Une nouvelle technique de microscopie supprime l’arrière-plan pour des images de très haute résolution

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Allemagne | Biologie : médecine, santé, pharmacie, biotechnologie | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
9 février 2017

Des chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT, Bade-Wurtemberg) ont développé une nouvelle méthode de microscopie de fluorescence, appelée STEDD (« Stimulation Emission Double Depletion » [1]), qui en plus de produire des images de haute résolution, en supprime également l’arrière-plan. Ceci permet d’obtenir des images d’une meilleure qualité, ce qui est particulièrement utile pour l’analyse de structures moléculaires et cellulaires de haute densité en trois dimensions. Cette méthode résulte de l’amélioration de la nanoscopie STED [2] et est présentée dans le journal Nature Photonics.

La microscopie optique est largement utilisée dans le secteur des sciences de la vie car elle permet d’examiner des cellules vivantes de manière minimalement invasive, mais se heurte à des limites de résolution rendant floues les structures cellulaires les plus fines. Au cours des dernières années, de nombreuses méthodes de nanoscopie ont été développées afin de surmonter ces limitations et de produire des images de la plus haute résolution possible – en particulier la méthode de nanoscopie STED dont les inventeurs furent récompensés d’un prix Nobel de chimie en 2014.

Dans la microscopie par fluorescence, l’échantillon à étudier est scanné à l’aide d’un faisceau de lumière fortement concentré afin que les cellules marquées émettent de la lumière par fluorescence. Les quanta de lumière sont alors enregistrés pixel par pixel pour construire l’image. Dans la nanoscopie STED, le faisceau d’excitation est doublé d’un autre faisceau, le faisceau STED, opérant à des longueurs d’onde plus élevées. Son intensité lumineuse est localisée autour du faisceau d’excitation, tandis qu’elle est nulle au centre. Par le biais d’un effet physique appelé émission stimulée, ce faisceau STED va avoir pour effet d’annuler l’excitation fluorescente partout, hormis au centre du faisceau. De cette manière, l’excitation est confinée et un spot de lumière plus distinct ressort lors du balayage. Cette image de haute résolution présente cependant toujours un arrière-plan de basse résolution, ce qui est dû à la déplétion stimulée incomplète et à l’émission fluorescente induite par le faisceau STED.

Les chercheurs du KIT ont donc approfondi davantage la méthode STED en y ajoutant un nouveau faisceau STED. Le deuxième faisceau STED, ou STED2, suit le premier faisceau STED avec un retard bien défini et élimine le signal utile au centre, de manière à ce que seule l’excitation de l’arrière-plan reste. La méthode STEDD est donc basée sur l’enregistrement de deux images, respectivement avant et après l’arrivée du faisceau STED2. La seconde image ne contenant que l’arrière-plan est ensuite soustraite pixel par pixel à la première image contenant le signal utile et l’arrière-plan. Il en résulte une image sans arrière-plan de haute résolution. Volker Tachold, secrétaire exécutif de la commission scientifique internationale sur l’Arctique, dirige le bureau ouvert à Potsdam.

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Une cellule cancéreuse sous le microscope : L’image STED (gauche) présente un arrière-plan de basse résolution. L’image STEDD (droite) offre des structures beaucoup plus visibles grâce à la suppression de l’arrière-plan. (© APH/KIT)

[1] Double déplétion par émission stimulée
[2] Microscopie de fluorescence à balayage


Publication scientifique : P. Gao, B. Prunsche, L. Zhou, K. Nienhaus, G. U. Nienhaus, "Background suppression in fluorescence nanoscopy with stimulated emission double depletion", Nature Photonics, 2017

Source : “Höchstauflösende Lichtmikroskopie ohne Untergrund”, communiqué de presse du KIT, 31/01/2017 – https://www.kit.edu/kit/pi_2017_012_hoechstaufloesende-lichtmikroskopie-ohne-untergrund.php

Rédactrice : Laura Voisin, laura.voisin[at]diplomatie.gouv.fr – www.science-allemagne.fr

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