Des chercheurs de l’Université Texas A&M ont mis au point une technologie d’imagerie avancée capable d’enregistrer des processus biologiques en temps réel à une vitesse allant jusqu’à 1 000 images par seconde. Cette avancée, publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), permet de capturer simultanément le mouvement et la signature chimique d’échantillons vivants, offrant une clarté inédite là où les méthodes traditionnelles souffrent de flou cinétique.
Une observation directe de la chimie biologique
La plupart des outils d’imagerie biologique se concentrent sur la structure, révélant la forme d’une cellule ou le contour d’un tissu. Toutefois, les maladies sont régies par des interactions moléculaires qui évoluent constamment. Selon le Dr Jizhou Wang, chercheur principal et auteur de l’étude, l’équipe a développé une technique qui cartographie ces changements chimiques directement en exploitant les vibrations naturelles des molécules, sans recourir à des colorants ou des marqueurs externes. « Nous ne faisons qu’observer la chimie déjà présente dans le système », explique le Dr Wang. L’approche utilise la lumière infrarouge pour exciter les vibrations moléculaires, lesquelles sont ensuite converties en signaux lumineux enregistrables par une caméra. Comme chaque type de molécule vibre de manière distincte, cette méthode permet de différencier les composants chimiques à l’intérieur d’un échantillon vivant.
Figer le mouvement à l’échelle de la picoseconde
Le défi majeur de l’imagerie rapide est le flou causé par le mouvement des échantillons. Pour surmonter cet obstacle, l’équipe a optimisé la vitesse d’acquisition. Au lieu de balayer l’échantillon, le système capture l’image entière en un seul cliché, avec une exposition de l’ordre de la picoseconde — soit environ un trillionième de seconde. « À cette échelle de temps, les éléments n’ont pas le temps de bouger suffisamment pour créer un flou », précise le physicien et co-auteur, le Dr Alexei Sokolov, professeur distingué à l’Université et directeur adjoint de l’Institut pour la science et l’ingénierie quantiques. « Ce que l’on capture est très proche de l’état naturel du système. » Pour démontrer l’efficacité de cette technologie, les chercheurs ont filmé des vers C. elegans se déplaçant dans l’eau. Ces vidéos à haute vitesse permettent d’observer les organismes en mouvement tout en préservant des détails chimiques complexes, offrant une vision dynamique de l’activité biologique plutôt qu’une simple succession de clichés statiques.
Implications pour la recherche médicale et scientifique
Cette capacité à observer les processus chimiques en temps réel pourrait transformer la manière dont les scientifiques étudient l’émergence et l’évolution des maladies. En comprenant comment les changements chimiques sont connectés, les chercheurs espèrent mieux suivre le développement de pathologies ou surveiller la réponse des cellules aux traitements thérapeutiques. La technologie fonctionne dans des environnements riches en eau, une exigence fondamentale pour la recherche biologique et biomédicale. Cependant, l’utilité de cette méthode dépasse le cadre de la biologie. Selon le Dr Sokolov, l’approche est applicable à tout système où la chimie évolue rapidement, ouvrant des perspectives dans des domaines tels que la physique et la science des matériaux. « Il s’agit d’accéder à une échelle de temps différente », conclut le Dr Sokolov. « Une fois que l’on peut faire cela, de nombreuses possibilités s’ouvrent. »
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