Dans le passé, de nombreuses découvertes ont été faites parce que des méthodes de mesure meilleures et plus précises sont devenues disponibles, permettant d'obtenir des données sur des phénomènes jusque-là inexplorés. Par exemple, la microscopie à haute résolution a commencé à changer radicalement nos perspectives sur la fonction et la dynamique des cellules. Des chercheurs du pôle d'excellence ImmunoSensation2 de l'université de Bonn, du CHU et du centre de recherche césar ont aujourd'hui développé une méthode qui permet d'utiliser des images multifocales pour reconstituer le mouvement de processus biologiques rapides en 3D.
De nombreux processus biologiques se déroulent à l'échelle du nanomètre au millimètre et en quelques millisecondes. Les méthodes établies telles que la microscopie confocale conviennent aux enregistrements 3D précis, mais n'ont pas la résolution temporelle ou spatiale pour résoudre les processus 3D rapides et nécessitent des échantillons étiquetés. Pour de nombreuses recherches en biologie, l'acquisition d'images à des fréquences d'images élevées est essentielle pour enregistrer et comprendre les principes qui régissent les fonctions cellulaires ou les comportements animaux rapides. Le défi auquel sont confrontés les scientifiques peut être comparé à celui de suivre un match de tennis passionnant : parfois, il n'est pas possible de suivre avec précision la balle qui se déplace rapidement, ou la balle n'est pas découverte avant qu'elle ne soit déjà hors des limites.
Avec les méthodes précédentes, les chercheurs n'étaient pas en mesure de suivre la photo parce que l'image était floue ou que l'objet d'intérêt n'était tout simplement plus dans le champ de vision après la prise de la photo. Les méthodes d'imagerie multifocale standard permettent une imagerie 3D à grande vitesse mais sont limitées par le compromis entre la haute résolution et le grand champ de vision, et elles nécessitent souvent des marqueurs fluorescents brillants.
Pour la première fois, la méthode décrite ici permet d'utiliser une imagerie multifocale avec à la fois un grand champ de vision et une haute résolution spatio-temporelle. Dans cette étude, les scientifiques suivent le mouvement de structures sphériques et filamenteuses non étiquetées rapidement et avec précision.
Comme décrit de manière très frappante dans l'étude, la nouvelle méthode fournit désormais un nouvel aperçu de la dynamique des battements flagellaires et de son lien avec le comportement de nage des spermatozoïdes. Cette connexion a été possible parce que les chercheurs ont pu enregistrer avec précision le battement flagellaire des spermatozoïdes nageant librement en 3D sur une longue période de temps et suivre simultanément les trajectoires des spermatozoïdes individuels. De plus, les scientifiques ont déterminé le flux de fluide 3D autour du sperme battant. De telles découvertes ouvrent non seulement la porte pour comprendre les causes de l'infertilité, mais pourraient également être utilisées dans ce qu'on appelle la « bionique », c'est-à-dire le transfert de principes trouvés dans la nature vers des applications techniques.
Les chercheurs du pôle d'excellence ImmunoSensation2 peuvent déjà utiliser la nouvelle méthode, et pas seulement pour observer les spermatozoïdes. Cette méthode pourrait également être utilisée pour déterminer les cartes de flux 3D résultant du battement de cils mobiles. Les cils mobiles battent de la même manière que la queue du sperme et transportent le liquide. Le flux entraîné par les cils joue un rôle important dans le ventricule du cerveau ou dans les voies respiratoires où il sert à transporter le mucus des poumons vers la gorge. C'est également ainsi que les agents pathogènes sont évacués et repoussés.
Le concept d'imagerie multifocale rapporté dans cette étude est rentable, peut être facilement mis en œuvre et ne repose pas sur l'étiquetage des objets. Les chercheurs affirment que leur nouvelle méthode peut également trouver sa place dans d'autres domaines, et ils voient de nombreux autres potentiels applications.
