Les premières divisions cellulaires de l'œuf de poisson zèbre (en bleu), du stade à une cellule au stade à 1000 cellules. Sous les cellules, on distingue la vésicule vitelline, réservoir énergétique de l'embryon. 

Filmer le développement embryonnaire de grenouilles ou de poissons n'est pas une nouveauté. Depuis plusieurs années, diverses techniques d'imagerie des cellules, telle la microscopie à deux photons, permettent même d'obtenir des images des profondeurs de l'embryon. Toutefois, aucune des techniques utilisées jusqu'à présent n'offre une résolution ou une cadence d'images suffisantes pour suivre l'évolution de chaque cellule de l'embryon au fil de ses divisions. Nombre de ces techniques nécessitent en outre de marquer des composants cellulaires avec une ou plusieurs molécules fluorescentes, ce qui complique encore l'opération, voire abime les cellules.

Des chercheurs du Laboratoire d'optique et de biosciences de l'École polytechnique (CNRS-INSERM-École polytechnique), à Palaiseau, du Laboratoire de neurobiologie et développement (CNRS), à Gif-sur-Yvette, de l'Université polytechnique de Madrid et leurs collègues ont mis au point une technique d'imagerie microscopique qui leur permet de suivre sans marquage chaque cellule d'un embryon, de la cellule œuf jusqu'au stade à 1 000 cellules, à une fréquence d'une pile d'images balayant la totalité de l'embryon toutes les 80 secondes.

Leur microscope a été optimisé pour visualiser simultanément deux types de signaux, émis par certaines structures cellulaires en raison de leurs propriétés optiques intrinsèques, lorsqu'elles sont éclairées par un faisceau laser. L'un, nommé signal de génération de deuxième harmonique, est émis par les structures denses ne présentant pas de centre de symétrie, tels les faisceaux de microtubules du fuseau mitotique, ces rails qui guident les chromosomes lors de la division cellulaire. L'autre type de signal, nommé signal de génération de troisième harmonique, est émis par les frontières entre deux milieux différents c'est-à-dire, notamment, par les contours des cellules.

En balayant avec leur microscope un embryon de poisson zèbre (Danio rerio), Nicolas Olivier, Miguel Luengo-Oroz, Louise Duloquin et leurs collègues ont obtenu une image en trois dimensions de l'embryon avec une résolution micrométrique ; et en reproduisant ce balayage toutes les 80 secondes, ils ont réalisé un film montrant l'évolution dans le temps de cette image tridimensionnelle de l'embryon (en bleu).

Grâce à un traitement informatique, les chercheurs ont pu enregistrer les mouvements des cellules, les temps caractéristiques de leurs divisions, et étudier en détail la géométrie de la multiplication cellulaire chez l'embryon. Ils ont notamment observé que, dès le stade à deux cellules, les divisions cellulaires ne sont plus synchrones : elles s'étalent de plus en plus dans le temps, formant des vagues de divisions traversant tout l'embryon, comme le montrent deux projections des fuseaux mitotiques des cellules, structures qui apparaissent toujours à la même étape de la division et en constituent donc un repère temporel (en vert). En outre, contrairement à ce que l'on pensait, le point de départ de ces vagues est décalé par rapport au sommet de l'embryon.

L'ensemble de cette méthodologie devrait aider les biologistes à établir les liens existant entre les différents niveaux d'organisation des cellules, de leur patrimoine génétique jusqu'au tissu embryonnaire qu'elles constituent.