Des chercheurs de Helmholtz Munich et de l'Université technique de Munich ont développé un nouveau microscope qui améliore considérablement la façon dont les signaux bioluminescents dans les cellules vivants peuvent être observés.
Le système, connu sous le nom de Qiscope, est construit autour d'une technologie de caméra très sensible capable de détecter des niveaux de lumière extrêmement faibles. Avec une résolution d'image plus nette, un champ de vision plus large et une intégration avec d'autres méthodes d'imagerie, Qiscope ouvre de nouvelles opportunités pour étudier les systèmes de vie plus en détail et sur des périodes plus longues.
L'œuvre est publiée dans la revue Méthodes de nature.
La bioluminescence, l'émission de lumière produite par des enzymes spécifiques dans certaines cellules vivantes, est un outil puissant des sciences de la vie. Contrairement à l'imagerie de fluorescence, qui repose sur un fort éclairage externe qui peut interférer avec le comportement cellulaire ou des signaux subtils obscurs, la bioluminescence offre une alternative plus douce pour les observations à long terme.
Son principal inconvénient, cependant, est la faiblesse de la lumière émise, qui a rendu une imagerie détaillée techniquement difficile.
Pour surmonter cette limitation, l'équipe dirigée par le Dr Jian Cui a exploré l'utilisation de capteurs d'image Quanta (QIS) – une nouvelle technologie de caméra qu'elle a trouvé surpasse les caméras couramment utilisées (EMCCD) dans des conditions de faible luminosité. Pour exploiter le plein potentiel des QIS, les chercheurs ont développé un système optique non conventionnel qui combine les caractéristiques d'un télescope et d'un microscope, entraînant la création du Qiscope.
« Pour profiter pleinement des capacités du capteur, nous nous sommes inspirés de la disposition optique des télescopes », explique Ruyu Ma, premier auteur de l'étude et chercheur doctoral au Helmholtz Pioneer Campus.
« En combinant cette approche avec la caméra QIS, nous avons créé un système qui peut révéler des processus cellulaires avec une clarté et une sensibilité qui n'étaient pas possibles avec le système de pointe. »
L'équipe de chercheurs a démontré que Qiscope peut suivre la dynamique à l'échelle fine dans les cellules vivantes, comme le mouvement des vésicules et le comportement des protéines à faible abondance – sur des périodes prolongées.
« Notre microscope offre une sensibilité plus élevée, une résolution améliorée, un champ de vision plus important et une plage dynamique plus élevée – toutes les choses que vous voudriez pour remettre en question les expériences d'imagerie des cellules vivantes », explique le chef de l'étude, Jian Cui.
« Il intègre également d'autres méthodes d'imagerie telles que l'épifluorescence et, en principe, le contraste de phase. Cela ouvre la porte à observer les systèmes vivants avec beaucoup moins de perturbations, ce qui est essentiel pour comprendre les processus biologiques complexes en santé et en maladie. »
En abordant les limites clés de l'imagerie traditionnelle de la bioluminescence, le Qiscope fournit aux chercheurs un outil précieux pour étudier une gamme de systèmes biologiques – des cellules uniques aux organoïdes et aux modèles de tissus.
Sa capacité à révéler des changements subtils et à long terme dans le comportement cellulaire peut soutenir les progrès dans divers domaines de recherche, notamment la biologie cellulaire, la modélisation des maladies et la découverte de médicaments.
