Le dispositif expérimental de Daan Boltje et Ernest van der Wee. La lentille du microscope optique (en bas à droite) est entourée d'air et regarde la petite sphère à travers une plaque de verre. Au-dessus de la plaque de verre, l’échantillon est placé dans une goutte d’eau. La distance entre la plaque de verre et la sphère est réglable, permettant aux chercheurs de varier la profondeur. Crédit : Université de technologie de Delft
L’étude des tissus, des cellules et des protéines au microscope est essentielle à la prévention et au traitement des maladies. Ces recherches nécessitent de mesurer avec précision les dimensions de ces structures biologiques. Cependant, vus au microscope optique, ces échantillons peuvent parfois apparaître plus aplatis que leur véritable forme.
Des chercheurs de l’Université technologique de Delft ont démontré pour la première fois que cette distorsion n’est pas constante, contrairement à ce que de nombreux scientifiques supposent depuis des décennies. La percée, publiée dans Optique, confirme une prédiction du prix Nobel Stefan Hell des années 90. Grâce à un outil et un logiciel de calcul en ligne, chaque chercheur peut désormais déterminer la bonne profondeur d’un échantillon biologique.
Échantillon aplati
Lors de la visualisation d'échantillons biologiques au microscope, le faisceau lumineux est perturbé si la lentille de l'objectif se trouve dans un milieu différent de celui de l'échantillon. Par exemple, lorsque l’on observe un échantillon aqueux avec une lentille entourée d’air, les rayons lumineux se courbent plus brusquement dans l’air autour de la lentille que dans l’eau. Cette perturbation conduit à ce que la profondeur mesurée dans l'échantillon soit inférieure à la profondeur réelle.
En conséquence, l’échantillon apparaît aplati. « Ce problème est connu depuis longtemps, et depuis les années 80, des théories ont été développées pour déterminer un facteur correctif pour déterminer la profondeur. Cependant, toutes ces théories supposaient que ce facteur était constant, quelle que soit la profondeur de l'échantillon. Cela s'est produit malgré le fait que le futur lauréat du prix Nobel, Stefan Hell, ait souligné dans les années 90 que cette mise à l'échelle pouvait dépendre de la profondeur », explique le professeur associé Jacob Hoogenboom.
Calculs, expériences et outil Web
Sergey Loginov, ancien postdoctorant à l'Université de technologie de Delft, a montré à l'aide de calculs et d'un modèle mathématique que l'échantillon apparaît en effet plus fortement aplati plus près de la lentille que plus loin. Le doctorant Daan Boltje et le postdoctorant Ernest van der Wee ont ensuite confirmé en laboratoire que le facteur correctif dépend de la profondeur.
Van der Wee : « Nous avons compilé nos résultats dans un outil Web et un logiciel fournis avec l'article. Avec ces outils, n’importe qui peut déterminer le facteur correctif précis de son expérience.
Comprendre les anomalies et les maladies
« En partie grâce à notre outil de calcul, nous pouvons désormais découper très précisément une protéine et son environnement dans un système biologique pour en déterminer la structure par microscopie électronique. Ce type de microscopie est très complexe, prend du temps et est incroyablement coûteux. Il est donc très important de s'assurer que vous envisagez la bonne structure », déclare Boltje.
« Grâce à notre détermination plus précise de la profondeur, nous devons consacrer beaucoup moins de temps et d’argent aux échantillons qui n’ont pas atteint la cible biologique. À terme, nous pourrons étudier des protéines et des structures biologiques plus pertinentes. Et déterminer la structure précise d’une protéine dans un système biologique est crucial pour comprendre et finalement combattre les anomalies et les maladies.
À propos de l'outil Web
Dans l'outil Web, vous pouvez renseigner les détails pertinents de votre expérience, tels que les indices de réfraction, l'angle d'ouverture de l'objectif et la longueur d'onde de la lumière utilisée. L'outil affiche ensuite la courbe du facteur d'échelle dépendant de la profondeur. Vous pouvez également exporter ces données pour votre propre usage. De plus, vous pouvez tracer le résultat en combinaison avec le résultat de chacune des théories existantes.
