Une nouvelle méthode de microscopie permet d’envisager l’avenir de la biologie cellulaire –

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  • Et si un microscope nous permettait d’explorer le microcosme 3D des vaisseaux sanguins, des nerfs et des cellules cancéreuses instantanément en réalité virtuelle ? Et s’il pouvait fournir des vues dans plusieurs directions en temps réel sans déplacer physiquement l’échantillon et fonctionnait jusqu’à 100 fois plus rapidement que la technologie actuelle ?

    Des scientifiques de l’UT Southwestern ont collaboré avec des collègues en Angleterre et en Australie pour construire et tester un nouveau dispositif optique qui convertit les microscopes couramment utilisés en systèmes d’imagerie par projection multiangle. L’invention, décrite dans un article du Méthodes naturelles, pourrait ouvrir de nouvelles voies en microscopie avancée, selon les chercheurs.

    “C’est une technologie complètement nouvelle, bien que les fondements théoriques de celle-ci puissent être trouvés dans la vieille littérature informatique”, explique l’auteur correspondant Reto Fiolka, Ph.D. Lui et le co-auteur Kevin Dean, Ph.D., sont tous deux professeurs adjoints de biologie cellulaire et au département de bioinformatique Lyda Hill de l’UT Southwestern.

    « C’est comme si vous teniez l’échantillon biologique avec votre main, que vous le faites pivoter et que vous l’inspectez, ce qui est un moyen incroyablement intuitif d’interagir avec un échantillon. En imageant rapidement l’échantillon sous deux perspectives différentes, nous pouvons visualiser l’échantillon de manière interactive en réalité virtuelle à la volée », explique Dean, directeur du UTSW Microscopy Innovation Laboratory, qui collabore avec des chercheurs de tout le campus pour développer des instruments personnalisés qui tirent parti des avancées de la microscopie optique.

    Actuellement, l’acquisition d’informations d’image 3D à partir d’un microscope nécessite un processus gourmand en données, dans lequel des centaines d’images 2D de l’échantillon sont assemblées dans ce que l’on appelle une pile d’images. Pour visualiser les données, la pile d’images est ensuite chargée dans un logiciel graphique qui effectue des calculs pour former des projections bidimensionnelles à partir de différentes perspectives de visualisation sur un écran d’ordinateur, expliquent les chercheurs.

    “Ces deux étapes nécessitent beaucoup de temps et peuvent nécessiter un ordinateur très puissant et coûteux pour interagir avec les données”, explique Fiolka.

    L’équipe s’est rendu compte qu’elle pouvait former des projections sous plusieurs angles par des moyens optiques, sans avoir à acquérir des piles d’images et à les restituer avec un ordinateur. Ceci est réalisé par une unité simple et économique composée de deux miroirs rotatifs qui est inséré devant la caméra du système de microscope.

    “En conséquence, nous pouvons faire tout cela en temps réel, sans aucun retard notable. Étonnamment, nous pouvons regarder sous différents angles ‘en direct’ nos échantillons sans faire tourner les échantillons ou le microscope”, explique Fiolka. “Nous pensons que cette invention peut représenter un nouveau paradigme pour l’acquisition d’informations 3D via un microscope à fluorescence.”

    Il promet également une imagerie incroyablement rapide. Alors qu’une pile entière d’images 3D peut nécessiter des centaines d’images de caméra, la nouvelle méthode ne nécessite qu’une seule exposition de caméra.

    Initialement, les chercheurs ont développé le système avec deux microscopes à feuille de lumière communs qui nécessitent une étape de post-traitement pour donner un sens aux données. Cette étape est appelée désalignement et signifie essentiellement réorganiser les images individuelles pour supprimer certaines distorsions de la pile d’images 3D. Les scientifiques ont à l’origine cherché à effectuer ce redressement optiquement.

    En expérimentant la méthode de redressement optique, ils se sont rendu compte que lorsqu’ils utilisaient une quantité incorrecte de “désalignement”, l’image projetée semblait tourner.

    “C’était le moment aha!. Nous avons réalisé que cela pourrait être plus important qu’une simple méthode de désalignement optique; que le système pourrait également fonctionner pour d’autres types de microscopes”, a déclaré Fiolka.

    “Cette étude confirme que le concept est plus général”, dit Dean. “Nous l’avons maintenant appliqué à divers microscopes, y compris la microscopie confocale à feuille de lumière et à disque rotatif.”

    À l’aide de la nouvelle méthode au microscope, ils ont imagé des ions calcium transportant des signaux entre les cellules nerveuses dans une boîte de culture et ont examiné le système vasculaire d’un embryon de poisson zèbre. Ils ont également rapidement imagé des cellules cancéreuses en mouvement et un cœur de poisson zèbre battant.

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