Une cellule vivante ressemble à une ville animée : des marchandises circulent en permanence dans ses rues, et les flux de transport sont régulés pour que tout arrive à destination au bon moment. Mais si l'on peut observer la ville depuis un hélicoptère, l'intérieur de la cellule n'a longtemps pu être suivi qu'à travers une étroite fente — le microscope ne montrait qu'une image plane. Dans ces nouveaux travaux, les chercheurs ont élargi la vue à tout l'espace tridimensionnel.
Ils ont développé une méthode qui analyse une série d'images volumétriques de la cellule prises à intervalles rapprochés. En comparant comment l'image change d'une image à l'autre, l'algorithme calcule où et à quelle vitesse se déplacent les particules, à quelle vitesse elles se mélangent par diffusion, et à quel point elles sont densément tassées en chaque point. La méthode a été testée sur des données artificielles, où les paramètres de mouvement étaient connus à l'avance, et sur des billes de plastique microscopiques dans un gel. Les résultats ont correspondu aux attentes, confirmant la fiabilité de l'approche.
Ensuite, la méthode a été appliquée aux mitochondries — les centrales énergétiques de la cellule — à l'intérieur du tube pollinique en croissance du camélia. Il s'est avéré que le transport est organisé comme un mouvement bidirectionnel : dans la partie centrale du tube, les mitochondries se déplacent dans un sens, et plus près des bords, dans le sens opposé, le flux inverse étant plus rapide. De plus, au centre, les particules sont plus denses et se déplacent de manière plus ordonnée, tandis qu'à la périphérie, elles se dispersent et se mélangent plus activement. Ce schéma rappelle une fontaine : le jet monte, puis s'étale sur les côtés et retombe le long des bords.
La nouvelle méthode permet de voir non seulement les mitochondries, mais aussi de plus petites vésicules qui transportent des substances à l'intérieur de la cellule. Elles sont environ dix fois plus nombreuses que les mitochondries, mais le schéma des flux est similaire. Cela signifie que le transport intracellulaire est organisé selon des principes communs, et qu'on peut désormais l'étudier en détail. Comprendre ces processus est important pour la médecine : les dysfonctionnements du transport intracellulaire sont liés à des maladies neurodégénératives, comme la maladie d'Alzheimer. Peut-être ce nouvel outil permettra-t-il de détecter plus tôt de telles anomalies.
Le tube pollinique du camélia pousse à une vitesse d'environ 1 centimètre par heure, et des milliers de particules s'y déplacent simultanément dans des directions opposées.
Dans le film « Le Voyage fantastique », l'équipage d'un sous-marin miniaturisé voyage dans le système sanguin humain — la nouvelle méthode permet de regarder à l'intérieur d'une cellule sans réduction, simplement en analysant la lumière du microscope.