Des physiciens de la TU Delft ont mis au point un microscope trois en un dans lequel un faisceau lumineux, un faisceau d’électrons et un faisceau d’ions fonctionnent ensemble pour découper avec précision des tranches spécifiques d’échantillons biologiques.
Ces tranches sont indispensables pour la recherche biomoléculaire de nouveaux types de médicaments. Les détails de l’invention ont été publiés le 1er décembre dans la revue eVie.
Biomolécules dans la cellule
Les fondements de la santé et de la maladie remontent au fonctionnement ou au non-fonctionnement des biomolécules dans la cellule, telles que les protéines. La recherche sur ces molécules est essentielle pour le développement de médicaments. En 2017, le prix Nobel de chimie a été décerné aux inventeurs d’une technique de microscopie capable de révéler les biomolécules les plus petites et les plus complexes.
Cette microscopie électronique dite à cryo-transmission (cryo-TEM) utilise un faisceau d’électrons pour imager des biomolécules individuelles dans la cellule, jusqu’à presque l’échelle atomique. Pour ce faire, la cellule doit être rapidement congelée à des températures cryogéniques (typiquement -170°C) et une fine tranche contenant la biomolécule ciblée doit en être découpée. En pratique, il est très difficile de couper exactement au bon endroit.
Trois forfaits
doctorat Le candidat Daan Boltje a maintenant développé une technique pour examiner simultanément la cellule en utilisant trois techniques de microscopie. En attachant une étiquette fluorescente à la biomolécule cible, elle s’allume littéralement, après quoi une tranche est découpée autour de l’emplacement de la fluorescence, après quoi elle peut être étudiée plus avant avec cryo-TEM.
L’utilisation de cryo-TEM pour la recherche sur les protéines et autres biomolécules a explosé ces dernières années. L’invention de Boltjes rend ces recherches cryo-TEM plus faciles et plus précises. Pour rendre cela possible, Boltje a simultanément focalisé trois faisceaux sur un échantillon biologique : un faisceau lumineux pour éclairer les colorants fluorescents, un faisceau d’électrons pour zoomer à l’échelle nanométrique et un faisceau d’ions pour découper une fine tranche.
Réalisation technique
Le chercheur principal Jacob Hoogenboom déclare : « Nous avons découpé une tranche de 0,1 micromètre d’épaisseur dans une cellule de 10 000 micromètres cubes exactement au bon endroit. Sous vide et à -170 °C. Techniquement, c’est tout un exploit.
Auparavant, il était nécessaire d’examiner l’échantillon dans des microscopes séparés, après quoi les chercheurs devaient superposer les données de ces microscopes. Alternativement, ils ont découpé un ensemble « aléatoire » de tranches dans l’espoir que l’une d’elles contenait la biomolécule recherchée.
Boltje, qui est titulaire d’un doctorat industriel. candidat à la fois à la TU Delft et à la société de microscopie Delmic, a développé la technique en collaboration avec des biologistes cellulaires des Pays-Bas, d’Allemagne, d’Australie et des États-Unis, qui, en tant qu’utilisateurs finaux, appliqueront immédiatement le système pour leurs recherches sur les protéines. « Je suis particulièrement fier de la facilité d’utilisation du système. Vous voyez la fluorescence sur votre écran, vous naviguez vers elle et, d’une simple pression sur un bouton, le microscope y découpe une tranche », déclare Boltje.
Delmic travaille depuis un certain temps déjà sur la combinaison de la microscopie optique et électronique. Hoogenboom déclare : « Daan a montré comment la lumière, les ions, les électrons et le refroidissement cryogénique peuvent être réunis dans un seul système de vide. Trois prototypes seront désormais utilisés par d’autres groupes. Notre défi consiste à développer davantage la technologie et peut-être à la commercialiser dans le long terme. »
Plus d’information:
Daan B Boltje et al, Un microscope cryogénique à fluorescence coïncidente, à électrons et à faisceau d’ions, eVie (2022). DOI : 10.7554/eLife.82891