Séminaire général : Microscopie optique polarisée pour l’imagerie d’organisations moléculaires aux échelles nanométriques – Sophie BRASSELET (Institut Fresnel, Marseille)

Zoom : https://cnrs.zoom.us/j/94819895806?pwd=Y2FibFdnL1lIYjRQcXlFdXBLNFVtZz09

ID de réunion : 948 1989 5806
Code secret : h4Pkpe

Résumé : Les imageries par microscopie de fluorescence ou cohérente non linéaire peuvent révéler des propriétés morphologiques remarquables dans les (nano-)matériaux, cellules ou tissus biologiques, avec des resolutions spatiales sub-micrométrique voire nanométriques, grâce à la microscopie super-résolue. L’imagerie optique ne peut pas cependant pas accéder directement à la façon dont les molécules sont organisées dans des ultrastructures spécifiques produites à l’échelle moléculaire. Cette propriété, qui est importante dans de nombreux domaines, de l’ingénierie des matériaux à la biomécanique, est aujourd’hui le plus souvent visualisée par microscopie électronique, qui n’est pas compatible avec l’imagerie dynamique ou dans des conditions in vivo. Nous montrons qu’il est possible de rendre compte de l’organisation moléculaire dans des structures complexes en utilisant la microscopie optique résolue en polarisation, qui tire parti du couplage entre champs d’excitation optique et moments dipolaires de transition moléculaires. Nous présenterons des approches sensibles à la polarisation en microscopie par localisation spatiale de molecules uniques, pour révéler l’organisation des filaments d’actine denses dans le cytosquelette cellulaire, qui est généralement un défi pour l’imagerie super-résolution. Nous discuterons des avantages de la transposition de ces méthodologies polarisées à la microscopie optique non linéaire à balayage, pour l’imagerie structurale dans les tissus biologiques notamment.

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Polarized microscopy, towards molecular-organization imaging in cells and tissues

Fluorescence imaging and nonlinear coherent optical microscopy can reveal important spatial properties in nanomaterials, cells and biological tissues from fixed situations to in vivo dynamics. While microscopy can guide interpretation through morphological observations at the sub-micrometric scale, optical imaging cannot directly access the way molecules are organized in specific ultrastructures, occuring at the molecular scale. This property, which is important in many fields, from material engineering to biomechanics, is today most often studied using methods that are not compatible with real time imaging. We will show that reporting molecular organization down to the nano scale is made possible using polarization resolved optical microscopy, which takes advantage of the orientation-sensitive coupling between optical excitation fields and molecular transition dipole moments. We have recently developed polarization sensitive approaches in fluorescent super resolution microscopy to reveal actin filaments’ organization in the cell cytoskeleton that is usually challenging in super resolution imaging. We will discuss the advantages of transposing polarized methodologies to scanning nonlinear optical microscopy for structural imaging.

Références

S. Brasselet, Advances in Optics and Photonics 3, 205–271 (2011)

V. Curcio et al. Nat. Communications 11 (1) (2020) DOI: 10.1038/s41467-020-19064-6

C. Rimoli et al. Nat. Communications 13, 301 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-27966-w

P. Gasecka et al. Biophys. J. 113 (7), 1520–1530 (2017) DOI: 10.1016/j.bpj.2017.07.033

BIBLIOGRAPHIE SCIENTIFIQUE

Sophie Brasselet est directrice de recherche CNRS à l’Institut Fresnel et également directrice de ce laboratoire depuis 2020. Elle développe depuis une quinzaine d’années des méthodes de microscopie optique non-linéaire et de fluorescence super-résolue basées sur le contrôle de la polarisation de la lumière. Ses développements instrumentaux considèrent l’ensemble des conditions de propagation (non-paraxiales, partiellement polarisées..) et des propriétés de la matière (cohérence et non-linéarité des interactions avec la lumière, symétries, …), permettant d’accéder à une imagerie structurale dans des matériaux et échantillons biologiques à l’échelle nanométrique. Ces méthodes ont permis de révéler l’organisation de lipides ou protéines dans des cellules et tissus, mais également d’étudier les hétérogénéités structurales de nano-objets plasmoniques ou diélectriques complexes. Elle étend actuellement ces approches à des dynamiques rapides et dans les milieux diffusants, pour les adapter à des situations in vivo appropriées en biologie et optique biomédicale.

FORMATION

Sophie Brasseletest de formation opticienne. Elle a obtenu sa thèse en 1997 à l’Université Paris Sud, sur l’étude de molécules multipolaires appliquées à l’optique non-linéaire dans les polymères. Elle a ensuite passé deux ans de postdoctorat à l’UCSD puis Stanford University aux USA sur le développement de méthodes d’imagerie de molécules uniques dans les cellules. Après six ans passés à l’ENS Cachan en tant que Maître de Conférences, elle est recrutée en 2007 comme chargée de recherche au CNRS à l’Institut Fresnel à Marseille. Elle a obtenu la médaille d’argent CNRS en 2016 et le Grand Prix Léon Brillouin de la Société Française d’Optique en 2022. Elle est co-auteur de plus de 120 articles à comité de lecture et de plus de 55 conférences invitées.