Microscopie de fluorescence super-résolue 5D pour la biologie – 5D-SURE

La microscopie à super-résolution (SR) est une véritable révolution qui nous permet de revisiter la biologie à l'échelle nanométrique. Parmi les stratégies SR, la microscopie à localisation de molécules uniques (SMLM) offre la plus haute résolution spatiale (~20-nm) pour l'imagerie de cellules fixes tandis que les méthodes de microscopie à illumination structurée (SIM et ses variantes) offrent une résolution plus faible (~140 nm) mais une haute résolution temporelle (~1-s) compatible avec l'imagerie de cellules vivantes. Pour une compréhension approfondie de la biologie, une résolution spatiale et temporelle multi-échelle est hautement nécessaire, idéalement directement sur le même champ de vision. Si la microscopie SR est en train de devenir un outil largement utilisé, elle souffre encore de limitations héritées de la microscopie classique, notamment en raison de l'excitation qui non seulement limite le champ de vision mais peut également compromettre la résolution finale. Le microscope SR bénéficiera non seulement d'une conception optique spécifique, mais pourra désormais intégrer des analyses et des contrôles en temps réel pour des performances optimales. Pour répondre à ce besoin crucial, nous proposons de développer un instrument unique avec un continuum de modalités de super-résolution, offrant à la fois l'imagerie SR de cellules vivantes avec la méthode multifocale SIM (MSIM) et la résolution spatiale ultime dans des échantillons fixes en utilisant SMLM. De plus, nous allons également augmenter le débit de ce nouvel instrument en augmentant la taille du champ et en améliorant sa capacité d’imagerie multi-couleurs. Une solution d'analyse dédiée permettra d'accélérer et de contrôler intelligemment le flux d'imagerie. Enfin, une cinquième dimension sera apportée puisque cet instrument permettra également l'imagerie fonctionnelle (pH) de la cellule vivante au niveau de la molécule unique.
Pour surmonter ces obstacles technologiques, il faut une approche multidisciplinaire comprenant la conception optique, de nouvelles sondes et une photophysique optimisée, ainsi que l'optimisation de la gestion des données. Nous avons formé un consortium transdisciplinaire et conçu le projet 5D-SURE pour repousser les limites du nanoscope. Au niveau matériel, l'instrument proposé est basé sur une nouvelle stratégie d'excitation offrant un éclairage MSIM et un contrôle intelligent de l'irradiance pour le SMLM, des avancées dans le traitement adaptatif des données, et un dispositif microfluidique entièrement contrôlé par une plateforme logicielle intelligente. Plusieurs nouvelles sondes SMLM ciblées compatibles avec les cellules vivantes et à double couleur pour le pH seront également conçues et développées au cours de ce projet. Nous en démontrerons les bénéfices sur une application biologique à fort impact sociétal : la nano-architecture fonctionnelle des structures d’actine axonales nouvellement découvertes (anneaux, points chauds, traînées). En plus de ces avancées technologiques et scientifiques, le projet aura également un impact économique important : en propulsant l'offre d'Abbelight, il augmentera sa compétitivité et conduira à la création de nouveaux emplois.