Le microscope révèle les processus cellulaires les plus infimes

À quoi ressemble réellement l’intérieur d’une cellule ? Jusqu’à présent, les microscopes classiques ne parvenaient pas à répondre à cette question avec une précision suffisante. Des chercheurs des universités de Göttingen et d’Oxford, en collaboration avec le centre médical universitaire de Göttingen (UMG), ont réussi à mettre au point un microscope dont la résolution est supérieure à cinq nanomètres (cinq milliardièmes de mètre). Cela correspond à peu près à la largeur d’un cheveu divisé en 10 000 mèches. Leur nouvelle méthode a été publiée dans Photonique de la nature.

De nombreuses structures cellulaires sont si petites que les microscopes classiques ne peuvent produire que des images fragmentées. Leur résolution ne commence qu’à environ 200 nanomètres. Or, les cellules humaines, par exemple, contiennent une sorte d’échafaudage de tubes fins qui ne mesurent qu’environ sept nanomètres de large. La fente synaptique, c’est-à-dire la distance entre deux cellules nerveuses ou entre une cellule nerveuse et une cellule musculaire, n’est que de 10 à 50 nanomètres, ce qui est trop petit pour les microscopes classiques.

Le nouveau microscope, développé par des chercheurs de l’université de Göttingen, promet des informations beaucoup plus riches. Il bénéficie d’une résolution supérieure à cinq nanomètres, ce qui lui permet de capturer même les plus petites structures cellulaires. Il est difficile d’imaginer quelque chose d’aussi petit, mais si l’on compare un nanomètre à un mètre, cela équivaudrait à comparer le diamètre d’une noisette à celui de la Terre.

Ce type de microscope est appelé microscope à fluorescence. Son fonctionnement repose sur la « microscopie de localisation de molécules individuelles », dans laquelle les molécules fluorescentes individuelles d’un échantillon sont allumées et éteintes et leurs positions individuelles sont ensuite déterminées très précisément. La structure entière de l’échantillon peut ensuite être modélisée à partir des positions de ces molécules. Le procédé actuel permet des résolutions d’environ 10 à 20 nanomètres.

Le groupe de recherche du professeur Jörg Enderlein de la faculté de physique de l’université de Göttingen a désormais réussi à doubler cette résolution grâce à un détecteur extrêmement sensible et à une analyse de données spéciale. Cela permet de révéler avec une grande précision les plus infimes détails de l’organisation des protéines dans la zone de connexion entre deux cellules nerveuses.

« Cette technologie nouvellement développée constitue une étape importante dans le domaine de la microscopie à haute résolution. Elle offre non seulement des résolutions de l’ordre du nanomètre, mais elle est également particulièrement économique et facile à utiliser par rapport à d’autres méthodes », explique Enderlein.

Dans le cadre de la publication de leurs résultats, les scientifiques ont également développé un logiciel open source pour le traitement des données. Ce type de microscopie sera ainsi à l’avenir accessible à un large éventail de spécialistes.