Des chercheurs* de l’Université de Tokyo ont construit un microscope capable de détecter un signal sur une plage d’intensité quatorze fois plus large que les microscopes conventionnels. De plus, les observations sont effectuées sans marquage, c’est-à-dire sans l’utilisation de colorants supplémentaires. Cela signifie que la méthode est douce pour les cellules et adaptée aux observations à long terme, offrant un potentiel pour les applications de test et de contrôle de qualité dans les industries pharmaceutique et biotechnologique.
Les microscopes ont joué un rôle essentiel dans le développement de la science depuis le 16e siècle. Cependant, les progrès ont nécessité non seulement un équipement et une analyse plus sensibles et précis, mais aussi plus spécialisés. Par conséquent, les techniques modernes de pointe ont dû jongler avec des compromis. La microscopie quantitative de phase (QPM) exploite la lumière diffusée vers l’avant et peut détecter des structures à l’échelle microscopique (dans cette étude, au-delà de 100 nanomètres), mais pas plus petites. Par conséquent, cette technique a été principalement utilisée pour prendre des images statiques de structures cellulaires relativement complexes. La microscopie par diffusion interférométrique (iSCAT), en revanche, exploite la lumière rétrodiffusée et peut détecter des structures aussi petites que des protéines individuelles. En tant que telle, elle peut être utilisée pour « suivre » des particules individuelles, permettant d’observer les changements dynamiques à l’intérieur de la cellule, mais elle ne peut pas fournir la vue globale que la QPM peut offrir.
« Je souhaiterais comprendre les processus dynamiques à l’intérieur des cellules vivantes en utilisant des méthodes non invasives », déclare Kohki Horie, l’un des premiers auteurs.
Ainsi, l’équipe de recherche s’est mise à étudier si la mesure simultanée des deux directions de la lumière pouvait surmonter le compromis et révéler une large gamme de tailles et de mouvements à partir de la même image. Pour tester cette idée et confirmer que leur nouveau microscope fonctionnait comme espéré, les chercheurs ont entrepris d’observer ce qui se passait pendant la mort cellulaire. Ils ont enregistré une image codant les informations provenant à la fois de la lumière se propageant vers l’avant et vers l’arrière.
« Notre plus grand défi », explique Keiichiro Toda, un autre premier auteur, « était de séparer proprement deux types de signaux à partir d’une seule image tout en maintenant le bruit faible et en évitant leur mélange. »
En conséquence, ils ont pu quantifier non seulement le mouvement des structures cellulaires (micro) mais aussi celui de minuscules particules (nano). De plus, en comparant la lumière diffusée vers l’avant et vers l’arrière, ils ont également pu estimer la taille et l’indice de réfraction de chaque particule, une propriété décrivant la quantité de lumière qui se courbe ou se diffuse lorsqu’elle traverse des particules.
« Nous prévoyons d’étudier des particules encore plus petites », conclut Keiichiro Toda, pensant déjà aux futures recherches, « comme les exosomes et les virus, et d’estimer leur taille et leur indice de réfraction dans différents échantillons. Nous souhaitons également révéler comment les cellules vivantes évoluent vers la mort en contrôlant leur état et en vérifiant nos résultats par d’autres techniques. »
* Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura et Takuro Ideguchi de l’université de Tokyo
Article : Bidirectional quantitative scattering microscopy – Journal : Nature Communications – Méthode : Observational study – DOI : 10.1038/s41467-025-65570-w
Source : Université de Tokyo
