Les scientifiques ont développé une nouvelle technique d'imagerie qui utilise un nouveau mécanisme de contraste en bioimagerie pour fusionner les atouts de deux méthodes de microscopie puissantes, permettant aux chercheurs de voir à la fois l'architecture complexe des cellules et les emplacements spécifiques des protéines, le tout en couleurs vives et à une résolution nanométrique.
Cette avancée, appelée microscopie électronique multicolore, répond à un défi de longue date en imagerie biologique : les scientifiques doivent traditionnellement choisir entre observer de fins détails structurels ou suivre des molécules spécifiques, mais pas les deux à la fois.
L'approche ouvre la porte à l'étude de tout, de la signalisation cellulaire à l'organisation des groupes moléculaires au sein des cellules, tout en voyant exactement où ces processus se produisent dans l'architecture cellulaire. La recherche sera présentée lors de la 70e réunion annuelle de la Biophysical Society à San Francisco du 21 au 25 février 2026.
J'ai toujours été fasciné par le développement de nouvelles techniques de microscopie capables d'imager des choses que nous n'avions jamais vues auparavant. Nous construisons un microscope électronique multicolore, une technique qui combine les avantages de la microscopie électronique et de la microscopie à fluorescence. »
Debsankar Saha Roy, chercheur postdoctoral au laboratoire de Maxim Prigozhin à l'Université Harvard
La microscopie à fluorescence traditionnelle fonctionne en attachant des étiquettes lumineuses aux protéines d'intérêt, puis en projetant une lumière visible sur l'échantillon pour allumer ces étiquettes. Cette approche est excellente pour localiser des molécules spécifiques, mais elle présente des limites importantes. « La résolution est limitée à environ 250 à 300 nanomètres, vous ne pouvez donc pas voir clairement les protéines individuelles », a expliqué Roy. « Mais le plus gros problème est que vous ne voyez pas la structure de la cellule. Vous voyez tout ce qui est étiqueté, mais vous ne voyez pas tout le reste autour. »
La microscopie électronique, en revanche, peut révéler des structures cellulaires avec des détails exquis, jusqu'à quelques nanomètres, mais n'est traditionnellement pas en mesure d'identifier des molécules spécifiques en couleur. Les scientifiques ont essayé de combiner les deux approches en prenant des images distinctes avec chaque méthode, puis en les superposant, mais aligner les images avec précision, en particulier dans les grands échantillons comme le tissu cérébral, s'est avéré extrêmement difficile.
La solution de l'équipe de Harvard est élégante : au lieu d'utiliser deux sessions d'imagerie distinctes, ils utilisent un seul faisceau d'électrons pour accomplir les deux tâches simultanément.
« Nous n'envoyons pas de lumière, nous envoyons un faisceau d'électrons », a déclaré Roy. « Nous avons des sondes que vous pouvez attacher à une protéine qui émettent de la lumière visible lorsqu'elles sont excitées par des électrons. Ce processus est appelé cathodoluminescence. Ainsi, à partir du même faisceau d'électrons, vous obtenez deux ensembles d'informations : le signal coloré des sondes, et également l'image structurelle détaillée des électrons. »
L’un des principaux avantages de cette technique est que les chercheurs peuvent utiliser des colorants fluorescents existants, déjà largement disponibles et bien caractérisés. L’équipe avait précédemment développé des nanoparticules de lanthanide comme sondes pour la microscopie électronique multicolore et avait travaillé pour les attacher aux protéines.
Plus récemment, l’équipe a fait une découverte surprenante en plaçant des colorants fluorescents courants au microscope électronique. « La chose la plus surprenante que nous avons observée est que les colorants standards utilisés en microscopie à fluorescence émettent également de la lumière visible lorsqu'ils sont excités par des électrons », a déclaré Roy. « Cela n'avait jamais été vu auparavant. Et ces colorants – et leurs méthodes de marquage des protéines – sont déjà développés et disponibles ; vous n'avez rien à créer de nouveau. »
L’équipe a déjà démontré que la technique fonctionne sur des cellules et des tissus biologiques de mammifères, notamment sur des mouches infectées par des champignons.
Pour l’avenir, les chercheurs visent à étendre la technique en trois dimensions. Actuellement, la méthode produit des images plates en deux dimensions. La prochaine frontière consiste à l'adapter à la cryomicroscopie électronique, une technique dans laquelle les échantillons sont congelés instantanément, préservant ainsi les cellules dans leur état naturel et permettant aux scientifiques de les imager sous plusieurs angles pour créer des reconstructions 3D.
« Nous souhaitons étendre cette approche de microscopie électronique multicolore à la 3D », a déclaré Roy. « Pour y parvenir, nous visons à mettre en œuvre cette technique dans des sections ultrafines de matrices cellulaires incorporées et/ou en microscopie cryoélectronique – c'est la prochaine étape. »
