Des chercheurs du MIT et du Broad Institute franchissent la barrière de diffraction en microscopie de super-résolution
Des chercheurs du laboratoire de Sam Peng, professeur adjoint de chimie au MIT et membre principal du Broad Institute de MIT et Harvard, ont développé une technologie d’imagerie de super-résolution révolutionnaire. Cette nouvelle méthode permet aux scientifiques de visualiser des structures moléculaires avec une précision de localisation au sous-angstrom, soit trois ordres de grandeur au-delà des limites nanométriques des colorants fluorescents standards, tout en simplifiant considérablement le processus d’imagerie.
Le système, nommé U-STORM (Microscopie de Reconstruction Optique Stochastique activée par Upconversion), utilise une nouvelle classe de nanoparticules à upconversion (UCNPs) qui clignotent spontanément et indéfiniment, contrairement aux colorants traditionnels qui s’estompent rapidement sous illumination et limitent la collecte de données.
Cette recherche représente un changement fondamental tant dans les matériaux optiques que dans l’imagerie biologique. Une description ouverte de l’étude a été publiée le 27 juillet dans la revue Nature Nanotechnology.
Un renversement de paradigme ancien
Historiquement, les nanoparticules à upconversion étaient considérées comme complètement photostables et non clignotantes, rendant leur utilisation inappropriée pour des techniques de microscopie de super-résolution comme STORM, qui reposent sur le clignotement stochastique des émetteurs de lumière pour distinguer des molécules étroitement packées.
« Notre laboratoire s’est longtemps intéressé à surmonter ces limitations », déclare Peng. « Notre travail a commencé par la question : pouvons-nous développer une plateforme d’imagerie de super-résolution qui soit à la fois durable, multicolore, simple à utiliser et capable d’atteindre une précision de localisation extrêmement élevée sans utiliser de tampons d’imagerie ou de contrôle optique supplémentaire ? »
En contrôlant méticuleusement la composition des nanoparticules, l’équipe du MIT et du Broad Institute a découvert que ces petites particules de type core-shell (~10 nm) pouvaient être amenées à clignoter spontanément sous excitation infrarouge continue, sans nécessiter de tampons d’imagerie complexes, de pièges à oxygène ou de modulation optique externe.
Les avancées clés d’U-STORM
L’aptitude d’U-STORM à clignoter indéfiniment a permis aux chercheurs de collecter plus de 88 000 événements de localisation d’une même particule, affinant la précision de localisation jusqu’à un niveau sans précédent de 0,6 Å. Contrairement aux méthodes d’imagerie de super-résolution multicolore conventionnelles qui nécessitent plusieurs lasers coûteux et un alignement optique minutieux, U-STORM fonctionne avec un seul laser infrarouge, capable d’exciter simultanément des nanoparticules émettant différentes couleurs, réduisant ainsi la complexité des expériences.
Pour obtenir des images en plusieurs couleurs, U-STORM capture ces couleurs simultanément, démontrant ainsi la capacité de cartographier des dimères et multimères de récepteurs du facteur de croissance épidermique dans des échantillons biologiques dans des conditions physiologiques, sans tampons d’imagerie spécialisés.
Impact plus large
Au-delà de l’expansion des frontières de la microscopie, cette recherche établit un nouveau principe de conception pour les nanomatériaux à lanthanides. L’équipe travaille déjà à élargir la palette de couleurs, à rendre les particules encore plus petites et lumineuses, et à déployer U-STORM pour étudier des organisations protéiques complexes à l’échelle nanométrique et des voies de signalisation cellulaire.
En fin de compte, U-STORM promet d’offrir aux laboratoires du monde entier une méthode accessible et facile à mettre en œuvre pour l’imagerie moléculaire de haute précision.
Source : MIT News
