La microscopie tridimensionnelle peut avoir des implications révolutionnaires dans la recherche sur les maladies, mais elle souffre de problèmes de démarrage. Les experts de la KU Leuven et du VIB repoussent les limites de la technologie.
Il y a quatre cents ans, Galileo Galilei utilisait un des premiers modèles de microscope pour étudier les objets en détail. Depuis lors, la technique a fait ses preuves à maintes reprises comme une nécessité absolue dans le monde scientifique. Cependant, il y a encore un peu de mépris à son sujet. Beaucoup pensent que la microscopie coïncide avec l'image cliché du chercheur qui regarde à travers une lentille d'un œil un objet plat sur une photo.
Ce n'est plus vrai. Les développements électroniques dans le domaine ont entraîné des percées révolutionnaires. Aujourd'hui, les microscopes sont des appareils ultra-sensibles dans lesquels les échantillons sont visualisés dans les moindres détails. La microscopie 3D permet aux chercheurs de visualiser en détail les poissons zèbres, les mouches des fruits et d'autres organismes dans un espace tridimensionnel. Ils peuvent examiner des embryons entiers de souris.
Le cliché du chercheur qui fixe d'un œil un objet plat dans une image n'est plus correct
Pourtant, la microscopie (3D) en est encore à ses balbutiements dans certaines régions. "Si nous voulons vraiment examiner en détail ce qui se passe au niveau des organes dans un corps, nous devons aller plus loin que là où nous en sommes aujourd'hui", déclare l'expert en microscopie Sebastian Munck (VIB-KUL). «Nous devons être en mesure d'examiner les interactions dynamiques que les cellules ont les unes avec les autres sur un plan tridimensionnel. Ce n'est qu'ainsi que nous pourrons découvrir ce qui se passe lorsque les choses tournent mal entre ces cellules, par exemple dans le cas de maladies.'
La microscopie tridimensionnelle présente son propre ensemble de problèmes, des maux de tête auxquels des scientifiques tels que Munck et sa collègue Natalia Gounko (VIB-KUL) doivent faire face quotidiennement. "Il n'est pas facile de voir un organe intact et dans son intégralité", explique Munck. « Vous ne pouvez pas simplement utiliser les méthodes existantes. Simplement écraser un objet en trois dimensions et le faire glisser sous une lentille n'est tout simplement pas possible.'
Pour observer l'intérieur d'un échantillon tridimensionnel, les chercheurs ont aujourd'hui deux options. Ou ils coupent l'échantillon, endommageant l'intégrité de l'échantillon. Ou ils rendent le tissu qui l'entoure transparent avec des techniques d'éclaircissement chimique. "Ce n'est qu'alors que vous perdez toutes les informations sur la couleur et la texture optique de ce tissu", explique Munck. "Cela doit changer."
"Il s'agit d'un nouveau domaine où les méthodes conventionnelles ne peuvent pas être appliquées", déclare Munck. Gounko acquiesce de la tête :« Dans le passé, nous nous limitions à fixer des échantillons, nous devions les épingler sous le microscope. Cela a des effets néfastes, vous ne voulez pas de changements dans les protéines des échantillons que vous étudiez.'
'Il est difficile d'aplatir un objet en trois dimensions et de le faire glisser sous une lentille'
L'échelle à laquelle travaillent les chercheurs présente également des difficultés. «Par exemple, nous examinons des défauts dans le cerveau des rongeurs. Il existe des méthodes pour cela, comme l'utilisation d'anticorps pour détecter des tumeurs ou d'autres défauts. Nous ne pouvons tout simplement pas les utiliser, car ils ne peuvent pas facilement pénétrer dans un organe intact », explique Munck.
Le problème auquel Munck et Gounko sont confrontés est principalement celui de l'efficacité. Si vous regardez des cellules individuelles, vous pouvez en théorie parfaitement tracer où elles se trouvent dans l'organe et quelles fonctions elles ont. Ensuite, vous devez tracer les cellules une par une. Cela semble chronophage, et donc coûteux.
« Il y a des milliers de cellules dans un organe. Nous devons être capables de distinguer quels processus appartiennent à quelles cellules. Si nous devons comprendre comment les cellules fonctionnent individuellement, nous ne ferons pas de progrès contre des maladies comme la maladie d'Alzheimer», déclare Munck. « Nous avons besoin de méthodes pour sélectionner des cellules individuelles et les mettre au premier plan. Cela peut être fait en coloriant ou simplement en utilisant plus efficacement les informations existantes.'
Munck et Gounko ont conçu de nouveaux protocoles qui permettent à la microscopie d'échapper à ses obstacles optiques actuels. En mettant en œuvre les protocoles en microscopie 3D, les chercheurs ont réussi à visualiser des échantillons non transparents dans un espace tridimensionnel.
'Pour tester notre technique, nous jouons avec les matériaux. Actuellement, la colle et la pâte à modeler Play-Doh sont nos principales nécessités'
Ce nouveau développement peut donner une forte impulsion à diverses disciplines. Munck et Gounko pensent entre autres à des applications en neurobiologie et en (bio)photographie. Aussi pour l'analyse des pigments, la réalité virtuelle ou même dans le secteur de l'art il peut être utile d'avoir une image 3D détaillée d'une surface ou d'un objet.
Ce n'est pas là que s'arrête le groupe de recherche. Elle veut combiner la nouvelle technologie avec les méthodes existantes. "Nous voulons compléter les méthodes hautement sensibles existantes pour une surface plane avec les nouvelles techniques qui fonctionnent dans l'espace", explique Munck. Cela permet aux scientifiques de mener des recherches plus ciblées sur le fonctionnement des organes et sur les relations entre les cellules. « Nous sommes ici en territoire nouveau. Nous devons repenser la façon dont nous traitons les monstres."
Les méthodes développées par Munck et Gounko en sont encore à la première phase. «Nous voulons regarder le cerveau de toutes sortes de façons différentes pour obtenir une image complète. Les tissus sont souvent mous et ne restent pas droits », explique Munck. Il le compare à un pot de pudding :enlevez l'emballage plastique et tout se met en place. Alors qu'il faut que le boudin reste bien droit. Et cela pendant un certain temps, afin que vous puissiez prendre des photos et des vidéos via le microscope 3D.
« Pour résoudre de tels problèmes, nous jouons avec différents matériaux. En ce moment, la colle et la pâte à modeler Play-Doh sont nos principales nécessités », rit Gounko. "Nous sommes encore loin du produit final avec des protocoles fixes qui fonctionnent universellement", ajoute Munck. "En attendant, nous devons expérimenter avec les matériaux dont nous disposons."
