Une équipe de Helmholtz Munich et de l’Université technique de Munich (TUM) a développé une nouvelle technique de microscopie capable de distinguer et de cartographier les lipides dans les cellules vivantes sans marquage chimique, notamment le cholestérol et la sphingomyéline. La méthode utilise la lumière infrarouge moyenne et la détection optoacoustique pour créer une empreinte chimique des lipides. Cela élimine le besoin de marqueurs fluorescents spécifiques, complexes à développer et pouvant altérer la fonction lipidique. Les chercheurs rapportent leurs résultats dans Nature Methods.
Les lipides sont des éléments constitutifs centraux des membranes cellulaires et jouent un rôle important dans la transmission des signaux et le transport des substances dans les cellules. Cependant, leur capture ou visualisation ciblée dans des cellules vivantes est difficile. La microscopie à fluorescence conventionnelle nécessite le développement de marqueurs fluorescents sur mesure pour chaque classe de lipides – un processus long et coûteux. De plus, ces marqueurs peuvent affecter la fonction des lipides, exercer une pression sur les cellules ou les lier de manière non spécifique.
La lumière infrarouge moyenne et les ultrasons rendent les lipides visibles sans marqueurs
Une équipe dirigée par le professeur Vasilis Ntziachristos, chef du centre de bio-ingénierie et directeur de l’Institut d’imagerie biologique et médicale (IBMI) à Helmholtz Munich et professeur et président de l’imagerie biologique à l’Université technique de Munich, a développé une nouvelle méthode de microscopie pour surmonter ce défi : la microscopie optoacoustique hyperspectrale dans l’infrarouge moyen (HyFOPM). Grâce à cette technique, les lipides peuvent être rendus visibles dans les cellules vivantes, sans aucun marquage supplémentaire.
La méthode illumine l’échantillon avec une lumière infrarouge moyenne pulsée à plusieurs longueurs d’onde différentes – un éclairage dit « hyperspectral ». Certains lipides absorbent une partie de cette lumière, créant une augmentation courte et minime de la température qui produit des ondes ultrasonores. Ces ondes sont détectées par des transducteurs ultrasoniques et converties en une image spectrale. Une analyse assistée par ordinateur de cette image crée ensuite des cartes révélant la répartition des différents lipides dans l’échantillon.
« Le modèle d’absorption est caractéristique de différentes molécules et fonctionne comme une empreinte moléculaire unique », explique le Dr Francesca Gasparin, scientifique à l’IBMI et au TUM et premier auteur de l’étude. « Cette empreinte digitale infrarouge moyen nous permet de distinguer différents lipides – sans aucun marqueur externe. »
Les longueurs d’onde sont cruciales
La particularité de la méthode réside dans les longueurs d’onde spécifiquement sélectionnées. De nombreuses méthodes sans marqueur fonctionnent dans des plages spectrales qui sont également absorbées par de nombreuses autres biomolécules, ce qui rend difficile une différenciation claire.
L’équipe se concentre plutôt sur la région dite des empreintes digitales. Dans cette gamme spectrale, les modèles d’absorption proviennent principalement de vibrations caractéristiques de la structure moléculaire d’un lipide. Cela signifie que la méthode reconnaît non seulement les éléments constitutifs d’une molécule, mais également leur disposition spatiale. De cette manière, différents types de lipides peuvent être distingués, même ceux qui sont chimiquement très similaires, comme les glycérophospholipides et la sphingomyéline.
