Une équipe dirigée par le professeur Seo Dae-ha du département de physique et de chimie de la DGIST (président Lee Kun-woo) a développé une nouvelle technologie de microscopie en temps réel et a observé avec succès le comportement des « protéines motrices », qui pourraient détenir la clé pour démêler la stratégie efficace de transport de matière des cellules. L'équipe de recherche a utilisé des sondes à nanoparticules, une microscopie à haute résolution et des technologies d'algorithmes à transformée de Fourier pour développer une « microscopie à champ sombre plasmonique basée sur la transformée de Fourier » (microscopie FT-pdf) avec une précision de position et d'angle comparable à la microscopie électronique, atteignant le plus haut niveau de microscopie optique existante.
Les cellules transportent efficacement les matériaux à travers des vésicules intracellulaires appelées endosomes. Les matériaux sont transportés vers leur destination par des protéines motrices qui se déplacent le long d'un réseau complexe de microtubules. L'observation du mouvement et de la rotation des endosomes apparaissant dans le processus de transport fournit des informations importantes pour comprendre comment le transport intracellulaire est régulé efficacement, ce qui permet à son tour d'élucider les fonctions et les maladies cellulaires.
Pour visualiser ce processus de transport, l'équipe de recherche a développé une microscopie FT-pdf qui effectue une analyse avec la transformée de Fourier Technique utilisant des nanoparticules qui présentent une « dépendance à l'angle polaire ». Les images des signaux de diffusion observés par la lumière polarisée rotative sont capturées en continu sur une longue période de temps et, lorsqu'elles sont combinées à la technologie existante de suivi de particules individuelles, le mouvement et la rotation des particules peuvent être observés en temps réel.
À l’aide d’un microscope à champ sombre plasmonique, l’équipe de recherche a découvert des modèles temporels (caractéristiques de séries chronologiques élevées) dans les mouvements de rotation des endosomes dans les cellules, qu’elle a interprétés comme similaires à la stratégie d’apprentissage par renforcement des robots de navigation ou des moteurs de recherche sur Internet. La stratégie en temps réel du transport des endosomes peut être analysée et appliquée aux modèles de cellules malades pour expliquer et diagnostiquer la cause des maladies.
Comme le montre cette étude, les cellules ordinaires qui composent le corps humain semblent être équipées de la technologie d’apprentissage des données des robots que les humains développent activement.
Professeur Seo Dae-ha, Département de physique chimique à la DGIST
« Cette stratégie au niveau moléculaire est la clé d'un transport précis des matériaux et constitue un autre sujet de recherche. Nos résultats de recherche devraient contribuer à la compréhension et au diagnostic des maladies à l'avenir grâce à leur application aux cellules malades », a ajouté le professeur Seo.
La recherche a été soutenue par le ministère des Sciences et des TIC et par le programme de recherche fondamentale et le programme du centre de recherche en ingénierie (ERC) de la Fondation nationale de recherche de Corée, le projet d'innovation en recherche Grand Challenge (D-GRIP) de la DGIST et le programme HRHR+. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue internationale Sciences avancées (SI 15.1).
