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NODES : nouveaux schémas de détection optique pour la biologie
Ce projet de recherche étudie de nouvelles techniques basées sur l’optique en vue d'améliorer des techniques d'observations dans le secteur biomédical comme en microscopie. Pour y parvenir, les biologistes et physiciens de NODES prévoient d'articuler le projet autour de deux volets : l’amplification de faibles signaux de fluorescence et la détection tout-optique de la déformation des cellules. Ces travaux s'inscrivent dans un axe de recherche à la fois grandissant et prometteur : la biophotonique*. Cette jeune science utilise de la lumière pour observer et modifier des objets biologiques (cellules, molécules, etc.). Avec ce projet, les chercheurs participent ainsi à sceller encore davantage la collaboration croissante entre biologistes et physiciens et amplifient, dans le même temps, la visibilité d’Université Côte d’Azur dans ce type de recherche.
L’émergence d’un nouvel axe de recherche : la biophotonique
Ce projet de recherche vise à étudier de nouvelles techniques basées sur l’optique pour l’amélioration des observations dans le secteur biomédical (qu’elles soient spécifiquement axées sur la recherche ou bien sur l’amélioration des diagnostiques en termes de sensibilité ou de simplicité et rapidité de mise en œuvre). S’inscrivant dans la thématique de l’application de la photonique à la biologie, ce projet participe à l’émergence d’une nouvelle thématique au sein d’Université Côte d’Azur : la biophotonique*. Le développement de cette activité se manifeste à travers ce projet par le soutien à deux activités scientifiques : en premier lieu, l’amplification de la lumière pour des applications en microscopie sur cellule (comme par exemple les gênes faiblement exprimés) et en second lieu, l’élaboration d’un nouveau type d’approche de microscopie pour détecter la déformation des cellules.
L’amplification de faibles signaux de fluorescence
Le marquage de cellules ou protéines par des fluorophores est une technique très répandue pour étudier la biologie cellulaire par les techniques de microscopie. Cependant, la détection de certains signaux endogènes reste difficile, notamment pour certains marqueurs pathologiques en analyse biologique ou des polluants/toxines en toxicologie. Le projet vise donc à chercher des solutions biocompatibles pour l’amplification de tels signaux et s’appuie pour ce faire sur une collaboration entre physiciens (INPHYNI), biologistes (IPMC) et ingénieurs de la Plateforme de Microscopie (MICA).
La piste choisie est celle de l’amplification aléatoire déjà très explorée pour les lasers aléatoires biologiques dont l’application est restreinte au domaine des échantillons fixés ou bien « jetables ». Les chercheurs s’attacheront donc à chercher les conditions pour lesquelles la biocompatibilité –c’est à dire la survie de l’organisme– serait assurée tout en gardant une marge d’amplification suffisante.
La détection tout-optique de la déformation des cellules
La déformabilité cellulaire est bien connue pour être en relation avec l’état de santé de la cellule et de sa viabilité. Son monitorage est donc un défi important auquel s’attache à la fois biologistes et physiciens (collaboration entre le laboratoire niçois INPHYNI et l’Istituto di Biofisica de Gênes).
Plusieurs points sont à prendre en considération : l’invasivité de la procédure (i.e., présence ou absence de contact mécanique avec l’enveloppe cellulaire), le type d’information (local –point par point sur la membrane– ou global) et la vitesse à laquelle l’information peut être récoltée. Actuellement, les informations les plus précises s’obtiennent avec des microscopes à force atomique qui ont le désavantage d’un contact prolongé (risque de contamination ?) et d’une mesure extrêmement lente (de l’ordre d’une heure par cellule). Si d’un côté, de telles techniques fournissent des informations détaillées pour des recherches poussées, de l’autre côté, le balayage de larges échantillons –pour chercher encore une fois des éventuelles cellules endommagées– requiert un examen rapide et sans contact.
Ce projet s’attache donc à détecter de manière plus rapide et moins invasive la déformation des cellules. Cela se matérialise par la détection tout-optique de la déformation des cellules induite par excitation acoustique, servant en même temps à la manipulation des échantillons. Cette technique permettrait de mesurer une centaine de cellules par seconde et d’obtenir ainsi des statistiques sur 100 000 échantillons en seulement une dizaine de minutes alors qu’il faut actuellement compter une heure par cellule !
| L’Académie des Systèmes Complexes, favorable au développement d’une activité scientifique axée sur la biophotonique sur le site niçois, soutient ce projet en lui octroyant un financement qui servira à couvrir une partie des dépenses de fonctionnement induites. |
* La biophotonique, marie l’ingénierie optique, la physique et la biologie ainsi que, dans une moindre mesure, les mathématiques et la chimie.
Légende : l'image montre un échantillon fluide fluorescent, entre lame de microscope et lamelle (non visible), illuminé par un laser bleu pulsé. (Les autres éléments sont des lentilles pour mise en forme du faisceau, filtres et détecteur.)