Dans le domaine de l’imagerie scientifique, une nouvelle approche a vu le jour, repoussant les limites de la résolution temporelle. Cette avancée est le fruit d’une collaboration entre plusieurs instituts de recherche et a été publiée dans la revue Nature Photonics.
Les capteurs événementiels, une innovation majeure dans le domaine de l’imagerie, ont permis d’obtenir des progrès significatifs dans l’imagerie de fluorescence de super-résolution. Ces capteurs, qui surpassent les caméras scientifiques traditionnelles dans la microscopie de localisation de molécules uniques, ont été développés grâce à une collaboration scientifique.
Historiquement, la limite de diffraction de la lumière a restreint les microscopes optiques à une résolution de 200-300 nanomètres. Toutefois, au XXIème siècle, les efforts intensifiés des chercheurs ont permis de surmonter cette barrière, menant au Prix Nobel de Chimie 2014 pour la microscopie de fluorescence à super-résolution.
Le fonctionnement des capteurs événementiels
Les capteurs événementiels, également connus sous le nom de capteurs à vision neuromorphique, ont un mode de fonctionnement différent des caméras classiques. Inspirés par l’œil humain, ces capteurs sont composés de pixels asynchrones qui réagissent aux changements de luminosité avec une précision temporelle remarquable.
Avec leur faible consommation d’énergie, leur volume de données réduit, leurs temps de réponse rapides et leur rentabilité, les capteurs événementiels ont un potentiel considérable dans le domaine de l’imagerie biologique, en particulier pour capturer le comportement asynchrone et dynamique des fluorophores SMLM.
À droite, images de fluorescence à super-résolution Eve-SMLM de cellules COS-7 fixées marquées avec le fluorophore AF647 contre α-tubuline. d-e : image Eve-SMLM 2D obtenue avec tous les photons dirigés vers le capteur événementiel. f-g-h : imagerie bio à haute densité obtenue avec un beamsplitter 50:50 répartissant les photons d’émission entre l’EBS et une caméra EMCCD, temps d’acquisition total de 250 s. f : vue globale obtenue avec l’EBS ; g et h montrent une région agrandie obtenue avec l’EBS et l’EMCCD, respectivement, mettant en évidence la performance supérieure de l’EBS dans le régime de haute densité. © Ignacio Izeddin
L’Eve-SMLM : une nouvelle approche en microscopie
Les chercheurs de l’Institut Langevin (CNRS/ESPCI Paris – Université PSL), du laboratoire Diseases and hormones of the nervous system (DHNS, INSERM/Université Paris-Saclay) et de l’Institut de la vision (CNRS/INSERM/Sorbonne Université) ont mis en œuvre avec succès la microscopie de localisation de molécules uniques basée sur les événements, appelée Eve-SMLM.
Cette nouvelle approche produit non seulement des images à super-résolution d’une qualité et d’une résolution comparables à celles des caméras scientifiques traditionnelles, mais elle surmonte également les limitations de l’imagerie à haute densité, quand les images de fluorophores individuels se superposent.
Les capteurs de vision événementielle libèrent un potentiel inattendu pour l’imagerie de fluorescence à super-résolution
Clignotement (gauche) et reconstruction à super-résolution (droite) de la même région de tubuline marquée avec le fluorophore AF647 dans des cellules COS-7 fixées. La durée totale de l’acquisition est de 50 secondes, accélérée 2,5 fois pour la visualisation de la reconstruction. Les dimensions de la région d’intérêt sont de 20 µm x 20 µm. À gauche, les informations de clignotement obtenues par l’EBS ont été reconstruites sous forme d’images sur une base temporelle de 20 ms. Pour chaque image i, tous les événements survenant dans l’intervalle de temps [i × 20 ms, (i + 1) × 20 ms] sont affichés. Les événements positifs et négatifs sont codés en couleur, respectivement en vert et en rouge. Les carrés blancs indiquent les signaux de clignotement de molécules uniques reconnus par l’algorithme de détection et de super-localisation. Les coordonnées sub-pixel obtenues pour chaque fluorophore détecté sont utilisées dans la reconstruction à droite pour construire une image à super-résolution. © Ignacio Izeddin
En synthèse
L’Eve-SMLM marque un changement de paradigme pour la microscopie de molécules uniques et ses applications. Cette nouvelle approche pourrait être la clé pour étudier des processus multi-échelle dans l’espace et le temps, qui sont omniprésents en biologie. Cette étude illustre le potentiel transformateur de la détection basée sur les événements dans l’imagerie de fluorescence à super-résolution, offrant de nouvelles perspectives en biologie, en applications médicales, en science des matériaux et au-delà.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’imagerie de fluorescence de super-résolution?
L’imagerie de fluorescence de super-résolution est une technique qui permet de surpasser la limite de diffraction de la lumière, qui a historiquement limité les microscopes optiques à une résolution de 200-300 nanomètres. Cette technique a été récompensée par le Prix Nobel de Chimie en 2014.
Qu’est-ce qu’un capteur événementiel?
Un capteur événementiel, également connu sous le nom de capteur à vision neuromorphique, est un type de capteur qui fonctionne différemment des caméras classiques. Inspirés par l’œil humain, ces capteurs sont composés de pixels asynchrones qui réagissent aux changements de luminosité avec une précision temporelle remarquable.
Qu’est-ce que l’Eve-SMLM?
L’Eve-SMLM est une nouvelle approche en microscopie de localisation de molécules uniques basée sur les événements. Elle produit des images à super-résolution d’une qualité et d’une résolution comparables à celles des caméras scientifiques traditionnelles, tout en surmontant les limitations de l’imagerie à haute densité.
Quels sont les avantages des capteurs événementiels?
Les capteurs événementiels ont une faible consommation d’énergie, un volume de données réduit, des temps de réponse rapides et sont rentables. Ils ont un potentiel considérable dans le domaine de l’imagerie biologique, en particulier pour capturer le comportement asynchrone et dynamique des fluorophores SMLM.
Quelles sont les implications de cette recherche?
Cette recherche marque un changement de paradigme pour la microscopie de molécules uniques et ses applications. Elle pourrait être la clé pour étudier des processus multi-échelle dans l’espace et le temps, qui sont omniprésents en biologie. Elle offre de nouvelles perspectives en biologie, en applications médicales, en science des matériaux et au-delà.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| L’imagerie de fluorescence de super-résolution permet de surpasser la limite de diffraction de la lumière. |
| Les capteurs événementiels ont permis d’obtenir des progrès significatifs dans l’imagerie de fluorescence de super-résolution. |
| L’Eve-SMLM est une nouvelle approche en microscopie de localisation de molécules uniques basée sur les événements. |
| Les capteurs événementiels ont un potentiel considérable dans le domaine de l’imagerie biologique. |
| L’Eve-SMLM pourrait être la clé pour étudier des processus multi-échelle dans l’espace et le temps. |
| Cette recherche offre de nouvelles perspectives en biologie, en applications médicales, en science des matériaux et au-delà. |
| Les capteurs événementiels sont inspirés par l’œil humain et réagissent aux changements de luminosité avec une précision temporelle remarquable. |
| L’Eve-SMLM produit des images à super-résolution d’une qualité et d’une résolution comparables à celles des caméras scientifiques traditionnelles. |
| L’Eve-SMLM surmonte les limitations de l’imagerie à haute densité, quand les images de fluorophores individuels se superposent. |
| Cette recherche est le fruit d’une collaboration entre plusieurs instituts de recherche et a été publiée dans la revue Nature Photonics. |
Références
Event-based vision sensor enables fast and dense single-molecule localization microscopy
Clément Cabriel, Christian G. Specht, Ignacio Izeddin.
Nature Photonics, septembre 2023 | https://doi.org/10.1038/s41566-023-01308-8
Article adapté du contenu de l’auteur : Ignacio Izeddin
[ Rédaction ]
