Nouvelle technique de localisation nanométrique pour l’imagerie cellulaire 3D, issue des techniques LIDAR

Les voitures autonomes utilisent des dispositifs optiques, appelés LIDAR (pour Light Detection and Ranging), indispensables pour connaitre en temps réel leur environnement 3D. Cette même technique avec des précisions jusqu’à quelques centimètres est également utilisée en archéologie, dans les études atmosphériques ou dans les consoles de jeux vidéo.

Dans le domaine biomédical de l’imagerie cellulaire, l’acquisition de la troisième dimension représente également un défi majeur mais à une échelle nanométrique. Les développements en microscopie dite super-résolue, récompensés par le prix Nobel de chimie en 2014, permettent aujourd’hui de réaliser une imagerie 2D des cellules en localisant avec une précision nanométrique des protéines marquées de molécules fluorescentes. Les stratégies de localisation axiale ont de nombreuses limitations.

Une collaboration entre des équipes de l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (Université Paris Saclay, CNRS), de l’UMRS INSERM 1193 (Châtelet-Malabry, U. Paris Saclay) et de l’Institut Langevin (ESPCI, PSL, CNRS) vient de revisiter le principe du LIDAR pour permettre une imagerie cellulaire 3D nanométrique aux performances inégalées. Le premier défi résidait en une amélioration de la précision de localisation de plus d’un million par rapport aux LIDAR actuels. Le second défi provenait des caractéristiques des objets à localiser, des molécules individuelles émettant seulement quelques milliers de photons pendant quelques millisecondes de façon aléatoire. Cette nouvelle technique appelée ModLoc, pour « Modulation Localization », s’appuie sur une illumination sinusoïdale de l’échantillon variant au cours de temps. L’émission de fluorescence des molécules est modulée temporellement permettant leur localisation par simple mesure de la phase du signal. ModLoc permet ainsi de localiser les molécules avec une précision de quelques nanomètres sur des épaisseurs de plusieurs dizaines de microns et s’adapte à tout type de microscope. Protégé par un brevet CNRS, cette technique est en cours de valorisation avec des applications en biologie fondamentale ou pour le diagnostic médical, où le besoin de comprendre la structure cellulaire à l’échelle moléculaire est un enjeu majeur.

Référence
Nanometric axial localization of single fluorescent molecules with modulated excitation
P. Jouchet, C. Cabriel, N. Bourg, M. Bardou, C ; Poüs, E. Fort and S. Lévêque-Fort
Nat. Photonics (2021)

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