillent sur le champ sombre du platine.
"Les nanopiliers ressemblent un peu à de minuscules sabres laser, " dit Yi Cui, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à Stanford, "mais ils fournissent juste la bonne quantité de lumière pour permettre aux scientifiques de faire des choses assez étonnantes - comme regarder des molécules individuelles."
L'équipe a créé une plateforme exceptionnelle pour la culture et l'observation de cellules humaines. Le platine est biologiquement inerte et les cellules se développent et adhèrent étroitement aux nanopiliers. Les flèches rougeoyantes rencontrent alors des molécules fluorescentes dans la cellule vivante, faisant briller les molécules - fournissant aux chercheurs juste la lumière dont ils ont besoin pour regarder à l'intérieur des cellules.
"Donc, non seulement nous avons trouvé un moyen d'éclairer des volumes un dixième de moins que les méthodes précédentes - nous permettant de regarder des structures de plus en plus petites - mais nous pouvons également choisir les molécules que nous voulons observer, " a déclaré Yi Cui. "Cela pourrait s'avérer le genre de technologie transformatrice que les chercheurs en biologie, neurologie, la médecine et d'autres domaines doivent faire le prochain pas en avant dans leurs recherches."
