Autofluorescence

L'autofluorescence est l'émission naturelle de lumière (de fluorescence) par des structures biologiques telles que les mitochondries et les lysosomes lorsqu'ils ont absorbé de la lumière, et est souvent utilisée pour distinguer la lumière provenant de marqueurs fluorescents ajoutés artificiellement (fluorophores) [1].

Photomicrographie d'un papier autofluorescant sous illumination d'ultraviolets.

Les molécules d'autofluorescence les plus couramment observées sont le NADPH et les flavines ; la matrice extracellulaire (ECM) peut également contribuer à l'autofluorescence en raison des propriétés intrinsèques du collagène et de l'élastine[1].

En général, les protéines contenant une quantité accrue en acides aminés tryptophane, tyrosine et phénylalanine présentent un certain degré d'autofluorescence[2].

L'autofluorescence se produit également dans les matériaux non biologiques, présents dans de nombreux papiers et textiles. L'autofluorescence à partir de monnaie papier américaine a été démontrée comme pouvant discerner la fausse monnaie de l'authentique[3].

Organismes autofluorescents

L'autofluorescence a été observée chez des perroquets (par exemple, Melopsittacus undulatus), des scorpions (Centruroides vittatus), des caméléons (Calumma spp.), des grenouilles (Hypsiboas punctatus), des vers ronds (Caenorhabditis elegans), des cnidaires (Anemonia sulcata) et des tardigrades[4]. L'intérêt fonctionnel de ce phénomène n'est souvent pas connu. Chez les perroquets, il peut constituer un signal visuel à l'attention de partenaires potentiels[5]. Chez le tardigrade Paramacrobiotus BLR, il confère une exceptionnelle tolérance aux rayons ultraviolets[4].

Microscopie

Une image multispectrale de tissu d'un intestin de souris, montrant comment l'autofluorescence peut masquer plusieurs signaux de fluorescence.

L'autofluorescence interfère avec la détection de signaux fluorescents spécifiques, en particulier lorsque les signaux d'intérêt sont très faibles : elle rend visibles des structures autres que celles d'intérêt.

Dans certains microscopes (principalement des microscopes confocaux), il est possible d'utiliser différentes durées de vie des états excités des marqueurs fluorescents ajoutés et des molécules endogènes pour exclure la majeure partie de l'autofluorescence.

Microscopie à super-résolution en autofluorescence / image en nanoscopie optique de structures cellulaires invisibles avec la microscopie optique confocale.

Dans quelques cas, l'autofluorescence peut en fait éclairer les structures d'intérêt ou servir d'indicateur utile de diagnostic[1].

Par exemple, l'autofluorescence cellulaire peut être utilisée comme indicateur de cytotoxicité sans avoir besoin d'ajouter des marqueurs fluorescents[6].

L'autofluorescence de la peau humaine peut être utilisée pour mesurer le niveau de produits finaux de glycation avancée (en) (AGE), qui sont présents en plus grandes quantités durant plusieurs maladies humaines[7].

Les systèmes d'imagerie optique qui utilisent l'imagerie multispectrale peuvent réduire la dégradation du signal causée par l'autofluorescence tout en ajoutant des capacités de multiplexage améliorées [8].

La microscopie à super-résolution SPDM a révélé des objets cellulaires autofluorescents qui ne sont pas détectables dans des conditions d'imagerie par fluorescence conventionnelles[9].

Molécules autofluorescentes

Autofluorescence dans la peau de banane sous différentes conditions d'illumination.

Molécule	Excitation (nm)	Pic de fluorescence (nm)	Organismes	Référence
NAD(P)H	340	450	Tous	[10]
Chlorophylle	465 / 665	673 / 726	Plants
Collagène	270-370	305-450	Animaux	[10]
Rétinol		500	Animaux & bactéries	[11]
Riboflavine		550	Tous	[11]
Cholécalciférol		380-460	Animaux	[11]
acide folique		450	Tous	[11]
Pyridoxine		400	Tous	[11]
Tyrosine	270	305	Tous	[2]
Dityrosine	325	400	Animaux	[2]
Agrégat de type excimère	270	360	Animaux	collagène[2]
Adduit de glycation	370	450	Animaux	[2]
Indolamine			Animaux
Lipofuscine	410-470	500-695	Eucaryotes	[12]
Lignine, a polyphenol	335 / 488	455 / 535	Plantes	[13]
Tryptophan (en)	280	300-350	Tous
Flavine	380-490	520-560	Tous
Mélanine	340–400	360–560	Animaux	[14]

Voir aussi

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Autofluorescence » (voir la liste des auteurs).

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[Mon05-1] (en) Monici M., Cell and tissue autofluorescence research and diagnostic applications, vol. 11, Amsterdam, Elsevier, coll. « Biotechnology Annual Review », 2005, 227–56 p. (ISBN 978-0-444-51952-8, PMID 16216779, DOI 10.1016/S1387-2656(05)11007-2, lire en ligne)

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[3] Thomas Chia et Michael Levene, « Detection of counterfeit U.S. paper money using intrinsic fluorescence lifetime », Optics Express, vol. 17, n^o 24,‎ 17 novembre 2009, p. 22054–22061 (PMID 19997451, DOI 10.1364/OE.17.022054, lire en ligne)

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[5] (en) Kathryn E. Arnold, Ian P. F. Owens et N. Justin Marshall, « Fluorescent signaling in parrots », Science, vol. 295, n^o 5552,‎ 4 janvier 2002, p. 92 (DOI 10.1126/science.295.5552.92).

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[12] Schönenbrücher, Holger, « Fluorescence-Based Method, Exploiting Lipofuscin, for Real-Time Detection of Central Nervous System Tissues on Bovine Carcasses », Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 56, n^o 15,‎ 2008, p. 6220–6226 (PMID 18620407, DOI 10.1021/jf0734368)

[13] Llyod Donaldson et Nari Williams, « Imaging and Spectroscopy of Natural Fluorophores in Pine Needles », Plants, vol. 7, n^o 1,‎ février 2018, p. 10 (PMID 29393922, PMCID 5874599, DOI 10.3390/plants7010010)

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