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Les défis d'une microscopie adaptée au vivant

Affublés de lunettes vertes et rouges, les yeux découvrent sur l'écran une sorte d'« amibe », projetant dans un univers en trois dimensions des excroissances cunéiformes, des tentacules rétractiles. Il ne s'agit pas d'une animation digne de Spielberg mais bien d'une visualisation stéréoscopique d'une cellule humaine vivante. Comme pour le cinéma du même nom, les lunettes permettent de superposer les images pour donner l'impression de volume. En quelques années, la visualisation de l'infiniment petit dans le monde du vivant a fait des progrès considérables. Franchissant des étapes dignes de celle qui, dans les années 1930, a marqué le passage de la microscopie optique à la microscopie électronique. Autrement dit, le remplacement du faisceau lumineux pour éclairer ou « exciter » l'échantillon par un faisceau d'électrons. On est passé d'une résolution de 200 nanomètres (1 nm = 4 milliardième de mètre) avec le microscope optique, une résolution inférieure au nanomètre, révélant les structures moléculaires. Si les images obtenues grâce au microscope électronique donnent des informations morphologiques et topographiques importantes, les observations se font toujours sur du matériel mort, le plus souvent en coupes très fines. Que se passe-t-il dans la matière vivante ? Comment fonctionne la « machinerie » cellulaire ? Quels sont les différents processus physiologiques qui interviennent dans les conditions naturelles ? C'est ce que les biologistes veulent savoir, et pour cela il leur faut s'intéresser aux cellules en culture. Observer ces cellules vivantes, en mouvement et, si possible, en trois dimensions représente donc un défi qu'ont tenté de relever un petit nombre de centres de microscopie biologique. A l'Institut Curie, à Paris, cela fait maintenant trois ans que les chercheurs dispoent du premier poste de vidéomicroscopie, un prototype complètement automatisé pour suivre le mouvement des cellules et de leurs composants. « Seulement, se rappelle Jean-Baptiste Sibarita, ingénieur de recherche au CNRS, responsable du service d'imagerie numérique de l'institut, on ne voyait que ce qui se passait sur un plan. » Plus précisément sur une « couche » de 1 micron (10-6 m) d'épaisseur, correspondant au dixième d'une cellule. Or certains trafics intracellulaires se font à la vitesse de 1 micron par seconde. En collaboration avec des industriels, l'équipe de Jan De Mey, professeur à l'université Paris-Sud (Paris-XI), et celle de Jean-Baptiste Sibarita se sont par conséquent attelées à la lourde tâche de développer un système autorisant l'acquisition rapide d'images en volume (3 D), tout en intégrant le mouvement (4 D), et avec la possibilité de suivre la position respective de deux objets cellulaires « marqués » (5 D) par des molécules fluorescentes ou fluorophores. Le résultat est fascinant : « Pour la première fois, nous faisons ces prises de vues à une vitesse compatible avec les vitesses d'échanges entre les compartiments intracellulaires et de déplacement de certains composants de la cellule tels que les chromosomes, soit jusqu'à 1 micromètre par seconde », explique Jean-Baptiste Sibarita. L'empilement de ce type de coupes permet, par exemple, de visualiser le mouvement des chromosomes, lors de la division cellulaire. Ceux-ci étant marqués par une protéine fluorescente qui s'accumule dans une région bien précise du chromosome appelée centromère. « Cela nous sert de base pour interpréter des expériences dans lesquelles nous allons empêcher la synthèse de certains produits de gènes, des protéines, qui jouent un rôle dans le déplacement des chromosomes », explique Jan De Mey. A terme, ces études amènent une meilleure connaissance des pro cessus à l'origine des cancers ou d'autres maladies associées au dysfonctionnement des cellules. Prochaines étapes pour les chercheurs concernés : d'une part, coupler la microscopie rapide 4 D et 5 D à des lasers afin de perturber les cellules et observer ce qui se passe et, d'autre part, développer des outils pour mesurer les mouvements ainsi visualisés et analyser les nouveaux phénomènes spatiaux observés.

Le Monde :

http://interactif.lemonde.fr/article/0,5611,2862--139266-0,FF.html

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