Une équipe du Tsinghua University a initié une révolution en matière de microscopie à champ lumineux guidée par la physique, permettant pour la première fois la détection tridimensionnelle en haute définition de plus de 300 000 cadres en temps réel chez un organisme vivant. Cette avancée repose sur deux axes principaux : l'élargissement de la résolution spatiale et l'intégration de technologies d'intelligence artificielle. Préalablement, les technologies existantes pouvaient atteindre une profondeur de champ de quelques centaines demicron. Grâce à cette nouvelle approche, les chercheurs visent à étendre cette profondeur jusqu'à quelques dizaines de microns, ce qui permettra une visualisation de haute qualité de structures biologiques en mouvement, comme les neurones et les vaisseaux sanguins chez des souris. Cette technique de microscopie permet ainsi une traque à haute résolution de l'activité neuronale et circulatoire, ouvrant de nouvelles perspectives pour comprendre les processus biologiques complexes. L'intelligence artificielle joue un rôle crucial dans cette innovation. En combinant des techniques d'apprentissage non supervisé guidé par la physique, le microscope à champ lumineux est doté d'une capacité de réflexion quasi humaine. Il peut autonomement analyser et interpréter les images capturées, permettant une compréhension fine des interactions cellulaires et subcellulaires. Cette technologie offre donc une nouvelle façon d'observer en détail les dynamiques biologiques, révélant des phénomènes qui n'étaient jusqu'alors observables qu'avec des limitations importantes. Un des principaux résultats de cette recherche est l'amélioration significative de la résolution temporelle. Pour la première fois, il est possible de surveiller en continu pendant plusieurs heures les mouvements sub cellulaires à l'échelle des microsecondes. Cela est particulièrement utile pour l'étude de processus longs et complexes, tels que la migration cellulaire ou la formation des synapses neuronales. Dans une publication récente dans Nature Methods, Lu, Jin et leurs collègues ont décrit comment l'apprentissage auto-supervisé guidé par la physique permet une reconstruction 3D rapide, haute résolution et robuste des images obtenues par microscopie à champ lumineux. Ce travail montre l'efficacité de leur méthode dans la capture de mouvements cellulaires précis et en temps réel. Par ailleurs, une autre étude publiée dans Cell par Wu et ses collaborateurs en 2021 a démontré que la tomographie itérative avec optiques adaptatives numériques permet l'observation intravitale de dynamiques subcellulaires en 3D à l'échelle des millisecondes pendant des heures. Cette technique a été utilisée avec succès pour étudier des processus complexes au niveau cellulaire, offrant des insights inédits sur les mécanismes biologiques à court terme. Lu et son équipe ont également présenté dans Nature Biotechnology en 2025 une méthode avancée d'imagerie subcellulaire sur le long terme grâce à la microscopie à champ lumineux à balayage confocal. Cette approche permet une surveillance continue et non invasive des structures subcellulaires, améliorant significativement notre capacité à observer les phénomènes biologiques sur de longues périodes. Zhang et ses co-auteurs, dans une autre étude publiée dans Cell en 2024, ont décrit comment l'imagerie mesoscopique sur le long terme de dynamiques intercellulaires en 3D à travers un organe mammifère peut être réalisée. Cette technique a permis de capturer des interactions cellulaires détaillées et de mieux comprendre les processus organiques complexes, notamment dans des applications comme la sélection de médicaments. Ces avancées technologiques ont un potentiel important pour divers domaines, notamment la biologie cellulaire et la neurobiologie. Elles permettent une surveillance en temps réel et à long terme, offrant des données détaillées qui peuvent être exploitées pour améliorer notre compréhension des maladies neurodégénératives, optimiser le développement de médicaments et mieux comprendre les mécanismes de la vie au niveau des cellules. En somme, le projet mené par l'équipe du Tsinghua University représente une étape majeure pour la microscopie à champ lumineux, fusionnant physique et intelligence artificielle pour révéler des détails de l'activité biologique jusqu'alors inaccessibles, et ouvrant de nouvelles voies pour la recherche biomédicale.