La plupart des techniques d’imagerie actuelles conduisent à des biais probables ou avérés, provenant de contraintes imposées par les technologies développées. Ces contraintes peuvent provenir du traitement de l’échantillon (fixation, coupe, coloration, …), de la modification de l’environnement (cellules isolées, environnements simplifiés,…), ou encore de la modification de la cellule observée (marquage, transfection, …).

Un axe d’amélioration consiste alors à minimiser l’impact du marquage des cellules en développant de nouvelles sondes moléculaires, moins invasives, qui permettent de garder toute la spécificité du marquage. Mais d’autres pistes consistent à s’affranchir totalement du marquage, grâce notamment aux nouveaux contrastes basés sur l’optique non linéaire ou la microscopie de phase, avec une possibilité de quantification des mesures effectuées.

Néanmoins, l’imagerie de fluorescence reste un domaine particulièrement intéressant pour la compréhension des mécanismes moléculaires dans les échantillons vivants, surtout lorsque les molécules sont observées à l’échelle individuelle. Une évolution récente consiste maintenant à utiliser la nature vectorielle de la lumière (polarisation) pour sonder l’état orientationnel des molécules imagées (microscopies polarimétriques). Le concept peut être étendu aux contrastes non linéaires sans marquage, au prix de modèles relativement complexes de propagation de lumière polarisée dans des échantillons biologiques.

Le contrôle de l’environnement de l’échantillon est aussi un axe de recherche primordial, puisque la plupart des techniques actuelles d’imagerie nécessitent de travailler sur des cellules isolées. La microfluidique, mais aussi les techniques de micro et nanofabrication, sont actuellement de bons candidats pour tenter de réaliser des environnements artificiels aux paramètres contrôlés, compatibles avec les modalités d’imagerie les plus performantes.

Néanmoins, la possibilité d’imager les processus biologiques in vivo, dans un organisme intact, a été démontrée dans des cas relativement favorables en neurologie et biologie du développement. De nombreuses innovations optiques restent à développer pour optimiser ces nouvelles approches. Elles concernent (1) le débit avec lequel les informations sont collectées sur des échantillons macroscopiques avec une résolution micrométrique, (2) leur résolution temporelle pour s’adapter à la dynamique des processus biologiques, (3) le rapport signal sur bruit des enregistrements, (4) la profondeur d’imagerie dans les tissus en préservant une résolution limitée par la diffraction (5) ou la précision temporelle du contrôle de l’activité neuronale à l’échelle cellulaire. Les pistes actuellement suivies pour tenter d’y parvenir, comprennent, entre autres, la mise au point d’imagerie des milieux fortement diffusants, de systèmes d’optique adaptative pour la prise en compte des aberrations des tissus biologiques, ou encore le développement de techniques d’endoscopie à partir de fibres optiques structurées (transmission d’impulsions femtosecondes pour générer des contrastes non linéaires variés et spécifiques sans marquage).

Ainsi, il s’agit dans cet axe de développement de conjuguer tout un ensemble de technologies (modulateurs spatiaux de lumière, fibres optiques structurées, nanophotonique, nanofabrication, …), et de développements beaucoup plus amonts voire théoriques (polarisation, traitement de signal, chimie des sondes, modélisation), pour permettre l’imagerie de systèmes biologiques complexes et multi-échelle soit in vivo, soit dans des systèmes plus simples aux paramètres d’intérêt totalement contrôlés.

Coordination: Laurent Heliot (email) et Gaëlle Recher (email)