Comment visualisez-vous les forces extrêmement faibles liées à des processus tels que la croissance et le développement embryonnaires ? Les chercheurs de Wageningen ont expérimenté une combinaison de technologie laser et de chimie, proposer un capteur composé d'une seule molécule qui est quelques centaines de fois plus précis que les appareils existants utilisés pour mesurer les nano-forces au niveau moléculaire. Les chercheurs décrivent leurs découvertes dans le numéro du 18 janvier de la revue scientifique Chimie .

Les forces subies par les molécules dans les cellules, mais aussi dans toutes les matières qui nous entourent, sont si petites que même les appareils de mesure existants les plus précis sont à peine capables de détecter s'il s'agit d'une force. "Jusqu'à maintenant, tout était noir ou blanc, soit il y avait une force, soit il n'y en avait pas — les méthodes existantes ne pouvaient rien déterminer entre les deux, " dit Joris Sprakel, chef de groupe de recherche au Sprakel Lab et au groupe de chimie physique et de matière molle de l'Université et de la recherche de Wageningen. « Avec une équipe de trois jeunes chercheurs et un étudiant avancé, nous avons réuni différents domaines d'expertise. Et nous avons eu l'idée qu'il devait être théoriquement possible de détecter les forces au niveau moléculaire en utilisant la molécule elle-même comme un nano appareil de mesure.Nous ne mesurons plus le noir ou le blanc, mais "cinquante nuances de gris" pour ainsi dire."

Exprimé en termes techniques, la détection de la force d'une molécule a une résolution de 100 femtonewtons. En tant que force, cela s'écrit 0,0000000000001 newton (1 newton correspond à environ 100 grammes). "Mais une molécule est aussi incroyablement petite, environ un nanomètre, ou un millionième de millimètre, " dit Joris Sprakel. " Cette force de cent femtonewtons qui appuie sur une molécule d'un nanomètre peut être comparée à la force d'un grain de sable sur l'épaule d'une personne. Et nous pouvons mesurer des forces si petites avec des relations qui sont un milliard de fois plus petites."

En utilisant la nouvelle méthode de mesure, les chercheurs ont mieux compris les forces actives au niveau moléculaire dans les cellules vivantes des plantes, les animaux et les humains. "Par exemple, dans le développement embryonnaire des cellules végétales, nous savons que des forces infimes déterminent quand une cellule se divise et dans quelle direction. Donc finalement, ces stimuli mécaniques déterminent le développement de l'embryon végétal, mais jusqu'à présent, il n'était pas possible de mesurer cela, " dit Sprakel. " Auparavant, nous n'avions pas d'accès direct aux phénomènes physiques à cette échelle, et si vous ne pouvez pas le voir, il est presque impossible de comprendre comment cela fonctionne. Si vous comprenez le rôle des nano-forces dans les processus biologiques, à long terme, il peut être possible de prévenir certaines maladies dues à des erreurs dans ces forces cellulaires. Mais c'est encore quelque chose pour l'avenir; nous avons maintenant démontré comment nous pouvons mesurer ces types de forces « non mesurables ». Dans mon équipe, nous travaillons actuellement sur l'application de cette approche aux processus cellulaires."

Molécule comme appareil de mesure

Selon Joris Sprakel, prendre ce genre de sensible, les mesures à petite échelle ne sont pas possibles en utilisant un gros appareil de mesure dans une cellule. Les chercheurs ont donc créé des molécules qui agissent comme des appareils de mesure. Chacun des capteurs moléculaires fabriqués par l'équipe fonctionne comme un nanomètre de force. Pour mesurer la molécule et déterminer la force, les chercheurs braquent un laser sur une molécule. Cette molécule renvoie la lumière dans une teinte différente, permettant à l'équipe de recherche de déterminer la quantité de force. Surtout, donc, la méthode ne consiste pas seulement en une nouvelle molécule ou un nouvel instrument, mais d'une combinaison des deux.

« Nous avions besoin d'une solide équipe interdisciplinaire pour cela, " dit Sprakel. " Cette percée a été réalisée par la combinaison unique de quatre jeunes chercheurs de mon équipe, chacun avec son domaine d'expertise. Cela signifiait que nous étions enfin en mesure de réaliser ce rêve longtemps chéri."