L’un des challenges de l’imagerie optique en biologie est de visualiser en trois dimensions des structures biologiques et des organismes dans des conditions qui préservent leur intégrité tridimensionnelle. C’est ce que permettent de nouveaux instruments basés sur la microscopie à feuille de lumière.

La microscopie à feuille de lumière est basée sur un principe simple. La lumière qui éclaire l’objet biologique observé n’est plus un faisceau laser cylindrique, mais a la forme d’une feuille de quelques micromètres d’épaisseur. De façon originale, cette feuille de lumière est positionnée perpendiculairement à l’objectif qui détectera la fluorescence émise par l’objet. Ainsi, comme sur une trancheuse virtuelle, le déplacement de l’objet dans cette feuille de lumière permettra de réaliser des coupes optiques à toutes les profondeurs de l’échantillon, permettant ainsi de l’observer dans sa globalité.

De véritables images en 3D

Dans un microscope classique, la lumière d’illumination et celle de la détection de la fluorescence ont des trajets anti-parallèles passant par le même objectif. Dans un microscope à feuille de lumière le fait de dissocier les trajets optiques des lumières d’excitation et d’émission offre des avantages remarquables car seul le plan d’observation est éclairé et l’image de ce plan est obtenue en une seule fois dans sa globalité. Ceci permet d’obtenir des images avec une excellente résolution axiale et de diminuer les risques de toxicité de la lumière sur l’échantillon. De plus, l’illumination du plan entier en une fois permet de réaliser des images très rapidement. Enfin, une autre caractéristique spécifique de la microscopie à feuille de lumière est que l’échantillon peut être déplacé dans toutes les directions mais également être tourné sur lui-même, ce qui permet de prendre des images selon plusieurs angles de vues. Les images une fois fusionnées donnent ainsi accès à de véritables images en 3D.

De nombreuses applications

Ces microscopes à feuille de lumière sont des instruments particulièrement adaptés au suivi en temps réel d’événements biologiques au sein d’échantillons de grande taille (de quelques centaines de micromètres au millimètre) ou à l’observation de tissus ou d’organismes de taille plus importante (plusieurs centimètres) et ceci avec une résolution à l’échelle de la cellule !
Le développement de ces nouveaux microscopes, de la construction du dispositif optique à la visualisation en 3D des échantillons, en passant par le contrôle des composants électroniques, s’appuie sur des compétences multidisciplinaires et associe en particulier des biologistes cellulaires spécialistes d’imagerie, des physiciens, des mathématiciens et des informaticiens. La polyvalence de ces instruments ouvre de nombreuses perspectives d’applications et cette microscopie émergente fait aujourd’hui l’objet d’un intérêt majeur dans des domaines aussi variés que la biologie cellulaire, la cancérologie, la pharmacologie, la biologie du développement, la biologie marine, la biologie végétale et l’ingénierie tissulaire.

Jacques Rouquette & Bernard Ducommun
Institut des technologies avancées en sciences du vivant (ITAV – CNRS, UT3, INSA Toulouse)

Julien Colombelli
Advanced Digital Microscopy Core Facility Institute for Research in Biomedicine, Barcelone, Espagne

Source : Le Petit Illustré Lumière (2015), co-édition CNRS Occitanie Ouest et La Dépêche du Midi avec l’aimable autorisation de la Dépêche du Midi.