Une nouvelle technique de microscopie à fluorescence, capable de générer des images à super-résolution à partir d'une seule prise de vue, pourrait aider à étudier les mouvements rapides au sein des cellules, difficiles à capturer avec les méthodes existantes.La microscopie à super-résolution a révolutionné la biologie cellulaire en permettant d'observer des structures et des détails cellulaires trop petits pour être visualisés clairement avec les microscopes optiques classiques. Certaines méthodes permettent d’atteindre la super-résolution en combinant les informations issues de centaines, voire de milliers d’images prises au fil du temps. Cependant, cette approche fonctionne mieux lorsque les échantillons biologiques, tels que les cellules ou les tissus, ont été fixés ou conservés à l’aide de produits chimiques. Sinon, avec les techniques existantes de super-résolution, des structures telles que les mitochondries, les microtubules et l’ADN – qui bougent, évoluent et interagissent constamment – apparaissent floues.Une équipe de l’EPFL, dirigée par Aleksandra Radenovic, professeure au Laboratoire de biologie à l’échelle nanométrique (LBEN) de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur, a mis au point la technique SPIFFI (Spatial Polarization-Induced Fluorescence Fluctuation Imaging). Elle exploite la polarisation de la lumière fluorescente pour générer des images à super-résolution de structures et de processus dynamiques à l’intérieur de cellules vivantes à partir d’une seule prise de vue de la caméra. Ces travaux ont été publiés dans Nature Methods.«Nos expériences montrent que notre technique peut capturer des processus très rapides au sein des cellules, tout en offrant une imagerie multidimensionnelle à haut débit qui dépasse les limites des microscopes classiques», résume Aleksandra Radenovic.Capturer la dynamique cellulaire en temps réelPour visualiser des structures à l’échelle nanométrique à l’intérieur des cellules, les chercheuses et chercheurs les marquent souvent avec des molécules fluorescentes qui brillent lorsqu’elles sont éclairées par un laser. Cela leur permet d’analyser les infimes fluctuations de cette fluorescence à travers des centaines, voire des milliers d’images prises au fil du temps.«Schématiquement, les approches précédentes utilisaient l’information temporelle pour améliorer la résolution spatiale, mais cela ne fonctionne pas très bien sur les cellules vivantes», explique Wei Guo, premier auteur et doctorant au LBEN.SPIFFI adopte une approche fondamentalement différente: elle exploite le fait que les molécules fluorescentes émettent une lumière polarisée. Cela signifie que les ondes lumineuses émises par une molécule préfèrent certaines directions, en fonction de l’orientation de la molécule. SPIFFI divise cette lumière fluorescente en quatre canaux sensibles à la polarisation, puis compare les images obtenues afin de révéler des détails structurels jusque-là cachés.Les tests démontrent que cette méthode permet de doubler la résolution des images, en résolvant des structures d’une taille comprise entre 160 et 170 nanomètres à partir d’un seul cliché. Cette technique a permis à l’équipe de visualiser les mouvements des mitochondries et des microtubules, ainsi que les processus de fusion et de division cellulaires, difficiles à représenter clairement à l’aide d’approches multi-images.«Avec les techniques précédentes, la prise de nombreuses images ne permettait d’obtenir qu’une seule image à super-résolution. Avec SPIFFI, chaque image est en super-résolution, ce qui signifie que nous pouvons désormais produire des vidéos en super-résolution de cellules vivantes, poursuit Wei Guo. Nous avons également intégré de manière transparente les images SPIFFI aux méthodes existantes basées sur les fluctuations pour le post-traitement, atteignant ainsi des résolutions d’environ 80 nanomètres.»Les scientifiques tentent maintenant de rendre leur installation plus compacte et de combiner cette technique avec des technologies d’imagerie tridimensionnelle. Le matériel optique pouvant être intégré à des microscopes à fluorescence existants, SPIFFI pourrait devenir un outil pratique pour la biologie des cellules vivantes, les neurosciences, la biophysique et la découverte de médicaments, et permettre de capturer des phénomènes nanométriques rapides au moment même où ils se produisent.FinancementConseil européen de la recherche (n°348 101248059 — MicroSwiss, et n° 101020445 — 2D-LIQUID)Centre d’imagerie de l’EPFL (Appel à projets interdisciplinaires en imagerie 2022)RéférencesWei Guo, Lely Feletti, Aleksandra Radenovic. SPIFFI enables single-shot super-resolution and multidimensional imaging. (2026) Nature Methods. DOI : 10.1038/s41592-026-03196-6