Il est désormais possible d’étudier, en trois dimensions et à moindres frais, la composition chimique d’échantillons biologiques. Des scientifiques des Universités de Fribourg et Tübingen ont développé un nouveau procédé qui ne manquera pas d’éveiller un grand intérêt dans la recherche biologique et pharmaceutique.

Image prétexte (Thinkstock)

Jusqu’ici, seules des expériences complexes permettaient de démontrer de manière indirecte comment les substances actives sont absorbées par les cellules et à quel endroit elles sont ensuite traitées. Afin de reproduire la composition chimique d’échantillons biologiques, les chercheurs ont eu l’idée d’associer l'imagerie spectroscopique à infrarouge (invisible à l’œil nu) avec des méthodes bien particulières issues de la microscopie. Pour la première fois, une équipe de spécialistes des Universités de Fribourg (CH) et de Tübingen (DE) est parvenue à matérialiser la répartition des composants cellulaires moléculaires, en trois dimensions également, en recourant à des appareils de laboratoire conventionnels.

La découverte est décisive puisque les anciennes images étaient encore bidimensionnelles et qu’il était donc presque impossible de déterminer dans quelle partie de la cellule se trouvait une substance chimique. En 2013, on pouvait déjà générer des représentations tridimensionnelles à l’aide d’un accélérateur d’électrons, appelé «synchrotron», comme source de lumière – mais l’utilisation de cette méthode était très restreinte à cause, d’une part, de son coût très élevé et, d’autre part, de l’accès limité aux grandes structures de recherche.

Nouvelle technique, coûts réduits

En comparaison, cette méthode récemment élaborée s’avère meilleur marché et peut être appliquée à la recherche tant biologique et pharmaceutique qu’environnementale: pour sa mise en place, le Docteur Martin Obst et le Professeur Marcus Nowak du Domaine des sciences de la terre de l’Université de Tübingen, ainsi que le Professeur Fabio Zobi et le Docteur Luca Quaroni de l’Université de Fribourg ont associé un appareil de tomographie, développé à Tübingen, à un microscope de laboratoire à infrarouge très moderne, équipé d’un détecteur d’image. Sur la base de la technique de pivotement en série, ce dernier enregistre des projections d’échantillons cellulaires sous 38 angles différents et fournit une séquence détaillée d’images de spectromicroscopie, à partir de laquelle la structure chimique des cellules peut être reconstruite en trois dimensions. Grâce à cette nouvelle approche, les scientifiques ont généré des reproductions de la distribution tridimensionnelle des composants moléculaires sans recourir à la coloration de la cellule et sans provoquer des changements de n’importe quel ordre, comme le requiert un examen utilisant une lumière visible. De plus, l’équipe a pu matérialiser la répartition de carbonyle de métal – un complexe servant de modèle pour une catégorie novatrice de principes actifs pharmaceutiques – dans une seule cellule d’oignon et ainsi comprendre, sur le plan quantitatif, l’enrichissement de la substance dans le noyau cellulaire.


Représentation en trois dimensions de la répartition d'une substance dans une cellule (Image: M. Obst, Université de Tübingen) Cliquer sur l'image pour l'agrandir

De l’avis des chercheurs, cette possibilité de mener de telles études, à un niveau d’analyse microscopique tridimensionnelle, avec des appareils de laboratoire conventionnels, va susciter un vif intérêt dans les domaines de la biologie et de la pharmacologie. Les spécialistes des sciences de la terre de Tübingen, Martin Obst et Marcus Nowak, appliqueront eux-mêmes la méthode à la recherche environnementale et à la vulcanologie.

Lien vers la publication
Quaroni L., Obst M., Nowak M., Zobi F.: Three-Dimensional Mid-Infrared Tomographic Imaging of Endogenous and Exogenous Molecules in a Single Intact Cell with Subcellular Resolution. Angewandte Chemie International Edition. DOI: 10.1002/anie.201407728


Contact
Prof. Fabio Zobi, Département de chimie, Université de Fribourg, fabio.zobi@unifr.ch, 026 300 87 85