Dépasser la limite de diffraction de l'imagerie chimique sans marquage

L'imagerie optique à super-résolution joue un rôle important dans l'étude des mécanismes microscopiques des processus biologiques. Grâce à la technologie d'imagerie à super-résolution par marquage fluorescent, l'imagerie de macromolécules telles que les protéines dans des cellules vivantes a été réalisée avec succès à l'échelle nanométrique. Cependant, le marquage fluorescent nécessite une préparation complexe et ne permet pas de marquer efficacement les métabolites de petites molécules (tels que les sucres, les lipides, etc.). La diffusion Raman stimulée (SRS) est une technologie d’imagerie sans marquage qui permet d’obtenir une imagerie chimique en capturant les vibrations intrinsèques des liaisons chimiques des molécules cellulaires. Cependant, la résolution spatiale de la SRS n’est que d’environ 300 nanomètres, ce qui est insuffisant pour capturer les nanostructures fines présentes dans les cellules. Par conséquent, la question de savoir comment réaliser une imagerie chimique sans marquage et à super-résolution d’échantillons biologiques reste un enjeu majeur dans le monde universitaire.

Récemment, le groupe de Hilton B. de Aguiar, du laboratoire Kastler-Brossel en France, a présenté dans la revue *Advanced Imaging* une technologie de super-résolution baptisée “ Blind-S3 ”, qui combine avec succès la SRS et la microscopie à illumination structurée (SIM). Par rapport à la SIM à champ large traditionnelle, les auteurs ont conçu une méthode d’imagerie combinant des secondes de balayage à champ large et ponctuel, en s’appuyant sur les caractéristiques de la SRS. L’équipe de recherche a utilisé un éclairage par speckle pour la lumière de pompage (Pump) et a capturé des images SRS à l’aide d’un seul détecteur en balayant au laser le faisceau de Stokes. Par la suite, une série d’images d’éclairage ponctuel a été reconstruite à l’aide de méthodes de calcul avancées. Cette stratégie collaborative « instrument + calcul » permet non seulement de surmonter le problème lié à l’impossibilité de détecter les signaux SRS par les caméras, mais aussi d’améliorer la profondeur de pénétration de la SRS grâce à l’utilisation de l’éclairage par speckle. Blind-S3 a permis de doubler la résolution et a démontré son efficacité en réalisant des images de cellules HeLa et de coupes de tissu cérébral de souris. Cette technologie ne nécessite ni irradiation laser de forte puissance ni traitement particulier des échantillons, et offre de larges perspectives d’application en cytologie biologique.
Malgré les progrès significatifs réalisés par Blind-S3, sa résolution reste encore bien en deçà des capacités de l'imagerie par super-résolution à fluorescence. Cette limitation n'est pas seulement due à la faible résolution de l'excitation dans le proche infrarouge, mais résulte également de la sensibilité limitée de la SRS. Par conséquent, les nouvelles technologies d’imagerie par vibration capables d’atteindre une résolution inférieure à 100 nanomètres tout en conservant une sensibilité aux métabolites non fluorescents restent un domaine de recherche très actif.