Analyser automatiquement les propriétés mécaniques de milliers de cellules

Des chercheurs du LAAS-CNRS, en collaboration avec des chercheurs mexicains, ont mis au point une méthodologie automatisée pour mesurer les propriétés nanomécaniques de cellules à l'aide d'un microscope AFM. Un pas vers l'utilisation de ces propriétés comme biomarqueurs pour l'analyse médicale. Les résultats sont publiés dans la revue Nanoscale Horizons.


Les propriétés mécaniques des cellules - leur élasticité, leurs propriétés d'adhésion - pourraient être utilisées comme biomarqueurs pour diagnostiquer certains cancers, ou encore des pathologies cardiaques. Mais jusqu'à présent ce type de mesures, à l'aide d'un microscope à force atomique (AFM), requièrent l'intervention d'un spécialiste, et sont longues à réaliser: plus de 10 minutes en moyenne pour effectuer les mesures sur une seule cellule. Du coup, les résultats obtenus sont trop peu nombreux pour être utilisés en diagnostic médical.

Des chercheurs du LAAS-CNRS, en collaboration avec des chercheurs mexicains, soutenus par le programme international de financement ECOS-NORD M15P02, ont commencé à lever ce verrou en développant une méthodologie automatisée pour mesurer les propriétés nanomécaniques des cellules. Elle permet de sonder mécaniquement, à l'aide d'une pointe AFM, les propriétés d'environ un millier de cellules en quatre heures. La méthode repose sur la combinaison de deux innovations. D'une part, une stratégie d'immobilisation des cellules. D'autre part, un logiciel qui pilote le déplacement de la pointe AFM pour effectuer automatiquement les mesures sur chaque cellule.

Pour immobiliser les cellules, les chercheurs ont conçu et fabriqué, dans les salles blanches du LAAS-CNRS, une puce en silicone qui comprend des milliers de micropuits (de 1,5 à 6 microns de côté), chacun pouvant accueillir une cellule. Grâce à un algorithme développé spécifiquement, le logiciel de pilotage de la pointe AFM réalise les mesures sur chaque cellule en automatique, à raison de douze secondes en moyenne par cellule. Les chercheurs ont ainsi réalisé des mesures sur une population de champignons pathogènes opportunistes - Candida albicans -, responsables d'infections contractées notamment en milieu hospitalier. En quatre heures seulement, ils ont pu sonder un millier de cellules, et mettre en évidence deux sous-populations dotées de propriétés mécaniques différentes. Ce résultat pourrait faire progresser la compréhension du caractère pathogène de Candida albicans.

Les chercheurs veulent maintenant avancer vers ce qui pourrait être une première application de leur dispositif: la détection de cellules cancéreuses dans une biopsie en mesurant leur élasticité, différente de celle des cellules saines, à l'aide d'un microscope AFM. Le dispositif d'immobilisation des cellules sera adapté en collaboration avec le laboratoire commun Biosoft (LAAS-CNRS/Innopsys), et les futures expérimentations se feront en lien avec des équipes hospitalières.

Notes:
L'étude a été menée en collaboration avec: ENCB-Instituto Politécnico Nacional (IPN), Mexico ;
l'Institut des technologies avancées en sciences du vivant (ITAV, CNRS/Université de Toulouse) ;
CIC-Instituto Politécnico Nacional (IPN), Mexico. Appartenant au réseau RENATECH piloté par le CNRS.

Références:
Process by atomic force microscopy for massive physical and mechanical analysis of materials, biomaterial arrays and structures,
A. Martinez-Rivas, E. Dague, S. Pro-Coronado & K. Gonzalez-Quijano.
Mexican Patent WO2019112414 (A1)―2019

Generation of living cell arrays for atomic force microscopy studies,
C. Formosa, F. Pillet F, M. Schiavone, RE. Duval, L. Ressier, E. Dague.
Nature Protocols, 10(1): 199-204 (2015)
DOI: doi.org/10.1038/nprot.2015.004

Beyond the paradigm of nanomechanical measurements on cells using AFM: an automated methodology to rapidly analyse thousands of cells,
S. Proa-Coronado, C. Séverac, A. Martinez-Rivas, E. Dague.
Nanoscale Horizons (2019)
DOI: doi.org/10.1039/C9NH00438F

Pour aller plus loin:
En vidéo, le déplacement de la pointe AFM pour effectuer automatiquement les mesures sur chaque cellule.

Contacts:
- Communication INSIS, insis.communication at cnrs.fr
- Etienne Dague, LAAS-CNRS, edague at laas.fr