La microscopie à deux photons (2PM) joue un rôle fiable et efficace dans l’imagerie non invasive des tissus profonds dans l’investigation biomédicale. Depuis l’invention du microscope à deux photons à la fin du 20e siècle, il y a eu un flux constant de recherches connexes faisant progresser 2PM – des fluorophores aux méthodes et applications d’imagerie – dans les domaines de la biochimie et de la médecine.
Comment imager des tissus plus profonds a été un grand défi dans l’imagerie à deux photons. Les sources laser peuvent potentiellement relever ce défi. Cependant, le laser traditionnel Ti: saphir en mode verrouillé pour l’imagerie à deux photons est limité par sa fréquence de répétition élevée et ne peut pas fournir l’énergie d’impulsion élevée nécessaire pour l’imagerie des tissus profonds à faible puissance d’exposition. Le laser à fibre surmonte commodément le taux de répétition élevé en ajoutant quelques dizaines de mètres de fibres dans la cavité, mais dans certains cas, il souffre de faibles gains et d’un faible rapport signal sur bruit (SNR).
Récemment, comme indiqué dans Nexus photonique avancé, des chercheurs du groupe Omega de Kenneth Wong à l’Université de Hong Kong (HKU) ont développé un laser haute performance comme nouveau type de source de lumière pour la microscopie multiphotonique. Ils ont signalé un laser à 937 nm, une fréquence doublée par rapport à un laser à verrouillage de mode entièrement fibre à 1,8 μm, avec un faible taux de répétition d’environ 9 MHz et un SNR élevé de 74 dB.
La nouvelle source laser à 937 nm s’appuie sur l’automodulation de phase dans la fibre monomode pour simultanément augmenter la puissance de 1,8 μm et compresser la largeur d’impulsion. La conception laser à 937 nm convient à l’imagerie des tissus profonds à haute sensibilité de plusieurs protéines de fluorescence. La source de lumière laser fournit des excitations à deux photons sur plusieurs types de tissus biologiques. La profondeur de pénétration démontrée avec un cerveau de souris a atteint 620 μm, révélant la capacité de cette technique pour l’imagerie des tissus profonds. Les chercheurs ont également effectué une imagerie de génération de deuxième harmonique (SHG), démontrant une imagerie sans étiquette et validant initialement le potentiel de cette source de lumière pour les applications d’imagerie multimodale.
Grâce à sa faible fréquence de répétition et à son rapport signal/bruit élevé, la source lumineuse ne nécessite que 10 mW de puissance pour imager les tissus à des profondeurs de plus de 600 µm, nettement inférieures au laser à fibre de 40 MHz, qui nécessite environ 200 mW puissance à une profondeur similaire. Cela réduit considérablement le photoblanchiment et les photodommages dans l’imagerie, améliorant la profondeur de l’imagerie tissulaire et la sécurité dans l’imagerie en direct (in vivo).
Ces travaux permettront de mieux comprendre l’imagerie des tissus profonds pour la recherche et les applications biomédicales. Le boursier postdoctoral à HKU et l’auteur correspondant Tian Qiao remarque que « cette nouvelle source laser à SNR élevé de 937 nm atteint un bon équilibre entre la sensibilité, la profondeur de pénétration et la vitesse d’imagerie pour l’imagerie à deux photons. Ses excellentes performances en imagerie à deux photons indiquent son potentiel passionnant pour les investigations biologiques, telles que l’imagerie in vivo des tissus profonds et l’imagerie multimode. »
Hongsen He et al, microscopie à deux photons des tissus profonds avec un laser à verrouillage de mode tout fibre doublé en fréquence à 937 nm, Nexus photonique avancé (2022). DOI : 10.1117/1.APN.1.2.026001