Une équipe de chercheurs de Stanford a conçu un microscope capable d’observer l’interaction des nanostructures à l’intérieur des cellules vivantes avec une précision inégalée jusqu’à présent.
Une vision améliorée des cellules vivantes
Les scientifiques de Stanford ont combiné deux différentes techniques de microscopie pour créer un instrument unique. Ce nouvel appareil permet de visualiser les structures cellulaires interagissant en temps réel avec une résolution jamais atteinte de 120 nanomètres, sans avoir besoin de marqueurs fluorescents.
Une technologie révolutionnaire
Appelée “Microscopie à balayage d’image interférométrique”, ou iISM, cette méthode offre la possibilité de suivre des structures cellulaires dans leur environnement naturel, y compris leurs réactions face à des agents pathogènes ou à des médicaments. Les résultats de cette avancée sont détaillés dans la revue scientifique Light: Science and Applications.
Une nouvelle fenêtre sur la cellule
Le professeur W.E. Moerner, co-auteur principal et professeur de chimie, a déclaré que ce microscope ouvre une fenêtre fascinante sur les cellules. Il permet de voir les minuscules structures et les machines internes de la cellule évoluer et interagir sans avoir besoin de fluorescents. Cela offre une perspective précieuse sur ces petits compartiments complexes qui sont essentiels à notre vie.
Des applications prometteuses
Les capacités de l’iISM pourraient favoriser de nouvelles découvertes dans divers domaines des sciences de la vie, notamment dans l’étude des mécanismes de maladies, le développement de médicaments, et l’interaction entre les plantes et les microbes.
Un avantage sans fluorescents
Bien que l’iISM n’égale pas en résolution certains microscopes hautement spécialisés, son approche sans étiquettes présente d’importants avantages. Les scientifiques ont la possibilité d’observer simultanément plusieurs structures cellulaires sur une période prolongée. En revanche, les méthodes basées sur la fluorescence nécessitent souvent de marquer seulement quelques structures à la fois et ces signaux peuvent s’estomper avec le temps. De plus, les marques peuvent parfois modifier le comportement des structures observées.
Moins de perturbation, plus de détails
L’iISM incarne aussi une avancée importante, car elle fonctionne avec une puissance d’illumination beaucoup plus faible que les autres méthodes à contraste élevé sans étiquettes. Cela réduit le risque de dommages liés à la lumière dans les cellules vivantes et minimise le risque de perturbation des structures fragiles observées.
Complémentarité avec d’autres techniques
Michelle Kueppers, la première auteure et chercheuse postdoctorale, a souligné que ce microscope ne vise pas à remplacer la microscopie à fluorescence, qui a déjà apporté de nombreuses contributions importantes à la biologie au fil des ans. Chaque méthode a ses propres avantages et inconvénients, et il est probable qu’une approche complémentaire soit adoptée à l’avenir. En combinant les forces de la fluorescence en matière de spécificité moléculaire et celles de l’iISM pour un contexte et une dynamique sans étiquette, de nouvelles questions complexes pourraient être abordées.
La synergie des approches
L’iISM obtient sa résolution et sa sensibilité supérieures en alliant les atouts de deux types de microscopie. Moerner, récipiendaire du prix Nobel de chimie en 2014 pour ses travaux sur la microscopie à fluorescence de super-résolution, a intégré Kueppers à son équipe à Stanford en raison de son expertise en “microscopie à dispersion interférentielle”.
La mécanique de la dispersion
La dispersion est ce qui rend le ciel bleu. Lorsque la lumière rencontre de petites particules, elle change de direction. Les particules de l’atmosphère terrestre dispersent les longueurs d’onde bleues plus fortement que les rouges, ce qui donne au ciel son apparence. Dans un microscope à dispersion interférentielle, un laser éclaire une cellule, provoquant la dispersion de la lumière par les structures minuscules de cette cellule. Un deuxième faisceau laser renforce la lumière dispersée suffisamment pour qu’elle puisse être détectée, permettant ainsi de visualiser ces petites structures.
Innovation technique
L’avancée majeure de l’iISM vient de la combinaison de la dispersion interférentielle avec un concept d’un autre type de microscope, le microscope confocal de prochaine génération. Les microscopes traditionnels utilisent un trou de serrure et un détecteur unique pour se concentrer sur des structures cibles, tandis que des versions plus avancées utilisent des détecteurs en matrice basés sur des caméras pour capturer de nombreuses vues d’une même région.
Précision grâce à la technologie en matrice
Pour l’iISM, l’équipe de Stanford a employé un détecteur en matrice qui capte plus de lumière qu’un système à trou de serrure. Cela améliore la profondeur et la précision. Ce concept rappelle la manière dont nos deux yeux recueillent des informations pour distinguer le premier plan de l’arrière-plan, mais l’iISM utilise des dizaines à des centaines de points de vue au lieu de seulement deux “yeux”. Les chercheurs ont ensuite mis au point une méthode pour fusionner ces mesures en images nettes et avec un contraste amélioré.
Implications futures
Le résultat est un microscope sans étiquettes qui peut atteindre environ 120 nanomètres de résolution tout en utilisant moins de puissance laser et en préservant la rapidité de l’imagerie. Cela signifie que les scientifiques peuvent observer les cellules vivantes pendant des périodes prolongées de manière non invasive.
Vers de nouvelles découvertes
Moerner et Kueppers s’efforcent maintenant d’affiner encore davantage cette technologie et de la rendre accessible à un plus grand nombre de chercheurs. Ils ont déjà établi trois collaborations avec d’autres scientifiques de Stanford. Un projet vise à observer en temps réel les interactions entre cellules végétales, champignons et bactéries. Un autre utilise l’iISM pour étudier comment un médicament anticancer pénètre à l’intérieur d’une cellule. Un troisième projet envisagé examinera comment les globules rouges modifient leur forme face à une infection par le paludisme.
Applications diverses
Kueppers a noté que ce n’est pas une technique de niche, mais qu’elle présente de larges applications, et elle espère que la communauté scientifique des sciences de la vie en bénéficiera, conduisant ainsi à de nombreuses nouvelles découvertes.
Référence : “Microscopie à balayage d’image interférométrique pour l’imagerie sans étiquettes à une résolution latérale de 120 nm à l’intérieur de cellules vivantes” par Michelle Küppers et W. E. Moerner, 27 février 2026, *Light: Science & Applications*.
DOI : 10.1038/s41377-026-02210-y
Cette recherche a reçu le soutien de l’Institut national des sciences médicales générales des États-Unis.
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FAQ
Qu’est-ce que l’iISM ?
L’iISM est une méthode de microscopie qui utilise des techniques de balayage d’image interférométrique pour visualiser des structures cellulaires en temps réel, avec une résolution qui atteint jusqu’à 120 nanomètres, et sans avoir recours à des marqueurs fluorescents.
Pourquoi ne pas utiliser la fluorescence ?
Bien que la microscopie à fluorescence soit une méthode établie, elle peut modifier le comportement des structures observées. L’iISM offre une méthode plus douce, permettant une observation prolongée et simultanée de plusieurs structures.
Quels domaines bénéficieront de l’iISM ?
Ce type de microscopie pourrait avoir des applications significatives dans la recherche médicale, la biologie cellulaire, et l’étude des interactions entre microbes et plantes, ainsi que dans le développement de nouveaux médicaments.
Comment l’iISM se compare-t-elle aux autres techniques de microscopie ?
L’iISM se distingue par sa capacité à atteindre une résolution élevée tout en étant moins invasive. Contrairement à d’autres méthodes, elle permet une observation en profondeur sans nécessiter de marqueurs, ce qui élimine certains biais.
Quels sont les projets en cours utilisant l’iISM ?
Actuellement, des projets sont en cours pour observer les interactions entre cellules végétales et microbes, étudier l’entrée des médicaments anticancéreux dans les cellules, et examiner les modifications des globules rouges face à des infections, notamment le paludisme.
