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Une technologie disruptive pour les échantillons biologiques : comment la microscopie d'expansion peut-elle remodeler le diagnostic médical ?
Avec l'avancée technologique, de nouvelles technologies d'imagerie biologique émergent les unes après les autres. Parmi elles, la « microscopie à expansion » (ExM), en tant qu'outil innovant de préparation d'échantillons, a suscité une large attention dans la communauté de la recherche biomédicale. L’idée principale de cette technologie est d’agrandir de minuscules structures dans des échantillons de cellules ou de tissus grâce à des systèmes polymères, afin qu’elles puissent être capturées par une plus large gamme de techniques de microscopie. L’avènement de la microscopie à expansion brise les limites de résolution des microscopes traditionnels, permettant aux chercheurs d’explorer des structures biologiques plus délicates à un coût d’équipement moindre.
La microscopie à expansion peut agrandir un échantillon jusqu'à 16 fois sa taille d'origine, permettant aux chercheurs d'identifier de petites structures avec un équipement standard.
Principes techniques
Le principe de la microscopie à expansion repose sur l’introduction de réseaux polymères dans l’échantillon. Le réseau polymère se dilate physiquement en réponse aux réactions chimiques, augmentant la taille de la structure biologique. Ce procédé permet d’éviter efficacement les limitations de résolution des microscopes optiques traditionnels, notamment lors de la détection de minuscules structures telles que les vésicules synaptiques, qui ne mesurent que 40 à 50 nanomètres de diamètre et dont la résolution n’est que de 200 nanomètres.
Contexte historiqueLe principe le plus important est que la microscopie à expansion ne nécessite pas d’équipement spécialisé et que ses coûts matériels sont presque négligeables.
La microscopie d'expansion a été proposée pour la première fois en 2015. Avec l'avancement continu de multiples études et l'amélioration de la technologie, elle a été appliquée à l'analyse de divers échantillons biologiques. Cette technologie n’a cessé de se développer au fil des années, notamment dans la visualisation et le séquençage moléculaire des molécules d’ARN. En 2022, Hendrickson et al. ont encore dépassé les limites de la microscopie à expansion et ont développé la microscopie révélatrice d'expansion, élargissant encore son champ d'application.
Domaines d'application
Diagnostic médical
Les changements et le potentiel que la microscopie d’expansion apporte au diagnostic biomédical sont sans aucun doute l’une de ses caractéristiques les plus frappantes. Les microscopes conventionnels sont limités dans leur capacité à examiner les structures cellulaires et les biomolécules, mais la microscopie d’expansion permet aux chercheurs médicaux d’imager des échantillons de tissus à haute résolution sans avoir à recourir à des équipements coûteux. Des études récentes sur les maladies rénales et les néoplasmes du sein ont montré que l’utilisation de la microscopie à expansion est très efficace pour la détection et le diagnostic précoces.
La microscopie à expansion améliore la résolution de la microscopie optique, rendant l'imagerie médicale possible.
Neurosciences
Dans la recherche en neurosciences, la microscopie à expansion est un outil important pour révéler la structure des circuits neuronaux. Cette technologie permet de cartographier plus clairement les neurones et les synapses et de les localiser au niveau moléculaire, contribuant ainsi à révéler le fonctionnement du système nerveux. Par exemple, en étudiant des échantillons de cerveau, les chercheurs ont découvert des caractéristiques pathologiques de la protéine bêta-amyloïde associée à la maladie d’Alzheimer.
Avantages et défis
Le principal avantage de la microscopie à expansion est qu’elle ne nécessite pas d’équipement optique coûteux et permet d’obtenir des images haute résolution sous des microscopes standard. Cependant, cette technique est également confrontée à de nombreux défis, notamment des défaillances potentielles à différentes étapes du processus de préparation des échantillons. Par exemple, si les cellules ne sont pas complètement digérées, cela affectera l’expansion uniforme de l’échantillon, entraînant une distorsion de l’image. Dans le même temps, certains marqueurs fluorescents ont tendance à s’estomper au cours du processus de polymérisation, augmentant encore la difficulté de l’expérience.
Bien que le potentiel d’application de la microscopie d’expansion soit énorme, son fonctionnement spécifique nécessite toujours un contrôle rigoureux.
À mesure que la technologie continue de s’améliorer, l’application de la microscopie d’expansion dans le domaine biomédical se développe rapidement. À l’avenir, cette technologie pourrait-elle révolutionner notre compréhension des cellules et de leurs fonctions ? Quelles nouvelles applications émergeront des recherches futures ?
