L’illumination aléatoire à la rescousse de l’imagerie

Voir les liaisons chimiques dans un microscope

Les molécules biologiques peuvent être visualisées directement en microscopie optique en mesurant leurs vibrations, le tout dans des environnements complexes comme les cellules et les tissus. Les techniques dites « de Raman cohérent » sont à l’origine de nombreuses applications en spectroscopie et en imagerie. Elles permettent de visualiser des groupements chimiques présents dans les échantillons biomédicaux sans utiliser aucun marquage. Ces techniques d’imagerie moléculaire vibrationnelle utilisent deux faisceaux lasers dont la différence de fréquence est égale à la fréquence de vibration de la liaison chimique que l’on veut visualiser.

Une imagerie limitée en vitesse et pouvant endommager l’échantillon

L’approche conventionnelle utilise des lasers focalisés en un point qui balayent l’échantillon à l’aide de miroirs mobiles. L’image est alors reconstruite point par point et est limitée par le temps nécessaire aux faisceaux lasers pour balayer l’échantillon. Augmenter la vitesse de balayage implique l’augmentation de la puissance des lasers, ce qui conduit inévitablement à un endommagement de l’échantillon. Il y a donc un réel besoin de créer une nouvelle méthode pour limiter cet endommagement.

Des illuminations aléatoires pour aller plus vite et pour minimiser l’endommagement des échantillons

Des chercheurs de l’Institut Fresnel à Marseille, en collaboration avec des collègues lithuaniens et américains, ont récemment développé une nouvelle méthode pour imager les groupements chimiques des molécules n’utilisant pas un balayage laser de l’échantillon, mais une imagerie en champ large utilisant une caméra. 

Pour cela, ils ont utilisé une illumination de l’échantillon avec des tavelures (speckle en anglais) aléatoires. C’est-à-dire un champ lumineux aléatoire constitué de grains de lumière qui provient de la diffusion d’un laser par une surface. Cela constitue un éclairage original, car il permet d’éclairer une grande partie de l’objet, les tavelures étant sur l’ensemble du champ, et chaque grain de tavelure agit comme un faisceau focalisé. Par ailleurs, ce mode d’illumination permet de préserver l’échantillon des endommagements liés à l’illumination laser et assure la possibilité d’imager l’échantillon sur le long terme.

Obtenir des images en super-résolution

Les tavelures utilisées par cette méthode ont l’avantage de conserver leurs propriétés lorsqu’elles se propagent dans un milieu diffusant comme les tissus biologiques. En changeant les illuminations de speckle, les chercheurs ont pu démontrer qu’il est possible d’imager des liaisons chimiques qui se trouvent dans différents plans d’imagerie. En réalisant plusieurs images de plans par sectionnement optique virtuel, ils obtiennent des reconstructions super-résolues, ainsi que des coupes optiques de l'échantillon. 

Ce nouveau mode d’imagerie fait avancer les recherches dans les domaines de la biologie, de la pharmacologie et de la médecine, en particulier pour détecter rapidement les tissus cancéreux.

 

Pour en savoir plus sur : 

• les techniques de Raman cohérent 
• l’imagerie moléculaire vibrationnelle, un nouvel outil pour la biologie et la médecine