Analyser automatiquement les propriétés mécaniques de milliers de cellules
Publié par Redbran le 07/01/2020 à 14:00
Source: CNRS INSIS
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.


Déplacement de la pointe AFM pour effectuer automatiquement les mesures sur chaque cellule.
© LAAS-CNRS

Les propriétés mécaniques des cellules - leur élasticité, leurs propriétés d'adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux matériaux, dans le but de créer une résistance...) - 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 (Le microscope à force atomique (ou AFM pour atomic force microscope) est un dérivé du microscope à effet tunnel (ou Scanning Tunneling Microscope,...) (AFM), requièrent l'intervention d'un spécialiste, et sont longues à réaliser: plus de 10 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, levée sur le terrain. Unités...) en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) pour effectuer les mesures sur une seule cellule. Du coup, les résultats obtenus sont trop peu nombreux pour être utilisés en diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et γν?ση,...) 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 (L'heure est une unité de mesure  :). La méthode repose sur la combinaison (Une combinaison peut être :) de deux innovations. D'une part, une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) d'immobilisation des cellules. D'autre part, un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont...) 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 (Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se fixent, sur les atomes de silicium....) 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 (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie du...), 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 (Le terme pathogène (du grec παθογ?νεια ! « naissance de la douleur ») signifie : qui...) 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 (Une biopsie correspond au prélèvement d'un échantillon de tissus de l'organisme dans le but de réaliser un examen microscopique.) en mesurant leur élasticité, différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des...) 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 (Mexico (en espagnol Ciudad de México) est la capitale du Mexique ; elle est située dans les hauteurs du centre du pays à une altitude de 2200 m. Elle est souvent désignée par l'appellation officielle distrito federal...) ;
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 un tel institut.) des technologies avancées en sciences du vivant (ITAV, CNRS/Université de Toulouse) ;
CIC-Instituto Politécnico Nacional (IPN), Mexico. Appartenant au réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) RENATECH piloté par le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)
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Références:
Process by atomic force microscopy for massive (Le mot massif peut être employé comme :) 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 (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son,...), le déplacement de la pointe AFM pour effectuer automatiquement les mesures sur chaque cellule.

Contacts:
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi...) INSIS, insis.communication at cnrs.fr
- Etienne Dague, LAAS-CNRS, edague at laas.fr
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