Les recherches du laboratoire de Matthew Lew à l’Université de Washington à St. Louis offrent des façons entièrement nouvelles de voir le très petit.
La recherche – deux articles de Ph.D. étudiants de la McKelvey School of Engineering – a été publié dans les revues Optique et Nano-lettres.
Ils ont développé de nouveaux matériels et algorithmes qui leur permettent de visualiser les éléments constitutifs du monde biologique au-delà des trois dimensions d’une manière qui, jusqu’à présent, n’était pas réalisable. Après tout, les cellules sont des objets en 3D et regorgent de « trucs » – des molécules – qui se déplacent, tournent, tournent et culbutent pour conduire la vie elle-même.
Comme les microscopes traditionnels, les travaux de deux doctorants. Tingting Wu et Oumeng Zhang, étudiants du laboratoire de Lew, utilisent la lumière pour scruter le monde microscopique, mais leurs innovations sont tout sauf traditionnelles. Actuellement, lorsque les gens utilisent la lumière dans l’imagerie, ils sont probablement intéressés par la luminosité de cette lumière ou sa couleur. Mais la lumière a d’autres propriétés, dont la polarisation.
« Le travail d’Oumeng déforme la polarisation de la lumière », a déclaré Lew, professeur adjoint au département de génie électrique et des systèmes de Preston M. Green. « De cette façon, vous pouvez voir à la fois comment les choses se traduisent (se déplacent en lignes droites) et tournent en même temps », ce que l’imagerie traditionnelle ne fait pas.
« Le développement de nouvelles technologies et la capacité de voir des choses que nous ne pouvions pas voir auparavant sont passionnants », a déclaré Zhang. Cette capacité unique à suivre à la fois la rotation et la position lui donne un aperçu unique de la façon dont les matériaux biologiques – les cellules humaines et les agents pathogènes, par exemple – interagissent.
La recherche de Wu fournit également une nouvelle façon d’imager les membranes cellulaires et, d’une certaine manière, de voir à l’intérieur de celles-ci. À l’aide de molécules traceurs fluorescentes, elle cartographie la façon dont les traceurs interagissent avec les molécules de graisse et de cholestérol dans la membrane, déterminant comment les lipides sont disposés et organisés.
« Toute membrane cellulaire, tout noyau, tout ce qui se trouve dans la cellule est une structure 3D », a-t-elle déclaré. « Cela nous aide à sonder l’image complète d’un système biologique. Cela nous permet, pour tout échantillon biologique, de voir au-delà des trois dimensions – nous voyons la structure 3D plus les trois dimensions de l’orientation moléculaire, ce qui nous donne des images 6D. »
Les chercheurs ont développé une technologie d’imagerie informatique, qui associe logiciel et matériel, pour voir avec succès ce qui était auparavant invisible.
« Cela fait partie de l’innovation », a déclaré Lew. « Traditionnellement, les laboratoires d’imagerie biologique étaient liés à tout ce que fabriquaient les fabricants commerciaux. Mais si nous concevons les choses différemment, nous pouvons faire bien plus. »
Tingting Wu et al, Ingénierie de la fonction d’étalement dipôle pour mesurer simultanément les orientations 3D et les positions 3D des molécules fluorescentes, Optique (2022). DOI : 10.1364/OPTICA.451899
Oumeng Zhang et al, Résoudre la dynamique de rotation et de translation tridimensionnelle de molécules uniques à l’aide d’une fluorescence polarisée radialement et azimutale, Nano-lettres (2022). DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c03948