En microscopie, le plus petit détail visible dépend de la couleur de la lumière utilisée. Ce principe physique limite donc les microscopes à une résolution de l’ordre de la centaine de nanomètres. Avec la microscopie STED, il est possible de prendre des images de neurones d’une souris vivante avec une résolution de 70 nanomètres, soit quatre fois plus grande que la résolution standard.


 

Olivier Dupont-Therrien

La microscopie optique permet de sonder des échantillons biologiques avec un grossissement important, révélant ainsi énormément de détails sur les structures fines invisibles à l’œil nu. Cependant, la taille minimale observable d’un échantillon est dépendante de la longueur d’ondes de la lumière utilisée pour l’observer. Comme les microscopes optiques utilisent typiquement de la lumière entre 400 et 700 nanomètres, cette taille minimale est de quelques centaines de nanomètres. Or, plusieurs phénomènes — dont la formation de la mémoire — seraient dus à des modifications de structure en dessous de cette limite. Bien qu’il existe d’autres types de microscopie ayant la résolution adéquate pour voir ces changements, comme la microscopie à rayon X ou la microscopie électronique, ces derniers sont très dommageables et ne peuvent être conduits sur des échantillons vivants. Les microscopistes sont donc limités par la lumière utilisée.

Battre les limites: la microscopie STED

Cette limite est due à la diffraction de la lumière, et a longtemps été vue comme limite absolue de la microscopie. Grâce à la fluorescence, une équipe de chercheurs allemands dirigée par le physicien Stefan Hell a réussi à battre cette limite il y a quelques années, sur des échantillons non biologiques.

Pour rappel, STED est un acronyme pour STimulated Emission Depletion, traduit par déplétion par émission stimulée. Le principe est d’utiliser une lumière d’une autre couleur superposée à la lumière d’excitation pour forcer rapidement l’émission de fluorescence en périphérie de la tache de diffraction de la lumière excitatrice. Afin d’obtenir une meilleure résolution sans couper toute la fluorescence, il faut que le deuxième faisceau, appelé faisceau STED, soit en forme de beigne. De cette façon, seulement les molécules fluorescentes se trouvant au centre du beigne ne seront pas déplétées, et la tache de diffraction effective sera réduite, ce qui permettra une résolution en dessous de 100 nanomètres. L’équipe de Stefan Hell a d’ailleurs publié un nouvel article dans la revue Science cette année, dans lequel il démontre une résolution de 70 nanomètres pour des images de structure neuronales prises dans le cerveau d’une souris vivante.

En plus du STED, il existe quelques autres techniques permettant de dépasser les limites de la résolution optique. Ces types de microscopie forment maintenant un champ d’imagerie appelé nanoscopie.

Crédit photo :  Courtoisie, Christian Tardif et Daniel Côté