Les scientifiques adaptent une méthode d’astronomie pour débloquer les images de microscopie

Une équipe dirigée par des chercheurs du Janelia Research Campus de HHMI a adapté une classe de techniques utilisées en astronomie pour débloquer les images de galaxies lointaines afin de les utiliser dans les sciences de la vie, offrant ainsi aux biologistes un moyen plus rapide et moins coûteux d'obtenir des images microscopiques plus claires et plus nettes. Les résultats sont publiés dans la revue Optique.

Les astronomes ont compris depuis longtemps comment rendre les images capturées par leurs télescopes de galaxies lointaines plus claires et plus nettes. En utilisant des techniques mesurant la manière dont la lumière est déformée par l’atmosphère, ils peuvent appliquer des corrections pour annuler les aberrations.

Les microscopistes ont adapté ces méthodes pour générer des images plus claires d’échantillons biologiques épais, qui courbent également la lumière et créent des distorsions. Mais ces techniques – une classe de méthodes appelées optique adaptative – sont complexes, coûteuses et lentes, ce qui les rend hors de portée de nombreux laboratoires.

Aujourd'hui, dans l'espoir de rendre l'optique adaptative plus largement accessible aux biologistes, une équipe dirigée par des chercheurs du campus de recherche Janelia du HHMI s'est tournée vers une classe de techniques appelée diversité de phase, largement utilisée en astronomie mais nouvelle dans les sciences de la vie.

Ces méthodes de diversité de phase ajoutent des images supplémentaires présentant des aberrations connues à une image floue présentant une aberration inconnue, fournissant ainsi suffisamment d'informations supplémentaires pour supprimer le flou de l'image d'origine. Contrairement à de nombreuses autres techniques d'optique adaptative, la diversité de phase ne nécessite aucune modification majeure du système d'imagerie, ce qui en fait une voie potentiellement intéressante pour la microscopie.

Pour mettre en œuvre la nouvelle méthode, l’équipe a d’abord adapté l’algorithme d’astronomie pour l’utiliser en microscopie et l’a validé par des simulations. Ensuite, ils ont construit un microscope avec un miroir déformable, dont la surface réfléchissante peut être modifiée, et deux lentilles supplémentaires : des modifications mineures par rapport à un microscope existant qui créent l'aberration connue. Ils ont également amélioré le logiciel utilisé pour effectuer la correction de la diversité de phase.

Pour tester leur nouvelle méthode, l'équipe a démontré qu'elle pouvait calibrer le miroir déformable du microscope 100 fois plus rapidement qu'avec les méthodes concurrentes. Ensuite, ils ont montré que la nouvelle méthode pouvait détecter et corriger les aberrations générées de manière aléatoire, fournissant ainsi des images plus claires des billes fluorescentes et des cellules fixées.

La prochaine étape consiste à tester la méthode sur des échantillons réels, notamment des cellules et des tissus vivants, et à étendre son utilisation à des microscopes plus complexes. L’équipe espère également rendre la méthode plus automatisée et plus facile à utiliser. Ils espèrent que la nouvelle méthode, plus rapide et moins coûteuse à mettre en œuvre que les techniques actuelles, pourrait un jour rendre l’optique adaptative accessible à davantage de laboratoires, aidant ainsi les biologistes à voir plus clairement lorsqu’ils scrutent en profondeur les tissus.