Un dispositif microfluidique pour élucider la migration des macrophages
Publié par Isabelle le 14/11/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Les macrophages, cellules du système immunitaire, se déplacent de manière autonome dans les tissus. Des chercheurs du LAAS-CNRS, en collaboration avec l'Institut de pharmacologie et de biologie structurale, ont conçu un système microfluidique qui permet de mesurer les forces exercées par un macrophage sur son 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...) pendant sa migration. L'étude, qui révèle un mécanisme de migration original en milieu confiné, est publiée dans la revue Nano Letters.


À gauche un micro-canal de 6 microns équipé de piliers cylindriques est observé au microscope électronique. Au centre un macrophage humain figé durant sa migration est observé en microscopie électronique au sein de ce canal et au contact des piliers déformables. En haut à droite un macrophage étiré dans ce canal et en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) 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 transmet un mouvement, une...) avec trois piliers est observé de dessus en microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) à fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser...). En bas à droite le schéma indique l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) typique des forces mécaniques de la cellule sur les trois piliers au cours d'une séquence de migration et la position du noyau de la cellule déformé par un des piliers.

Lorsque les macrophages, cellules du système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le « soi » du...), se déplacent dans un tissu, ils se propulsent en exerçant des forces mécaniques sur les obstacles qu'ils rencontrent: les structures de la matrice extra-cellulaire et les autres cellules du tissu. Pour mieux comprendre ce mécanisme, une équipe du LAAS-CNRS et de 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...) de pharmacologie et de 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...) structurale (IPBS, CNRS/Université de Toulouse) a créé un dispositif microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont au moins l'une des dimensions caractéristiques...) qui permet d'observer la migration d'un macrophage dans un canal de quelques microns de large, figurant in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de la cellule....) le milieu naturel confiné dans lequel se déplace la cellule in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un...).

Les chercheurs sont allés plus loin: ils ont ajouté dans le dispositif microfluidique des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) capables de mesurer les nanoforces exercées par les cellules pendant leur locomotion. Par un procédé dédié de photolithographie et de gravure sèche, ils ont fabriqué à l'échelle micrométrique, des piliers de rigidité contrôlée qui forment des obstacles à la progression des cellules au sein de ces micro-canaux. En observant la migration des macrophages par vidéomicroscopie, et en mesurant la flexion des micro-piliers, ils en ont déduit l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) des forces - de l'ordre de 300 piconewtons (300.10-12 newton) - exercées par la cellule pour se mouvoir. Ils ont aussi déterminé, et c'est un résultat remarquable de l'étude, la direction des forces exercées. En effet, les chercheurs ont mis en évidence que le macrophage, lorsque son environnement est de plus en plus confiné, adapte son processus de locomotion: au lieu de tirer, il pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) sur son environnement, et se déplace par un processus de friction.

Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la migration des macrophages dans des contextes pathologiques (tumeur, inflammation), et du rôle néfaste qu'ils peuvent jouer dans l'évolution de la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.). Dans une prochaine étape, les chercheurs vont réaliser le même type d'expérience, cette fois dans un dispositif réalisé par micro-impression 3D, plus représentatif de l'environnement rencontré par les macrophages dans un tissu.

Références publication:
Nanoscale Forces during Confined Cell Migration,
E. Desvignes, A. Bouissou, A. Laborde, T. Mangeat, A. Proag, C. Vieu, C. Thibault, I. Maridonneau-Parini, and R. Poincloux.
Nano Letters 2018, 18 (10), pp 6326–6333
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02611
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02611

Contact chercheur:
Christophe Vieu – LAAS-CNRS

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