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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.
CRÉDIT: CRCHUM

Les cellules tremblent. Un peu comme pour notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité...) 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 et la plus massive des...), 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 (Graphie) 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 métonymique, la recherche scientifique désigne...) 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 cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) au Centre de recherche du Centre hospitalier de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du commerce, de...) (CRCHUM) et professeur à la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie),...) 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 ἀνατέμνειν anatemnein, se traduisant par...), 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 précision de cause.) cancéreuse devient rigide. L'athérosclérose et l'anévrisme (Un anévrisme ou anévrysme (du grec ancien, ἀνεὐρυσμα, « dilatation ») est une...) 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 (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) 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...) 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 » équivalent au courage (cf. les articles « force...) atomique ou la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation »...) 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...) 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 étoiles). Chez les...) 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,...) 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 (Le mot multimédia est apparu vers la fin des années 1980, lorsque les CD-ROM se sont développés. Il désignait alors les applications qui, grâce à la mémoire du CD et aux capacités de l'ordinateur, pouvaient générer, utiliser...) CHUM
Avec un appareillage simple comprenant un microscope standard, des micropipettes et une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) 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 (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une valeur...), 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 seconde...) grâce à la caméra employée, capable d'enregistrer 200 000 images par seconde", dit Guy Cloutier. À titre de comparaison, un film au cinéma (On nomme cinéma une projection visuelle en mouvement, le plus souvent sonorisée. Le terme désigne indifféremment aujourd'hui une salle de projection ou l'art en lui-même.) 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 auditive.), 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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou...), 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 transporte de l'énergie sans transporter de...) 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 l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui connaît la...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) national de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) et de la recherche médicale (La recherche médicale se divise en recherche fondamentale et clinique.) 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. Le plaisir procuré explique...). "À l'aide d'une micropipette, nous avons provoqué des vibrations haute fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps....), 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. Plus précisément...) 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...) 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...), 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 mécanique,...) 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, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il...) 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...) de formation assurant une relève engagée dans une recherche d'excellence.

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