04/01/2013
Le développement des microtechnologies permet aux scientifiques d'explorer plus facilement le monde microscopique. Cependant, au microscope optique classique, l'apparence des cellules est uniforme et difficile à distinguer. Pour y remédier, les scientifiques ont inventé diverses méthodes : le génie génétique pour transformer les cellules, la coloration cellulaire par des colorants… Finalement, au microscope, la cellule n'apparaît plus comme un objet monotone, mais comme un spectacle fascinant.
Que cela nous plaise ou non, face à un objet, l'œil utilise toujours le même mécanisme de collecte d'informations : les cellules rétiniennes captent les photons. Ces informations sont transmises au cerveau, qui les réduit pour former une image. Si l'objet est trop petit, la réflexion du photon est trop faible et l'œil humain ne peut en distinguer la structure. Dans ce cas, l'observation au microscope est nécessaire. Les images présentées dans cet article, outre leur importante valeur académique, témoignent d'une grande beauté artistique. Elles illustrent les techniques de microscopie optique les plus avancées en recherche biologique.
Actuellement, la microscopie optique connaît une transformation sans précédent. Grâce à de nouveaux marqueurs fluorescents et à la modification génétique d'échantillons de tissus, les scientifiques rendent ces échantillons colorés au microscope, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles découvertes. Cette technologie novatrice est désormais exploitée par les chercheurs. Par cette technique, chaque nerf du cerveau de souris apparaît en une variété de couleurs, ce qui permet une analyse précise et détaillée du réseau neuronal, même au sein de la complexité du suivi axonal. Il est également possible de cartographier l'ensemble du réseau neuronal, une tâche impossible à accomplir avec les techniques d'imagerie traditionnelles.
La précision du microscope est également améliorée. Il est possible de marquer une protéine spécifique, puis d'observer son activité au sein de l'organisation cellulaire ; la division et la différenciation cellulaires, dans leurs moindres détails, peuvent être observées d'un seul coup d'œil. Les chercheurs peuvent capturer rapidement, en pleine lumière, des événements instantanés au sein d'une cellule ou d'un tissu, et observer les processus vitaux intracellulaires les plus fins en faible luminosité. Avec le développement de la microtechnologie, la contradiction entre vitesse et résolution d'acquisition d'images sera résolue.
À l'heure actuelle, plusieurs techniques microscopiques permettent même d'observer les structures biologiques les plus subtiles (et des traitements ont été observés dans un grand nombre de données d'observation), la large application de ces techniques nous permettant de comprendre l'essence de la vie a posé des bases solides.
Cerveaux complexes : grâce à la microscopie biphotonique (microscopie 2photonique) de l’Université de Californie à San Diego, Thomas Deerinck a observé des échantillons de tissu cérébelleux de souris de seulement 400 µm d’épaisseur, révélant une microstructure fine (voir image ci-dessus). Les cellules de Purkinje (neurones de Purkinje) sont représentées en vert, les astrocytes (cellules gliales) en rouge et le noyau en bleu. Jean Rivet, de l’Université Harvard, a utilisé la microscopie confocale (microscopie confocale) sur des tranches de tronc cérébral de souris génétiquement modifiées (340 µm). Suite à cette modification génétique, chaque neurone de la souris présente une couleur différente (voir ci-dessous). Cette coloration des neurones (un « arc-en-ciel cérébral ») permettra aux scientifiques d’observer la direction d’un axone unique au sein du réseau neuronal complexe.
Structure tissulaire de l'oreille interne de la souris
L'espace étant étroit et difficile à séparer, la structure de l'oreille interne est très complexe à observer. Sonia Piott, de l'Université de Caroline du Nord à Wilmington, a photographié les cellules ciliées de l'oreille interne de souris (en haut à gauche). Ces cellules convertissent mécaniquement les ondes sonores en signaux électriques. Sur l'image, les cellules ciliées apparaissent en vert, les cellules qui les composent en rouge et bleu, et enfin le noyau (technique de microscopie confocale). Glenn MacDonald, de l'Université de Washington, utilise une méthode de coloration similaire pour observer la structure tissulaire de l'oreille interne de souris (microscopie confocale).
Fibres musculaires chez la drosophile
Les cellules musculaires constituent un tissu musculaire résistant. La coupe transversale des muscles de la langue de souris est présentée sur l'image ci-dessus, prise par Thomas Deerinck de l'Université de Californie à San Diego. L'image suivante montre la main d'Hermann Aeberli de l'Université de Münster, en Allemagne, illustrant les fibres musculaires hypertrophiées de la drosophile. En raison de la variation génétique, les fibres musculaires de la drosophile apparaissent désorganisées (microscopie confocale).
Os de chèvre 4 fois
Nageoires et os de chèvre : deux images illustrent la structure tissulaire dense du corps d'un vertébré. À Ramat Gan, en Israël, Samuel Silberman a examiné un os de nageoire de poisson grossi cent fois, révélant un aspect marbré (grâce à la technologie d'éclairage par fibre optique). Afin d'observer l'évolution de la formation osseuse, notamment l'augmentation de la densité minérale et de la teneur en minéraux, Mark Lloyd et Noel Clark, du centre de cancérologie Mo Moffett de Tampa, en Floride, ont examiné un os de chèvre grossi quatre fois (voir graphique, microscopie Hirono).
Os de chèvre 4 fois
Les nageoires et un os de chèvre : deux images illustrent la structure tissulaire dense du corps des vertébrés. À Ramat Gan, en Israël, Samuel Silberman a observé un os de nageoire de poisson grossi cent fois, révélant un aspect marbré (grâce à la technologie d'éclairage par fibre optique). Afin d'observer l'évolution de la formation osseuse, notamment l'augmentation de la densité minérale osseuse et de la teneur en minéraux, Mark Lloyd et Noel Clark, du centre de cancérologie Mo Moffett de Tampa, en Floride, ont agrandi un os de chèvre quatre fois (voir graphique, microscopie Hirono). Des microtubules se forment autour des chromosomes (en bleu).
Voici Jan Schmoranza (Université Columbia), la membrane cellulaire de cellules traitées par privation de sérum, et la structure des microtubules (en vert). Sur le graphique, les microtubules des fibroblastes présentent un comportement anormal. Leur diamètre est d'environ 20 nm. Normalement, lorsqu'une brèche apparaît dans la membrane cellulaire, les microtubules s'agrègent à cet endroit, mais ce n'est pas le cas ici. Dans une cellule en interphase, Duke U-Serdar (Tulu), on observe, dans un horizon de 138 µm de large, la capture du chromosome (en bleu) autour duquel se forment les microtubules (en jaune, en dessous).
Ces images me font immédiatement penser au célèbre physicien Richard Feynman et à l'humour de son récit. Un ami de Feynman avait remarqué que les scientifiques, contrairement aux artistes, perçoivent la beauté des fleurs avec profondeur et que, de ce fait, les fleurs, même les plus belles, finissent par perdre tout intérêt. Feynman n'était pas d'accord avec le point de vue de son ami. Il déclara : « Je le trouve un peu bizarre. D'abord, quelle est la différence entre lui et moi, et notre perception de la beauté des fleurs ? Je crois que même si je n'ai pas la même formation esthétique que lui, je peux apprécier la beauté d'une fleur… Imaginons le mouvement cellulaire : sa complexité n'est-elle pas une beauté ? Je veux dire, la beauté d'une fleur ne réside pas seulement dans sa forme macroscopique ; au microcosme, sa structure interne est tout aussi fascinante. Et les fleurs, pour les insectes, sont un sujet passionnant, notamment parce que les insectes sont capables de distinguer les couleurs. En contemplant de belles fleurs, je me pose une question : les animaux inférieurs savent-ils aussi apprécier leur beauté ? Pourquoi ont-ils le goût ? Ces questions intéressantes prouvent que la connaissance scientifique ne fait que rendre les fleurs plus mystérieuses, plus fascinantes, plus impressionnantes. »
