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Posté par Isabelle le Mercredi 17/01/2018 à 12:00
La sismologie cellulaire est née
Une équipe de chercheurs a mis au point une technique unique permettant de cartographier à l’échelle de la milliseconde l’élasticité des composantes à l’intérieur d’une cellule.


Des chercheurs ont mis au point une méthode révolutionnaire pour observer en direct les mouvements et forces en présence dans des ovules de souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie...).
CRÉDIT: CRCHUM

Les cellules tremblent. Un peu comme pour notre planète Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande...), dont les vibrations sont utilisées par les sismologues pour caractériser sa structure profonde, des scientifiques ont découvert un moyen de se servir des vibrations à l’intérieur des cellules pour déterminer leurs propriétés mécaniques. La sismologie cellulaire est née.

«Nous avons mis au point une technique unique pour cartographier à l’échelle de la milliseconde l’élasticité des composantes à l’intérieur d’une cellule. Cela ouvre un tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) nouveau champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) en mécanobiologie, pour étudier la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des mouvements dans les cellules et comprendre l’effet de ces forces sur les maladies et les traitements», indique Guy Cloutier, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien...) au Centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CRCHUM) et professeur à la Faculté de médecine de l’Université de Montréal.

Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :), appelée «élastographie de tremblement (Les tremblements sont des mouvements anormaux involontaires, rythmiques et oscillatoires, de faible amplitude. Ils peuvent être uni ou bilatéraux.) des cellules», est présentée dans un article publié aujourd’hui dans Proceedings of the National Academy of Sciences.

L’élasticité est une propriété cellulaire fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) liée à l’anatomie (L'anatomie (provenant du nom grec ἀνατομία anatomia, provenant du verbe...), la fonctionnalité et l’état pathologique des cellules et des tissus. Une tumeur (Le terme tumeur (du latin tumere, enfler) désigne, en médecine, une augmentation de volume d'un tissu, clairement délimitée sans...) cancéreuse devient rigide. L’athérosclérose et l’anévrisme vasculaire débutent par une perte d’élasticité des cellules et des artères. Les cellules endothéliales libèrent des transmetteurs qui provoquent une vasoconstriction ou une vasodilatation des vaisseaux sanguins selon les conditions mécaniques de cisaillement associées à l’écoulement et à la géométrie du vaisseau.

«Jusqu’à maintenant, on arrivait difficilement à mesurer les transformations mécaniques qui surviennent en continu dans les cellules. Les techniques actuelles, basées sur la déformation cellulaire, par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) atomique ou la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition »...) de Brillouin, peuvent prendre plusieurs dizaines de minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...) pour donner une mesure d’élasticité. Pour certaines applications, c’est beaucoup trop lent parce qu’il peut se passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) des milliers d’évènements dans une cellule comme des transferts d’ions, des stimulations neuronales, la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des...) cellulaire. Ces phénomènes pourraient être plus faciles à suivre, et la nouvelle technologie d’imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) conçue ici est capable de mesurer très rapidement les propriétés mécaniques de la cellule», explique Pol Grasland-Mongrain, postdoctorant dans le laboratoire de Guy Cloutier et premier auteur de l’étude.


Guy Cloutier et Pol Grasland-Mongrain
CRÉDIT: PRODUCTION MULTIMÉDIA CHUM
Avec un appareillage simple comprenant un microscope standard, des micropipettes et une caméra à haute vitesse (On distingue :), les chercheurs ont imaginé une méthode révolutionnaire pour observer en direct les mouvements et forces en présence dans des ovules de souris. Greg FitzHarris, chercheur au CRCHUM et professeur à l’Université de Montréal qui a collaboré à ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...), mentionne que «cette nouvelle modalité d’imagerie cellulaire pourra permettre l’étude de nouveaux mécanismes associés à la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la...) cellulaire lors de la formation d’embryons».

«Au début, on n’avait aucune idée du niveau de résolution spatiale qu’on pouvait espérer, d’où l’idée d’utiliser des ovules de souris. Ce sont de grosses cellules d’environ 80 microns de diamètre, elles sont donc plus faciles à visualiser. Dans nos expériences, nous avons pu relever des vibrations mécaniques dans la cellule de moins d’un millième de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) grâce à la caméra employée, capable d’enregistrer 200 000 images par seconde», dit Guy Cloutier. À titre de comparaison, un film au cinéma comporte habituellement 25 images par seconde.

Les images obtenues permettent de mesurer ces vibrations à l’aide d’algorithmes de suivi de mouvement. Mais comment reconstruire une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un...) d’élasticité intracellulaire à partir de ces vibrations? En recourant à une technique de corrélation de bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation...), une approche élaborée par les sismologues lorsqu’ils mesurent les vibrations produites par les tremblements de terre pour déterminer la composition des roches souterraines.

«Nous avons utilisé ce même principe pour explorer l’intérieur de la cellule du point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mécanique, en appliquant l’élastographie par ondes de cisaillement à l’échelle micrométrique. On envoie une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle...) dans la cellule, et la vitesse est proportionnelle à l’élasticité des composantes qu’elle rencontre, comme le cytoplasme, le noyau ou les autres composantes de la cellule. On mesure l’élasticité en évaluant la vitesse des vibrations dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et dans l’espace», fait valoir Stefan Catheline, physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de...) à l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) national de la santé et de la recherche médicale et chercheur à l’Université de Lyon.

Pol Grasland-Mongrain raconte comment il a procédé pour effectuer ses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés....). «À l’aide d’une micropipette, nous avons provoqué des vibrations haute fréquence, soit 15 000 cycles par seconde, dans des ovules vivants de souris. À partir des images obtenues par la caméra, nous avons mesuré les vibrations dans la cellule en utilisant un algorithme de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun....) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) conçu initialement pour des applications en ultrasons. Ensuite, l’algorithme de corrélation de bruit nous a permis de cartographier l’élasticité de la cellule entière. Ainsi, dans cette étude, nous avons notamment pu montrer une diminution significative de l’élasticité des ovules de souris lorsqu’on les traite avec de la cytochalasine, une substance connue pour perturber leur cytosquelette.»

Cette technologie novatrice de cartographie de l’élasticité des cellules ouvre donc la voie à de nombreuses applications pratiques en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) et en médecine, qu’on pense au cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier...), à l’infection par des pathogènes, à la cicatrisation ou au génie tissulaire. «Maintenant qu’on a montré la faisabilité de la technologie, on veut perfectionner la méthode et établir des collaborations avec des experts en biologie cellulaire et moléculaire, en physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science) étudie le rôle, le fonctionnement et l'organisation...) et en mécanobiologie pour explorer le potentiel incroyable de ce champ de recherche», conclut Guy Cloutier.

À propos de cette étude

L’article «Ultrafast Imaging of Cell Elasticity with Optical Microelastography» a été publié le 15 janvier dans Proceedings of the National Academy of Sciences. Cette étude a été réalisée conjointement par Pol Grasland-Mongrain, sous la direction de Guy Cloutier, au Centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CRCHUM), et par Ali Zorgani, sous la direction de Stefan Catheline, de l’Institut national de la santé et de la recherche médicale et de l’Université de Lyon, en collaboration avec l’équipe de Greg FitzHarris au CRCHUM. Les travaux ont été financés principalement par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (PR-174387) et les Instituts de recherche en santé du Canada (MOP-84358 et MOP-142334). La technologie fait l’objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise,...) d’un brevet. doi: 10.1073/pnas.1713395115.

À propos du CRCHUM

Le Centre de recherche du Centre hospitalier de l'Université de Montréal (CRCHUM) améliore la santé chez l'adulte par un continuum de recherche universitaire de haut niveau qui, en améliorant la compréhension des mécanismes étiologiques et pathogéniques, favorise le développement, l'implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) et l'évaluation de nouvelles stratégies préventives, diagnostiques et thérapeutiques. Le CRCHUM offre un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) de formation assurant une relève engagée dans une recherche d'excellence.

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