Recherche de Delft
Dès 2019, les chercheurs de Delft ont fait un grand pas en avant dans le domaine de la microscopie à super-résolution en améliorant la précision de la technique d’environ un facteur deux (vois ici† Maintenant, ils proposent un article scientifique qui met en évidence les limites fondamentales des composants de la microscopie à super-résolution. “Et nous proposons également une méthode de calcul permettant à d’autres chercheurs de faire des choix plus réfléchis”, explique le doctorant de Delft et premier auteur de la publication Dylan Kalisvaart.
Les chercheurs dirigés par Carlas Smith examinent les fondements de la méthode de super-résolution appelée microscopie itérative de localisation d’une seule molécule. Ils utilisent des modèles d’éclairage pour zoomer sur des molécules individuelles. Ils utilisent les résultats d’expériences précédentes pour rapprocher de plus en plus les motifs des molécules. Cela permet d’augmenter la netteté de l’image, précisément aux endroits où se trouvent les molécules.
Kalisvaart, chercheur au Delft Center for Systems and Control, explique : « Nous montrons (avec l’inégalité dite de Van Trees) que l’amélioration de la résolution peut être attribuée à des connaissances préalables obtenues lors d’expériences précédentes. Avec cela, nous montrons comment, compte tenu des circonstances et des connaissances préalables, les réglages pratiques d’un microscope doivent être afin d’obtenir le meilleur résultat.”
Microscopie à super résolution
La microscopie à super-résolution est une technologie révolutionnaire qui permet aux chercheurs de regarder à l’intérieur des cellules vivantes. La technique utilise des protéines luminescentes que l’on trouve par exemple dans les méduses. En 2008, trois chercheurs de haut niveau ont reçu le prix Nobel de chimie pour avoir découvert et développé cette protéine émettrice de lumière, appelée GFP (Green Fluorescent Protein). Les chercheurs peuvent attacher ces protéines fluorescentes à des molécules en utilisant l’édition de gènes. Lorsque vous illuminez une telle protéine avec un laser, elle émet alors une petite quantité de lumière.
Avec la méthode de super-résolution Single Molecule Localization Microscopy (SMLM), les molécules sont activées ou désactivées de manière aléatoire. Des capteurs sensibles réalisent une vidéo des signaux lumineux, après quoi les chercheurs analysent les données obtenues. Cela leur permet de déterminer très précisément la localisation des molécules et de faire une reconstruction de la structure cellulaire. Avec un microscope optique ordinaire, vous pouvez créer des images à une échelle d’environ un demi-micron. Avec la microscopie à super résolution, vous pouvez faire cela dix fois mieux.
Développement de la microscopie à super-résolution
Le domaine de la microscopie à super-résolution s’est développé rapidement au cours de la dernière décennie. En 2014, trois autres chercheurs ont reçu le prix Nobel de chimie pour ce qui est devenu connu sous le nom de “microscopie à super résolution”. L’un des trois lauréats était le chercheur allemand Stefan Hell. Des chercheurs du laboratoire Hell’s ont déclaré en 2020 que la microscopie itérative de localisation d’une seule molécule améliorerait beaucoup plus la résolution. Les scientifiques de la TU Delft montrent que ces grandes améliorations de résolution sont pratiquement inaccessibles dans la pratique.
Kalisvaart: « Dans des circonstances pratiques, vous pouvez tout au plus obtenir une amélioration d’environ cinq fois par rapport à la technique standard. Le champ a largement supposé que le potentiel était beaucoup plus grand. Nous avons maintenant examiné ce problème pour la première fois à travers une approche mathématique (bayésienne) différente et montrons que les améliorations de la résolution du groupe de Hell sont difficiles à réaliser en pratique.
La publication sera-t-elle Journal biophysique le voyez-vous maintenant principalement comme un revers ? « Je vois les choses très différemment », déclare Carlas Smith, superviseur de Kalisvaart. « Il est essentiel que la science sous-jacente soit solide. Si toute la structure n’est pas bonne, il faut retourner au rez-de-chaussée pour refaire les fondations.
