Des chercheurs de l’Institut italien de technologie ont mis au point une technique de microscopie optique permettant d’étudier les cellules sans agents de contraste. La prochaine étape consistera à utiliser l’IA pour enrichir les images d’informations moléculaires liées aux maladies.
Des chercheurs de l’Institut italien de technologie (IIT-Italian Institute of Technology) ont développé une technique innovante de microscopie capable d’améliorer l’observation des cellules vivantes. L’étude, publiée dans Optics Letters, ouvre la voie à une analyse plus approfondie de nombreux processus biologiques sans recourir à des agents de contraste. La prochaine étape consistera à améliorer cette technique en utilisant l’intelligence artificielle, ouvrant la porte à une nouvelle génération de méthodes de microscopie optique capables de combiner l’imagerie directe avec des informations moléculaires innovantes.
L’étude a été menée sous la direction d’Alberto Diaspro, directeur de recherche de l’unité de nanoscopie et directeur scientifique du centre d’imagerie Nikon italien à l’IIT, par Nicolò Incardona (premier auteur) et Paolo Bianchini.
La microscopie optique est un outil indispensable pour étudier les cellules, car elle permet de les observer en détail en utilisant la lumière naturelle pour comprendre les processus biologiques fondamentaux. Cependant, la transparence des cellules les rend presque invisibles sous un microscope optique à moins qu’elles ne soient traitées avec des agents de contraste, allant de la coloration histologique au marquage par fluorescence. Pour surmonter cette limitation, diverses techniques exploitant les propriétés de la lumière ont été développées au fil du temps pour augmenter le contraste et améliorer la visualisation. Parmi celles-ci, la microscopie en polarisation, qui met en évidence des composants cellulaires spécifiques en utilisant la lumière polarisée, et la microscopie en fond noir, qui n’éclaire que les bords de l’échantillon pour révéler des détails autrement imperceptibles. Bien qu’extrêmement utiles, ces techniques ne fournissent souvent pas suffisamment de détails visuels spatiaux pour l’analyse moléculaire.
Pour cette raison, la microscopie optique à super-résolution par fluorescence est actuellement la technique la plus utilisée pour étudier les cellules. Elle emploie des molécules luminescentes qui se lient à des composants cellulaires spécifiques, les rendant clairement visibles et identifiables en quatre dimensions — spatiales et temporelles — sous le microscope. Un exemple est le DAPI, qui se lie au noyau cellulaire et émet une lumière bleue caractéristique, permettant son identification immédiate.
Dans ce contexte, les chercheurs de l’IIT ont combiné la microscopie en polarisation avec la microscopie en fond noir, créant une nouvelle technique capable d’atteindre un contraste élevé sans recourir à la fluorescence. De cette façon, l’intégrité des échantillons est préservée, offrant une vision plus authentique des cellules.
« L’idée est d’utiliser cette technique pour étudier la chromatine, le complexe formé par l’ADN et les protéines situé dans le noyau cellulaire. Comprendre comment la chromatine est organisée et comment elle change au fil du temps est essentiel pour comprendre de nombreux processus biologiques et identifier les altérations sous-jacentes à de nombreuses maladies », explique Nicolò Incardona, chercheur de l’unité de nanoscopie, récemment rentré en Italie après sept ans de recherche à l’Université de Valence en Espagne.
Bien que la nouvelle technique représente un pas en avant significatif, elle présente encore une limitation par rapport à la microscopie par fluorescence : elle ne peut pas distinguer spécifiquement différents composants cellulaires. Pour surmonter cet obstacle, l’équipe de nanoscopie travaille au développement d’un système intégré qui la combine avec la microscopie par fluorescence, capable de fournir des informations moléculaires à l’échelle nanométrique. L’objectif sera d’obtenir des images du même échantillon en utilisant les deux techniques et d’exploiter leur corrélation pour entraîner un modèle d’intelligence artificielle à transformer la première en la seconde.
« Notre prochain objectif est de construire un modèle d’IA capable de générer des images de fluorescence avec un contenu moléculaire, donc spécifique, à partir de celles obtenues avec notre technique, éliminant ainsi le besoin de marquage des cellules analysées », déclare Alberto Diaspro, coordinateur de l’unité de nanoscopie. « C’est un objectif ambitieux qui pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de techniques de microscopie totalement non invasives. »
Article : Darkfield Mueller matrix microscope allows the observation of single cells with high contrast – Journal : Optics Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : IIT
