Microscopie de localisation 3D par auto-interférence dans le proche infrarouge pour le suivi de particules uniques dans les tissus profonds

Abstract

La microscopie de fluorescence a réussi à atteindre au cours de la dernière décennie la localisation super-résolutive d'émetteurs uniques avec de nombreuses applications en imagerie biologique. La localisation dynamique en 3D d’émetteurs et en profondeur dans des tissus biologiques vivants reste cependant un défi. Il y a quelques années, notre équipe a développé la méthode SELFI (self-interference 3D super-resolution microscopy), permettant la localisation 3D de molécules uniques dans des spécimens et des tissus multicellulaires dans le domaine de longueurs d’onde visibles. Dans cette thèse, nous étendons les capacités de SELFI dans la région du proche infrarouge (NIR) pour des études dynamiques, où la fluorescence des nanotubes de carbone monoparois (SWCNT) est intense. Les SWCNT sont en effet désormais utilisés comme sondes fluorescentes de mobilité des tissus biologiques en profondeur, car ils permettent une excellente pénétration des tissus, une faible diffusion de la lumière et une absorption réduite par les tissus. L'objectif de ce travail est ainsi de développer le SELFI NIR pour des applications de suivi de particules uniques utilisant les SWCNTs dans des tissus cérébraux vivants. SELFI utilise un réseau de diffraction placé sur le chemin optique de l'image de l'échantillon, générant un motif d'interférence sans étalement significatif de la distribution d’intensité de l’image d’émetteurs ponctuels. Une seule image obtenue avec SELFI NIR contient alors deux informations indépendantes : la distribution d'intensité pour extraire la super-localisation latérale de l’émetteur et la courbure du front d'onde (fournie par les interfranges) permettant d’obtenir la super-localisation axiale de l’émetteur. Pour adapter SELFI à la super-localisation de SWCNT uniques, nous avons conçu et mis en œuvre un système optique adapté à une émission dans le proche infrarouge. Les expériences réalisées montrent que la résolution 3D obtenue avec le SELFI NIR est d'environ 50 nm pour une émission autour de 985 nm. Nous avons ensuite effectué le suivi 3D de SWCNTs individuels à une fréquence vidéo dans des environnements complexes, dont des gels d'agarose, avant d’appliquer la méthode dans des tranches de cerveau organotypiques de rat.