Les yeux de coquilles Saint-Jacques, source d'inspiration pour de nouveaux objectifs de microscope
Le nouvel objectif peut être produit à un coût beaucoup moins élevé et offre une qualité d'image équivalente, voire supérieure, à celle des objectifs conventionnels.
Des neuroscientifiques de l'université de Zurich ont mis au point des objectifs innovants pour la microscopie optique en utilisant des miroirs pour produire des images. Leur conception trouve sa correspondance dans les télescopes à miroir utilisés en astronomie, d'une part, et dans les yeux des coquilles Saint-Jacques, d'autre part. Les nouveaux objectifs permettent une imagerie à haute résolution des tissus et des organes dans une variété beaucoup plus large de milieux d'immersion qu'avec les lentilles de microscope conventionnelles.
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Certaines espèces de moules peuvent voir. Les coquilles Saint-Jacques, par exemple, ont jusqu'à 200 yeux qui les aident à détecter les prédateurs tels que les étoiles de mer qui s'approchent. Cependant, les yeux des coquilles Saint-Jacques sont très différents de ceux de l'homme. Alors que dans nos yeux, la combinaison de la cornée et de la lentille crée une image sur la rétine, dans les yeux des coquilles Saint-Jacques, la lumière est focalisée par un miroir hémisphérique.
Imagerie optique avec des lentilles ou des miroirs
La création d'images à l'aide de miroirs plutôt que de lentilles est particulièrement courante dans les télescopes astronomiques, afin de capter le plus de lumière possible des planètes, des étoiles et des galaxies. Dans le télescope de Schmidt, développé dans les années 1930 par Bernhard Schmidt (1879-1935) et encore utilisé aujourd'hui dans de nombreux observatoires, une fine lentille correctrice est combinée à un grand miroir sphérique.
Les objectifs à miroir sont toutefois rares dans les microscopes utilisés pour étudier le microcosme biologique. La plupart des objectifs de microscope sont si compacts qu'ils peuvent facilement être assemblés à partir de lentilles. Toutefois, pour obtenir une qualité d'image optimale, il faut 10 à 15 lentilles fabriquées dans différents types de verre, qui doivent toutes être polies avec précision et alignées les unes par rapport aux autres. Par conséquent, le coût des objectifs de microscope pour la recherche peut être équivalent à celui d'une voiture de taille moyenne, ce qui représente une part importante du coût total d'un microscope.
La compatibilité avec différents milieux d'immersion, une pierre d'achoppement
Outre leur conception complexe, de nombreux objectifs commerciaux présentent l'inconvénient d'être généralement conçus pour un seul milieu d'immersion spécifique, tel que l'air, l'eau ou l'huile. Cela signifie qu'il faut acheter un nouvel objectif pour les échantillons nécessitant un milieu d'immersion différent. Pendant longtemps, cela n'a pas été un problème majeur, mais ces dernières années, les procédés connus sous le nom de techniques de clarification, qui permettent de rendre les échantillons de tissus transparents, ont suscité beaucoup d'intérêt en biologie et en pathologie. Par exemple, au lieu de préparer laborieusement de fines tranches de tissu à partir d'un cerveau de souris prélevé, les techniques de clarification peuvent rendre le cerveau entier transparent. En pathologie, on espère que les techniques de clarification augmenteront l'efficacité des examens des échantillons de biopsie, ce qui permettra de diagnostiquer plus tôt les modifications malignes des tissus telles que les tumeurs, par exemple. Malheureusement, la plupart des techniques de clarification utilisent des milieux d'immersion incompatibles avec les objectifs des microscopes conventionnels. Cela signifie que les avantages considérables des techniques de clarification pour la recherche restent partiellement inexploités.
Microscopie à haute résolution dans de grands blocs de tissus transparents
Pour contourner les limites des objectifs de microscope conventionnels et s'inspirer des yeux des coquilles Saint-Jacques, qui fonctionnent en principe comme de petits télescopes de Schmidt sous-marins, le Dr Fabian Voigt, neuroscientifique et astronome amateur à l'UZH, a développé une approche non conventionnelle : il a réalisé qu'il était possible de remplir un télescope de Schmidt d'un milieu d'immersion liquide et de le rétrécir à la taille d'un microscope. L'objectif ainsi obtenu est quasiment un télescope miniature qui a été immergé et qui fournit toujours une image nette. "Il est possible de concevoir un objectif de Schmidt de manière à ce qu'il fournisse une excellente qualité d'image dans n'importe quel fluide homogène ainsi que dans l'air", explique M. Voigt. Cela signifie qu'un seul objectif de Schmidt est compatible avec de nombreuses techniques d'éclaircissement différentes. La raison de cette caractéristique inhabituelle est l'utilisation d'un miroir au lieu de lentilles. Un miroir sphérique concentre la lumière au même endroit, qu'elle soit immergée dans un liquide ou dans l'air.
Des applications polyvalentes, y compris dans le domaine du diagnostic médical
Pour démontrer la polyvalence de cette approche innovante, les chercheurs travaillant avec Fabian Voigt et Fritjof Helmchen, professeur à l'UZH, ont utilisé leur prototype d'objectif de Schmidt pour étudier divers échantillons, notamment des cerveaux de souris, des têtards et des embryons de poulets. En collaboration avec une équipe de l'université de Maastricht, ils ont également été en mesure d'analyser des échantillons clairs de cerveau humain. En outre, le nouveau type d'objectif convient également pour mesurer l'activité neuronale dans le cerveau de jeunes larves de poisson zèbre vivantes. "Dans tous les cas, la qualité de l'image était équivalente, voire supérieure, à celle obtenue avec des objectifs conventionnels, même si l'objectif de Schmidt ne comporte que deux éléments optiques", explique M. Helmchen. Par rapport aux objectifs conventionnels, qui comportent une douzaine de lentilles supplémentaires, un objectif de Schmidt peut donc être fabriqué de manière beaucoup plus rentable.
Les applications futures pourraient également inclure l'examen de tissus tumoraux ou la détection de maladies neurologiques. "À cet égard, les coquilles Saint-Jacques pourraient nous montrer la voie vers de meilleurs diagnostics médicaux", déclare M. Helmchen.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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