Cette illustration représente une bactérie éclairée par l’infrarouge moyen en haut à gauche, tandis que la lumière visible d’un microscope en dessous est utilisée pour aider à capturer l’image. Crédit : 2024 Ideguchi et al./ Nature Photonics
Les images chimiques prises à l’intérieur des bactéries étaient 30 fois plus claires que celles des microscopes conventionnels à infrarouge moyen.
Des chercheurs de l’Université de Tokyo ont développé un microscope avancé à infrarouge moyen, leur permettant de voir les structures à l’intérieur des bactéries vivantes à l’échelle nanométrique. La microscopie infrarouge moyen est généralement limitée par sa faible résolution, notamment par rapport à d'autres techniques de microscopie.
Ce dernier développement a produit des images à 120 nanomètres, ce qui, selon les chercheurs, représente une résolution trente fois supérieure à la résolution des microscopes infrarouges moyens typiques. Être capable de visualiser des échantillons plus clairement à cette échelle plus petite peut aider plusieurs domaines de recherche, y compris dans le domaine des maladies infectieuses, et ouvre la voie au développement d'une imagerie dans l'infrarouge moyen encore plus précise à l'avenir.
Le domaine microscopique est l’endroit où résident les virus, les protéines et les molécules. Grâce aux microscopes modernes, nous pouvons nous aventurer en bas pour voir le fonctionnement interne de nos propres cellules. Mais même ces outils impressionnants ont leurs limites. Par exemple, les microscopes fluorescents à super résolution nécessitent que les échantillons soient marqués par fluorescence. Cela peut parfois être toxique pour les échantillons et une exposition prolongée à la lumière tandis que la visualisation peut blanchir les échantillons, ce qui signifie qu'ils ne sont plus utiles. Les microscopes électroniques peuvent également fournir des détails très impressionnants, mais les échantillons doivent être placés sous vide, de sorte que les échantillons vivants ne peuvent pas être étudiés.
Avantages de la microscopie infrarouge moyen
En comparaison, la microscopie infrarouge moyen peut fournir des informations chimiques et structurelles sur les cellules vivantes, sans avoir besoin de les colorer ou de les endommager. Cependant, son utilisation a été limitée dans la recherche biologique en raison de sa capacité de résolution relativement faible. Alors que la microscopie fluorescente à super-résolution peut réduire les images à des dizaines de nanomètres (1 nanomètre équivaut à un millionième de millimètre), la microscopie infrarouge moyen ne peut généralement atteindre qu'environ 3 microns (1 micron équivaut à un millième de millimètre).
Cependant, dans le cadre d’une nouvelle avancée, des chercheurs de l’Université de Tokyo ont atteint une résolution de microscopie infrarouge moyen plus élevée que jamais. « Nous avons atteint une résolution spatiale de 120 nanomètres, soit 0,12 micron. Cette résolution étonnante est environ 30 fois meilleure que celle de la microscopie conventionnelle dans l’infrarouge moyen », a expliqué le professeur Takuro Ideguchi de l’Institut des sciences et technologies photoniques de l’Université de Tokyo.
L’équipe a utilisé une « ouverture synthétique », une technique combinant plusieurs images prises sous différents angles d’éclairage pour créer une image globale plus claire. Généralement, un échantillon est pris en sandwich entre deux lentilles. Cependant, les lentilles absorbent par inadvertance une partie de la lumière infrarouge moyenne. Ils ont résolu ce problème en plaçant un échantillon de bactéries (E. coli et Rhodococcus jostii RHA1 ont été utilisés), sur une plaque de silicium qui réfléchissait la lumière visible et transmettait la lumière infrarouge. Cela a permis aux chercheurs d’utiliser une seule lentille, leur permettant de mieux éclairer l’échantillon avec la lumière infrarouge moyenne et d’obtenir une image plus détaillée.
« Nous avons été surpris de voir avec quelle précision nous pouvions observer les structures intracellulaires des bactéries. La haute résolution spatiale de notre microscope pourrait nous permettre d’étudier, par exemple, la résistance aux antimicrobiens, qui constitue un problème mondial », a déclaré Ideguchi. « Nous pensons que nous pouvons continuer à améliorer la technique dans diverses directions. Si nous utilisons une meilleure lentille et une longueur d’onde de lumière visible plus courte, la résolution spatiale pourrait même être inférieure à 100 nanomètres. Avec une clarté supérieure, nous aimerions étudier divers échantillons de cellules pour résoudre des problèmes biomédicaux fondamentaux et appliqués.
