Avancées en microscopie à fluorescence avec le Circulator

La microscopie à fluorescence, c'est un outil super populaire en recherche scientifique pour étudier des structures minuscules dans des cellules vivantes et des matériaux. Ça permet aux scientifiques de voir différentes parties d'un échantillon grâce à une lumière spéciale qui fait briller certaines molécules. Mais le gros défi, c'est d'obtenir un maximum d'infos détaillées à partir des images produites.

#Augmenter le contenu d'information

Pour choper de meilleures infos des images, les chercheurs ont développé différentes techniques. Un de ces trucs s'appelle l'ingénierie de la fonction de diffusion ponctuelle (PSF), qui modifie l'apparence de la lumière des molécules fluorescentes dans les images. Cette technique aide à améliorer la clarté des images sans limiter la quantité d'échantillon visible ou la vitesse de prise d'images.

Parmi les méthodes courantes, on trouve :

• Ajuster la forme des motifs lumineux pour voir plus de détails dans certaines zones.
• Utiliser du matos spécial pour capturer différentes couleurs de lumière en même temps.
• Analyser la lumière de molécules individuelles pour récupérer des détails spécifiques à leur sujet.

Bien que ces techniques puissent donner de meilleures images, elles ont aussi leurs inconvénients. Par exemple, elles peuvent nécessiter un équipement complexe ou un logiciel spécial pour analyser les images.

#Défis de l'ingénierie PSF

Malgré les avantages, l'ingénierie PSF a ses défis. D'abord, quand la PSF peut changer de forme de plein de manières, l'analyse des données devient compliquée. Les chercheurs doivent différencier soigneusement les formes similaires, ce qui peut être délicat. De plus, le matos nécessaire pour ce genre d'imagerie peut être cher et souvent doit être personnalisé précisément pour différents types d'échantillons.

Combiner différentes techniques PSF peut aussi être difficile, car chaque méthode peut interférer avec les autres. Les chercheurs ont réalisé que modifier la forme de la PSF peut limiter la quantité d'infos qu'ils peuvent obtenir de leurs images. Du coup, il y a un besoin de nouvelles stratégies qui n'impliquent pas de changer ces motifs lumineux directement.

#Nouvelle approche : Le Circulateur

Pour surmonter ces défis, un nouvel appareil appelé le Circulateur a été développé. Cet outil permet aux chercheurs de créer plusieurs copies du motif lumineux original sans changer sa forme. En divisant la lumière en plusieurs copies, chacune positionnée différemment, le Circulateur peut coder des informations importantes sur l'échantillon.

Cette nouvelle approche a plusieurs avantages :

1. Elle fonctionne bien sur une large gamme de couleurs, préservant la clarté du motif lumineux original.
2. Elle peut être combinée avec d'autres méthodes sans créer de conflits.
3. Elle ne nécessite pas de nouveau logiciel compliqué pour l'analyse.
4. La précision pour localiser les cibles n'est pas réduite avec cette méthode.

#Comment fonctionne le Circulateur

Le Circulateur utilise un montage astucieux qui inclut des miroirs et des filtres spéciaux. La lumière provenant de l'échantillon est d'abord collimatée (rendue parallèle) puis passée à travers un séparateur de faisceau polarisant et des plaques à quart d'onde. Ce montage permet à l'appareil de produire jusqu'à quatre copies du motif lumineux original, chacune à une position et une orientation connues.

L'intensité de chaque copie lumineuse dépend de la couleur de la lumière émise, ce qui signifie que les chercheurs peuvent facilement déterminer la couleur de chaque molécule brillante dans leurs images. Cela permet aussi d'imager simultanément différentes couleurs, accélérant le processus global de collecte de données.

#Applications dans l'imagerie DNA-PAINT

Le Circulateur a été testé avec une méthode appelée DNA-PAINT, ce qui a permis d'imager simultanément trois couleurs différentes dans un échantillon de cellules. Les chercheurs ont pu marquer des protéines spécifiques dans les cellules, ce qui leur a permis de visualiser des structures importantes comme les microtubules et la clathrine.

Le montage pour cette expérience a montré que le Circulateur pouvait vraiment accélérer l'acquisition d'images tout en maintenant un grand champ de vision. Ça veut dire que les chercheurs n'ont pas à attendre longtemps pour rassembler des données, rendant leurs expériences plus efficaces.

#Résolution améliorée avec SOFI

Une autre approche avec le Circulateur s'appelle l'imagerie à fluctuations optiques de super-résolution (SOFI). Cette méthode profite du clignotement aléatoire des molécules fluorescentes sur plusieurs images. En appliquant une analyse statistique à ces images, les chercheurs peuvent récupérer des images haute résolution même en présence de nombreuses molécules.

Utiliser SOFI avec le Circulateur permet d'acquérir des images plus rapidement tout en atteignant toujours des résolutions élevées, ce qui en fait une combinaison puissante pour les scientifiques travaillant avec des échantillons denses.

#Suivi des molécules avec le suivi des particules uniques

Pour étudier des systèmes dynamiques, comme les interactions entre cellules vivantes, suivre des particules individuelles est crucial. Le Circulateur a aussi été utile pour une technique appelée Suivi de particules uniques (SPT). Cette méthode permet aux chercheurs de surveiller comment différentes molécules bougent et interagissent au fil du temps.

Dans une expérience, les chercheurs ont étudié le mouvement de structures d'ADN spécialement marquées flottant sur une bicouche lipidique. En utilisant le Circulateur, ils pouvaient facilement identifier différentes molécules colorées et suivre leurs mouvements en temps réel.

#Observation des interactions des membranes cellulaires

Les chercheurs ont également utilisé le Circulateur pour observer les interactions entre les récepteurs immunitaires dans des cellules vivantes. En marquant les anticorps IgE avec plusieurs fluorophores, le Circulateur leur a permis de visualiser comment ces molécules s'agrègent à la surface de la cellule.

L'appareil a aidé à identifier l'état de différentes molécules avant et après un stimulus spécifique, fournissant des aperçus sur la façon dont le système immunitaire réagit aux allergènes. Ce type d'analyse est précieux pour comprendre comment fonctionnent les réponses immunitaires, ce qui a des implications pour les allergies et d'autres conditions médicales.

#Conclusion

Le Circulateur représente un avancement significatif dans les techniques de microscopie à fluorescence. En créant plusieurs copies du motif lumineux original, il augmente la quantité d'infos que les chercheurs peuvent recueillir sans compliquer le processus. Il soutient efficacement différentes méthodes d'imagerie, y compris SMLM et SOFI, permettant des observations plus rapides et plus détaillées.

Avec des applications potentielles dans l'étude de différents processus biologiques et matériaux, le Circulateur ouvre de nouvelles possibilités en recherche scientifique. À l'avenir, il peut être adapté pour une large gamme de tâches d'imagerie, augmentant davantage l'efficacité et l'efficacité de la microscopie à fluorescence.