Un nouveau microscope à déplétion par émission stimulée (STED) pourrait contribuer à mieux comprendre les mécanismes des maladies inflammatoires intestinales (MII), grâce à une résolution dix fois supérieure à celle de la microscopie optique conventionnelle. Surnommé « Curie », il utilise un système de lasers permettant d’étudier des cellules, des organoïdes et des échantillons de tissus vivants dans des conditions adaptées, avec une précision inaccessible aux microscopes à fluorescence standards.
Les maladies inflammatoires de l’intestin (MII) regroupent plusieurs affections chroniques caractérisées par une inflammation du tube digestif. Elles comprennent notamment la maladie de Crohn et la rectocolite hémorragique, qui comptent parmi les formes les plus fréquentes.
Si les MII peuvent se développer à tout âge, elles sont souvent diagnostiquées chez l’adulte jeune, notamment entre 15 et 40 ans. Leur prise en charge et leur diagnostic précoce demeurent cependant difficiles en raison de leur complexité. Leur développement résulte de l’interaction de plusieurs facteurs, notamment génétiques, immunitaires, microbiens et environnementaux. Plus de 200 variants génétiques ont été associés aux MII, tandis que des perturbations du microbiote intestinal et des facteurs environnementaux pourraient également contribuer à leur apparition ou à leur évolution.
Elles se manifestent également de manière très hétérogène chez les patients. D’autre part, l’étude de ces maladies se heurte à une difficulté supplémentaire : le tube digestif est un organe dynamique, et observer les phénomènes qui se produisent en temps réel à l’échelle cellulaire, sans détruire les tissus, demeure particulièrement difficile.
Le microscope Curie vise à répondre à ces difficultés d’observation grâce à une technologie de microscopie STED adaptée à l’étude des tissus vivants. « Ce que cette technologie de microscope et la science que nous menons en laboratoire peuvent apporter, c’est vraiment une meilleure compréhension du mécanisme [de la MII] », explique Karina Pombo-Garcia, chef de groupe à l’Institut Rosalind Franklin du campus scientifique et d’innovation de Harwell, dans l’Oxfordshire, où se trouve le microscope, au Guardian.
Une résolution nanométrique pour sonder la barrière intestinale
Les microscopes STED fonctionnent en marquant les éléments à observer dans les cellules à l’aide de marqueurs fluorescents, qui émettent de la lumière après avoir absorbé l’énergie d’un faisceau laser dirigé. Le Curie dispose d’un deuxième laser de déplétion en forme d’anneau, qui se superpose à la zone éclairée par le premier.
Le deuxième laser réduit activement la fluorescence autour du point focal, en laissant une zone centrale beaucoup plus restreinte émettre de la lumière. Cette technique permet ainsi d’obtenir des images plus précises des structures observées. « La technique STED nous offre quelque chose de fondamentalement nouveau : la capacité de visualiser l’architecture moléculaire de l’intestin humain avec une résolution d’environ 20 nanomètres, soit environ dix fois supérieure à celle de la microscopie optique conventionnelle », explique Karina Pombo-Garcia à l’European Medical Journal (EMJ).
« À cette échelle, nous pouvons déterminer comment les protéines individuelles s’organisent aux jonctions entre les cellules intestinales pour construire et maintenir la barrière qui nous protège du contenu de l’intestin », ajoute-t-elle.
La docteure Karina Pombo-Garcia observant avec le nouveau microscope qui pourrait permettre de mieux comprendre les maladies intestinales. © Adam Gasson/Institut Rosalind Franklin
Le dispositif permet également d’étudier plusieurs types de biomolécules, notamment les protéines, les lipides et les glycanes, grâce à des capacités d’imagerie multiplexée. Il est en outre équipé de miroirs déformants, qui corrigent les distorsions affectant les images des échantillons, ainsi que d’une platine à température contrôlée. Ces équipements permettent d’étudier des cellules et des organoïdes vivants dans des conditions de température proches de celles de l’organisme.
« C’est particulièrement important pour les maladies inflammatoires de l’intestin. Dans les MII, la barrière intestinale est endommagée et devient perméable, ce qui permet à l’inflammation de persister, mais nous ne comprenons toujours pas exactement quels changements se produisent au sein de sa structure nanoscopique. La microscopie conventionnelle nous montre que la barrière est rompue ; la microscopie STED peut aider à révéler précisément comment et où elle est rompue », indique Pombo-Garcia.
L’annonce du microscope intervient toutefois dans un contexte de pression financière sur certaines infrastructures scientifiques au Royaume-Uni. Chris McDonald, le ministre britannique des Sciences, présent à l’inauguration du microscope et interrogé par le Guardian, assure néanmoins que les installations de l’Institut Rosalind Franklin bénéficient toujours d’un niveau de financement élevé. Ces éléments renvoient à des programmes et à des niveaux de financement distincts, qui ne permettent pas, à eux seuls, de conclure à une contradiction entre les réductions budgétaires touchant certaines infrastructures et le financement de cet institut.
