Stage de Master interdisciplinaire Amplification de la fluorescence par diffusion de la lumière

Contexte

Les renseignements que la microscopie de fluorescence procure dépendent fortement du rendement optique des fluorophores cellulaires choisis. D’un point de vue biologique, augmenter le rendement de fluorescence est une des options clefs pour permettre la détection de marqueurs endogènes peu représentés. Les alternatives courantes consistent à utiliser des cellules modèles surexprimant les protéines d’intérêt ou des kits coûteux faisant appel à des architectures d’anticorps associés à des réactions chimiques pour amplifier le signal en ajoutant des fluorophores. Le projet dans lequel s’inscrit le stage est né en 2013 de la collaboration interdisciplinaire entre GL Lippi (INPHYNI) et F. Brau (IPMC) autour du concept de laser biologique publié par Gather MC, et al. en 2011. Si le travail présenté par cette équipe était basé sur l’utilisation d’une cavité laser standard, notre projet s’est proposé d’élargir ce concept en utilisant les connaissances acquises dans la physique des systèmes désordonnés à l’imagerie par fluorescence. L’objectif est d’utiliser le processus d’amplification de la lumière (ici de fluorescence) par émission stimulée à travers une rétroaction optique induite par des nano-diffuseurs rajoutés à l’échantillon. Un travail préliminaire de mise au point assez long a consisté à adapter les conditions biologiques avec celles de l’amplification par émission stimulée : en particulier des mesures de biocompatibilité des suspensions de nanodiffuseurs puis la recherche de stratégies pour limiter leur agrégation en milieu biologique. Depuis, il a été possible de mesurer des taux d’amplification reproductibles importants (jusqu’à 20 fois). Cela a été réalisé soit avec de la fluorescéine en solution (https://arxiv.org/abs/1908.10199) ou des cellules marquées à la carboxy-fluorescéine ou exprimant la « Green Fluorescent Protein » avec des diffuseurs en concentrations encore relativement élevées. Ces mesures sont effectuées sur des échantillons macroscopiques de quelques millimètres d’épaisseur entre lame et lamelle.

Objectifs du stage

L’objectif de ce stage est d’optimiser le système pour se rapprocher de conditions d’observations microscopiques et tendre vers l’imagerie des échantillons. Le travail consistera à tester l’incidence des paramètres physico-chimiques et/ou biologiques sur l’amplification suivant la progression des expériences : types de sondes, concentrations de la sonde, des diffuseurs. L’objectif étant de tester ces paramètres aux limites. Le stage nécessitera l’adaptation d’un montage optique ainsi que l’adaptation de méthodologies (nanoparticules, échantillons biologiques). Le stage sera co-encadré par F. Brau et GL Lippi avec le soutien de S. Abélanet et J. Cazareth (Ingénieurs du service d’imagerie/cytométrie de l’IPMC) pour les cultures cellulaires et les préparations biologiques.