Nouvelle approche en microscopie de localisation de molecules uniques pour la biologie

par Abigail Illand

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Sandrine Lévêque-fort.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (laboratoire) , Biophysique - Biophotonique (Nanobio) (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 30-09-2019 .


  • Résumé

    La diffraction a longtemps été considérée comme une limite fondamentale à la résolution spatiale des systèmes d'imagerie optique. L'impossibilité d'imager des structures plus petites que 200 nm, excluait ainsi de larges champs d'application en biologie, en particulier celui de l'organisation nanométrique du cytosquelette cellulaire, jouant un rôle clé notamment en cancérologie Le développement récent des approches de microscopie par super-localisation (dSTORM/PALM) permet d'atteindre une précision de localisation latérale de l'ordre de 10 nm, grâce à la possibilité d'acquérir à des instants différents l'émission des fluorophores qui se situent dans la fonction réponse du microscope. Au sein de l'équipe de Biophotonique de l'ISMO nous développons de nouvelles stratégies pour améliorer la résolution aussi bien latérale qu'axiale (Nature Photonics 2015, Nature communications 2015, ACS Nano 2017) afin d'optimiser l'obtention des informations biologiques à l'échelle nanométrique. Nous avons ainsi récemment mis au point une nouvelle technique (brevet 2016) couplant les avantages de l'illumination structurée et des techniques de localisation. Cette nouvelle approche est basée sur l'extraction de la phase du signal de fluorescence modulé pour retrouver l'information de position, ce qui permet d'extraire la localisation avec un gain en précision d'un facteur 5 à 10. Cette nouvelle technique vient d'être validée expérimentalement selon une direction de l'espace. Dans le cadre de cette thèse, il s'agira développer un nouveau microscope permettant d'étendre ce nouveau concept de localisation et d'optimiser la précision de localisation spatiale en 2D puis 3D. La première partie du travail consistera à mettre en place la stratégie d'excitation et de détection associées à cette nouvelle approche de microscopie super-résolue. Après une étape de validation des performances du dispositif sur des échantillons calibrés, les observations du cytosquelette cellulaire (réseau d'actine et de microtubules) seront effectuées.

  • Titre traduit

    New strategy in single molecule localization microscopy for biological imaging


  • Résumé

    Diffraction has long been considered as a fundamental limitation to the spatial resolution of optical imaging systems. The impossibility of imaging structures smaller than 200 nm, thus excluded wide fields of application in biology, in particular that of the nanometric organization of the cellular cytoskeleton, playing a key role, particularly in oncology. The recent development of super-localization microscopy approaches (dSTORM / PALM) makes it possible to achieve a lateral positioning accuracy of around 10 nm, thanks to the possibility of acquiring at different times the emission of fluorophores which lie in the response function of the microscope. In the ISMO Biophotonics team, we are developing new strategies to improve both lateral and axial resolution (Nature Photonics 2015, Nature Communications 2015, ACS Nano 2017) to optimize the acquisition of biological information. at the nanoscale. We have recently developed a new technique (patent 2016) combining the advantages of structured illumination and localization techniques. This new approach is based on the extraction of the phase of the modulated fluorescence signal to retrieve the position information, which makes it possible to extract the localization with a gain in precision by a factor of 5 to 10. This new technique comes to be validated experimentally in a direction of space. The goal of this thesis is to develop a new microscope to extend this new concept of location and optimize the spatial location accuracy in 2D and 3D. The first part of the work will consist in implementing the excitation and detection strategy associated with this new super-resolved microscopy approach. After a step of validation of the performances of the device on calibrated samples, the observations of the cellular cytoskeleton (actin and microtubule network) will be made.