Suivi de particule unique - Single-particle tracking

Principe du suivi d'une seule particule : Les rectangles représentent les trames d'une acquisition d'image aux instants t  = 0, 1, 2, ... Les particules suivies sont représentées par des cercles rouges, et dans la dernière trame, les trajectoires reconstruites sont représentées en bleu lignes

Le suivi de particules uniques ( SPT ) est l'observation du mouvement de particules individuelles dans un milieu. La série temporelle de coordonnées, qui peut être soit en deux dimensions ( x , y ) soit en trois dimensions ( x , y , z ), est appelée trajectoire . La trajectoire est généralement analysée à l'aide de méthodes statistiques pour extraire des informations sur la dynamique sous-jacente de la particule. Ces dynamiques peuvent révéler des informations sur le type de transport observé (par exemple, thermique ou actif), le milieu dans lequel la particule se déplace et les interactions avec d'autres particules. Dans le cas d'un mouvement aléatoire, l'analyse de trajectoire peut être utilisée pour mesurer le coefficient de diffusion .

Applications

En sciences de la vie, le suivi de particules uniques est largement utilisé pour quantifier la dynamique des molécules/protéines dans les cellules vivantes (de bactéries, de levures, de cellules de mammifères et d' embryons vivants de drosophile ). Il a été largement utilisé pour étudier la dynamique des facteurs de transcription dans les cellules vivantes. Récemment, SPT a été utilisé pour étudier la cinétique de la traduction et de la transformation des protéines in vivo. Pour les molécules qui se lient à de grandes structures telles que les ribosomes, SPT peut être utilisé pour extraire des informations sur la cinétique de liaison. Comme la liaison au ribosome augmente la taille effective de la plus petite molécule, le taux de diffusion diminue lors de la liaison. En surveillant ces changements dans le comportement de diffusion, des mesures directes des événements de liaison sont obtenues. De plus, des particules exogènes sont utilisées comme sondes pour évaluer les propriétés mécaniques du milieu, une technique connue sous le nom de microrhéologie passive . Cette technique a été appliquée pour étudier le mouvement des lipides et des protéines dans les membranes, les molécules dans le noyau et le cytoplasme, les organites et les molécules à l'intérieur, les granules lipidiques, les vésicules et les particules introduites dans le cytoplasme ou le noyau. De plus, le suivi d'une seule particule a été largement utilisé dans l'étude des bicouches lipidiques reconstituées, la diffusion intermittente entre les phases 3D et 2D (par exemple, une membrane) ou 1D (par exemple, un polymère d'ADN) et les réseaux d'actine synthétiques enchevêtrés.

Méthodes

Le type de particules le plus couramment utilisé dans le suivi d'une seule particule est basé soit sur des diffuseurs , tels que des billes de polystyrène ou des nanoparticules d' or qui peuvent être suivies à l'aide d'un éclairage en champ clair, soit sur des particules fluorescentes . Pour les étiquettes fluorescentes , il existe de nombreuses options différentes avec leurs propres avantages et inconvénients, notamment les points quantiques , les protéines fluorescentes , les fluorophores organiques et les colorants cyanine.

À un niveau fondamental, une fois les images obtenues, le suivi d'une seule particule est un processus en deux étapes. Les particules sont d'abord détectées puis les différentes particules localisées sont connectées afin d'obtenir des trajectoires individuelles.

Outre le suivi des particules en 2D, il existe plusieurs modalités d'imagerie pour le suivi des particules 3D, notamment la microscopie plane multifocale, la microscopie à fonction d'étalement du point à double hélice et l'introduction de l'astigmatisme via une lentille cylindrique ou une optique adaptative.

Diffusion brownienne

Article principal: mouvement brownien

Voir également

Les références

Liens externes