Un monde subcellulaire a été ouvert pour que les scientifiques étudient E. coli et d'autres tissus de nouvelles façons, grâce à une méthode de microscopie qui fournit furtivement en trois dimensions, images de haute qualité de la structure interne des cellules sans perturber l'échantillon.

En combinant un nouvel algorithme avec une technique complémentaire récemment développée pour les microscopes commerciaux, des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont créé un méthode 3D non invasive de visualisation, quantifier, et l'étude des cellules sans l'utilisation d'agents de fluorescence ou de contraste.

Dans un article publié en ligne aujourd'hui dans la revue PLoS UN , les chercheurs qui ont développé la technique ont indiqué qu'ils étaient capables de l'utiliser pour visualiser le E. coli bactéries avec une combinaison de vitesse, escalader, et une résolution inégalée pour une méthode sans étiquette.

La méthode est basée sur une technique interférométrique à large bande connue sous le nom de Spatial Light Interference Microscopy (SLIM) qui a été conçue par le chercheur de l'Institut Beckman Gabriel Popescu comme module complémentaire à un microscope à contraste de phase commercial. SLIM est extrêmement rapide et sensible à plusieurs échelles (à partir de 200 nm) mais, en tant que système optique linéaire, sa résolution est limitée par la diffraction.

En appliquant un nouvel algorithme de déconvolution pour récupérer des informations de résolution limitée de sous-diffraction à partir des champs mesurés par SLIM, Popescu et ses collègues chercheurs ont pu restituer des images tomographiques avec une résolution au-delà des limites de diffraction de SLIM. Ils ont utilisé la méthode de reconstruction clairsemée pour restituer des images reconstruites en 3D de E. coli cellules, permettant une visualisation sans marquage des spécimens à des échelles subcellulaires.

L'année dernière, les chercheurs ont démontré avec succès une nouvelle technique optique qui fournit des mesures 3D de champs complexes appelée tomographie spatiale par interférence lumineuse (SLIT) sur des neurones vivants et des structures cristallines photoniques. Dans ce projet, ils ont développé un nouvel algorithme pour étendre davantage les capacités tridimensionnelles en effectuant une déconvolution sur le champ 3D mesuré, basé sur la modélisation de l'image en utilisant des principes de parcimonie. Cette capacité de microscopie, appelé dSLIT, a été utilisé pour visualiser des structures subcellulaires enroulées dans E. coli cellules.

Les chercheurs ont déclaré que ces structures n'avaient été observées qu'en utilisant des souches et des plasmides spécialisés et des techniques de fluorescence, et généralement sur des cellules non vivantes. Ces nouvelles méthodes offrent un moyen pratique pour l'étude non invasive de telles structures.

Mustafa Mir est le premier auteur de l'article et membre du Quantitative Light Imaging Laboratory de Popescu à Beckman. Mir a déclaré que l'étude et la compréhension de la structure interne tridimensionnelle des cellules vivantes sont essentielles pour approfondir notre compréhension de la fonction biologique.

"Les visualiser est extrêmement difficile en raison de leur petite taille et de leur nature transparente, " dit Mir. " Cette nouvelle méthode, cependant, permet de tirer parti des propriétés intrinsèques de ces très petits, cellules transparentes de manière non invasive et sans utilisation de techniques de fluorescence et d'agents de contraste.

"Des études antérieures ont ainsi utilisé des contrastes extrinsèques tels que la fluorescence et des souches spécialisées en combinaison avec des techniques de superrésolution complexes pour de telles études. Cela permettra aux biologistes d'étudier les structures sous-cellulaires tout en perturbant au minimum la cellule de son état naturel."

Les chercheurs ont écrit que la méthode résout deux problèmes majeurs en microscopie cellulaire :le manque de contraste, en raison de la nature fine et optiquement transparente des cellules, et résolution limitée par diffraction.

« Bien que plusieurs de ces structures aient déjà été identifiées, on sait peu de choses sur leur fonction et leur comportement en raison des difficultés pratiques liées à leur imagerie, " ils ont conclu. " Les résultats présentés ici indiquent que dSLIT peut être utilisé pour caractériser et étudier une telle structure sous-cellulaire d'une manière pratique et non invasive, ouvrant la porte à une compréhension plus approfondie de la biologie."