Les chercheurs ont développé un microscope à fluorescence qui utilise un éclairage structuré pour une imagerie rapide en super-résolution sur un large champ de vision. Il peut également être utilisé pour l’imagerie multicolore et à grande vitesse. Crédit : Henning Ortkrass, Université de Bielefeld
Microscope basé sur des composants à fibre optique conçu pour étudier les effets cellulaires de combinaisons de médicaments.
Les chercheurs ont développé un microscope à fluorescence qui utilise un éclairage structuré pour une imagerie rapide en super-résolution sur un large champ de vision. Ce microscope avancé est conçu pour capturer des images haute résolution de plusieurs cellules vivantes à la fois, facilitant ainsi l’analyse de l’impact de différents médicaments et de leurs combinaisons sur le corps.
« La polypharmacie – l’effet des nombreuses combinaisons de médicaments généralement prescrites aux malades chroniques ou aux personnes âgées – peut conduire à des interactions dangereuses et devient un problème majeur », a déclaré Henning Ortkrass de l’Université de Bielefeld en Allemagne. « Nous avons développé ce microscope dans le cadre du projet EIC Pathfinder OpenProject DeLIVERy, qui vise à développer une plateforme capable d’étudier la polypharmacie chez des patients individuels. »
Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle configuration de microscopie pour imager des cellules hépatiques fixes colorées en plusieurs couleurs. L’image montre les minuscules structures membranaires des cellules, qui sont plus petites que la limite de diffraction de la lumière. Crédit : Henning Ortkrass, Université de Bielefeld
Dans la revue Optica Publishing Group Optique Express, les chercheurs décrivent leur nouveau microscope qui utilise la transmission de lumière d’excitation par fibre optique pour permettre une très haute qualité d’image sur un très large champ de vision avec une capacité multicolore et à grande vitesse. Ils montrent que l’instrument peut être utilisé pour imager les cellules hépatiques, en atteignant un champ de vision allant jusqu’à 150 x 150 μm² et des fréquences d’imagerie allant jusqu’à 44 Hz tout en conservant une résolution spatio-temporelle inférieure à 100 nm.
« Avec ce nouveau microscope, des combinaisons de médicaments individuelles peuvent être testées sur des cellules isolées, puis imagées avec une super-résolution pour observer la dynamique des caractéristiques de la membrane cellulaire ou des organites », a déclaré Ortkrass. « Le large champ de vision peut fournir des informations statistiques sur la réponse cellulaire, qui pourraient être utilisées pour améliorer les soins de santé personnalisés. Grâce à la taille potentiellement réduite du système, il pourrait également être utile pour les applications cliniques où la haute résolution est importante.
Le nouveau microscope à fluorescence utilise un éclairage structuré pour une imagerie rapide en super-résolution sur un large champ de vision. Une imagerie multicolore peut également être réalisée, comme le montre la vidéo. Crédit : Henning Ortkrass, Université de Bielefeld
Haute résolution sur un large champ de vision
Le nouveau microscope est basé sur la microscopie à illumination structurée super-résolue (SR-SIM), qui utilise un motif de lumière structuré pour exciter la fluorescence dans un échantillon et atteindre une résolution spatiale au-delà de la limite de diffraction de la lumière. SR-SIM est particulièrement bien adapté à l’imagerie de cellules vivantes car il utilise une excitation de faible puissance qui n’endommage pas l’échantillon tout en produisant des images très détaillées.
Pour obtenir une haute résolution sur un large champ de vision, le nouveau microscope reconstruit des images super-résolues à partir d’un ensemble d’images brutes. Ces images brutes sont acquises à l’aide d’un ensemble de six fibres optiques pour éclairer l’échantillon avec un motif rayé sinusoïdal qui est décalé et tourné pour obtenir des informations supplémentaires. Cela crée une résolution multipliée par deux tout en permettant une imagerie rapide et en étant compatible avec l’imagerie de cellules vivantes.
Grâce au grand champ de vision du microscope, il est possible d’acquérir des images en super-résolution de plusieurs cellules à la fois. Crédit : Henning Ortkrass, Université de Bielefeld
« La sélection des fibres et le déphasage sont effectués à l’aide d’un nouveau commutateur de fibre basé sur des miroirs galvanométriques et des miroirs MEMS », a déclaré Ortkrass. « Nous avons également conçu un support hexagonal qui collimate et recentre les faisceaux des six fibres dans le microscope pour éclairer un grand champ de vision et permettre un réglage précis de tous les faisceaux. Cela permet à l’installation d’être utilisée pour l’excitation de fluorescence par réflexion interne totale (TIRF)-SIM, qui est utilisée pour limiter l’excitation et la détection de fluorescence à une région mince de l’échantillon.
Imagerie des cellules hépatiques
Puisque le foie est le principal organe impliqué dans le métabolisme des médicaments, les chercheurs ont testé le système en utilisant des échantillons de cellules hépatiques de rat fixées de manière multicolore. Les images reconstruites produites avec le nouveau microscope ont permis de visualiser les minuscules structures membranaires plus petites que la limite de diffraction de la lumière.
« Ce système compact combine de manière unique un large champ de vision et une vitesse de changement de motif rapide avec une excitation multicolore et économe en énergie », a déclaré Ortkrass. « De plus, la configuration permet d’obtenir une qualité d’image très élevée et peut être réglée pour effectuer soit la 2D-SIM, soit la TIRF-SIM. »
Ensuite, les chercheurs prévoient d’appliquer l’installation de microscopie à des études de cellules vivantes de cellules hépatiques afin d’observer la dynamique des cellules traitées avec plusieurs médicaments. Ils prévoient également d’améliorer le processus de reconstruction d’images pour réaliser une reconstruction en direct des données brutes acquises.
