Une nouvelle technique optique mise au point par des scientifiques français permet de localiser une molécule, par exemple une protéine, en 3D avec des précisions nanométriques inégalées à ce jour.

Cette technique, baptisée SELFI, a été mise au point par des équipes du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (LP2N) de l’Université de Bordeaux, en France.

Elle ouvre selon ses créateurs des perspectives nouvelles, notamment en médecine régénératrice ou pour établir un diagnostic médical, des domaines où le besoin de connaître la localisation de molécules au sein d’organes et dans des échantillons de biopsie est d’un grand intérêt.

SELFI est basée sur un phénomène d’auto-interférences lumineuses (self-interferences) et peut s’adapter à n’importe quel microscope optique. Sa force : elle permet de révéler, à des profondeurs jamais atteintes avec ces résolutions, des structures moléculaires en 3D au sein de tissus biologiques reconstitués à partir de cellules souches humaines.

La matière biologique sous la loupe

Le fonctionnement de la matière biologique est d’une grande complexité. Pour cette raison, la mise au point de méthodes qui permettent d’observer son organisation tridimensionnelle, particulièrement des biomolécules qui la constituent, est essentielle.

Ces techniques doivent atteindre des résolutions très précises, qui permettent de détailler les molécules elles-mêmes.

La suite de la « super-résolution »

Déjà, la microscopie de « super-résolution » a permis d’atteindre cet objectif dans des cellules biologiques fines et isolées les unes des autres.

D’ailleurs, en 2014, les Américains Eric Betzig et William Moerner, ainsi que l’Allemand Stefan Hell avaient reçu le prix Nobel de chimie pour le développement de la microscopie par fluorescence à très haute résolution.

Jusqu’alors, la microscopie optique conventionnelle permettait une résolution maximale, compte tenu de la longueur d'onde de la lumière, d'environ 200 nanomètres. Les nobélisés ont réussi à contourner les obstacles qu'on jugeait infranchissables à l’époque et à repousser cette limite à une résolution de l'ordre du nanomètre. En passant du microscope au nanoscope, on pouvait désormais voir des virus, des protéines, et même des molécules.

Mais il était impossible de réaliser de telles observations en 3D sur des tissus biologiques intacts et épais (de plusieurs dizaines de couches de cellules, environ 50 micromètres). C’est cet exploit que les Français ont réalisé. Pour y arriver, ils ont eu l’idée d’exploiter la phase de l’onde de la lumière de fluorescence et pas uniquement l’intensité lumineuse, comme on le fait en microscopie de fluorescence.

Ils ont ainsi joué sur l’image de la lumière émise par la molécule, collectée par le microscope grâce à SELFI, en la répliquant et en la faisant se superposer pour générer un phénomène appelé interférences autoréférencées.

Avec cette nouvelle source de « contraste » de l’image, les chercheurs peuvent alors déterminer la localisation de la molécule dans la profondeur du tissu.

Le détail de cette percée est décrit dans la revue Nature Methods.

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