Nous pouvons utiliser la mécanobiologie pour apprendre comment les cellules immunitaires attaquent les cellules cancéreuses. Crédit :www.shutterstock.com
Les forces mécaniques régissent les processus biologiques, des contractions du cœur en forme de pompe, aux muscles qui ressemblent à des cordes et des poulies, et des cellules qui effectuent des tirs à la corde microscopiques.
Précédemment, ces aspects mécaniques de la biologie ont été largement ignorés, notamment en raison d'un manque de technologie permettant des mesures mécaniques complexes.
Mais de meilleurs outils sont en cours de développement, et ceux-ci permettent le suivi de l'activité mécanique dans les cellules et les tissus.
Et à cause de cette visibilité, de nouveaux médicaments et traitements commencent à émerger.
La mécanobiologie est la science de la façon dont les cellules et les tissus ressentent et réagissent aux forces mécaniques.
Tout comme nous les humains avons des muscles et des os qui nous donnent la capacité d'exercer des forces, chacune de nos cellules possède également un squelette :le cytosquelette. Ce réseau de fibres permet aux cellules d'exercer et de résister à des forces, et leur permet de se déplacer.
Regarder les cellules T
Les cellules T font partie de notre système immunitaire :elles peuvent agir comme des assassins cellulaires, tuer d'autres cellules telles que celles infectées par des virus, ou des cellules cancéreuses.
A l'échelle microscopique (environ un centième de cheveu humain), nous pouvons visualiser et suivre la « chasse » des cellules T aux cellules cancéreuses lorsqu'elles se déplacent et se frayent un chemin à travers les tissus. Ceci applique l'approche connue sous le nom de microscopie à force de traction 3D (TFM).
Après avoir trouvé une cellule cancéreuse, une cellule T saisit fermement sa cible, et offre un "baiser de la mort".
Les techniques connues sous le nom d'aspiration à double pipette (DPA) et de pinces optiques (voir la vidéo ci-dessous) nous permettent de saisir des cellules individuelles, et associez-les de manière contrôlée. Cela nous permet de comprendre et d'illustrer la mécanique derrière ce "baiser" mortel.
En utilisant des techniques mécanobiologiques pour voir comment les cellules T trouvent et tuent les cellules cancéreuses, peut permettre un meilleur ciblage des immunothérapies anticancéreuses.
La première immunothérapie ciblant le cancer utilisant les propres cellules T d'un patient a été approuvée tout récemment par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis.
Sentir la force
Les cellules utilisent des capteurs de force pour détecter et distinguer de nombreux signaux physiques qu'elles subissent.
Une classe majeure de capteurs de force sont les "canaux ioniques mécanosensibles". Ce sont des trous, ou pores, à la surface de la cellule qui peut s'ouvrir et se fermer.
Lorsque la cellule ressent une force physique ou un stimulus mécanique (essentiellement, comme un aiguillon microscopique), ces pores peuvent s'ouvrir. Les produits chimiques entrent et sortent, et un petit courant électrique est conduit à travers la paroi cellulaire. Cela peut être mesuré en fixant de petites électrodes à la surface d'une cellule.
De nombreux types de cellules et de tissus ont de tels capteurs, et répondre aux changements de charges mécaniques. Ceux-ci incluent les neurones qui sous-tendent notre sens du toucher, les cellules cancéreuses métastatiques et les cellules qui maintiennent notre cartilage dans les os.
Le médicament EVENITY – qui vise à prévenir la perte osseuse dans l'ostéoporose – agit par cette voie. Le médicament bloque la sclérostine, un facteur clé qui inhibe naturellement la formation osseuse sur la base des fonctions de mécanodétection des cellules ostéoformatrices.
Testé sur des souris voyageant vers la Station spatiale internationale, le traitement a maintenant passé les essais cliniques sur l'homme et attend l'approbation de la FDA pour une utilisation dans le traitement des patients ostéoporotiques aux États-Unis.
Le cytosquelette de chaque cellule agit comme un système de poulies et de cordes internes. Crédit :Dr Maté Biro, CC BY-SA
Orgue sur puce
La technologie des organes sur puce est conçue pour faciliter le développement de médicaments, modélisation de la maladie et médecine personnalisée. Chaque unité individuelle est faite d'un matériau transparent appelé polymère :c'est à peu près la taille d'une clé USB, et se compose de canaux creux bordés de cellules humaines vivantes.
Ces puces diffèrent des autres tests de laboratoire tels que la culture cellulaire, en ce qu'ils peuvent imiter la physiologie et la mécanique de la façon dont les cellules interagissent avec les tissus vivants (plutôt que de simplement regarder les réponses dans les cellules individuelles).
Par exemple, les organes sur puce peuvent recréer l'architecture des organes humains au niveau microscopique, y compris les intestins, un rein, peau, la moelle osseuse et les zones du cerveau.
Un exemple utilisant du tissu pulmonaire est décrit dans la vidéo ci-dessous. Cette technologie fournit un moyen de voir les maladies dans les tissus, et est une alternative à l'expérimentation animale pour le développement de médicaments.
De nombreux chercheurs et sociétés de biotechnologie espèrent que des technologies telles que les organes sur puce accéléreront le développement de nouveaux médicaments, et faire progresser la médecine personnalisée.
En utilisant les techniques existantes, les études cliniques peuvent prendre des années et tester un seul composé peut coûter plusieurs millions de dollars. Aussi, les études animales précliniques échouent souvent à prédire les réponses humaines parce que les modèles animaux n'imitent pas toujours avec précision les réponses biologiques humaines.
En avril 2017, la FDA a annoncé un accord de recherche et développement pluriannuel pour évaluer la technologie des organes sur puce, en commençant par une puce de foie.
L'accord peut s'étendre à l'avenir pour couvrir des puces d'organes supplémentaires, y compris les reins, modèles pulmonaires et intestinaux.
La mécanobiologie intègre les sciences physiques à la biologie et stimule le développement de nouvelles technologies. Regarder les cellules en mouvement, comprendre et mesurer les forces à l'échelle cellulaire, et la création de mini-modèles de tissus humains en laboratoire ne sont qu'un début.
Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original. 
