Les chercheurs de l'ETH ont développé une nouvelle méthode dans laquelle ils utilisent la lumière pour dessiner des motifs de molécules qui guident les cellules vivantes. L'approche permet d'examiner de plus près le développement d'organismes multicellulaires et pourrait même à l'avenir jouer un rôle dans de nouvelles thérapies.

Des organismes très complexes peuvent provenir d'une seule cellule, qui est l'un des vrais miracles de la nature. Les substances connues sous le nom de morphogènes ont un rôle important dans ce développement, à savoir en signalant aux cellules où ils doivent aller et ce qu'ils doivent faire. Ces molécules signal guident des processus biologiques tels que la formation d'axes corporels ou le câblage du cerveau. Pour étudier de tels processus plus en détail, les chercheurs doivent être capables de positionner les molécules signal parmi les cellules vivantes dans un espace tridimensionnel. Cela a été rendu possible grâce à une nouvelle méthode développée par Nicolas Broguiere et ses collègues du groupe de recherche dirigé par Marcy Zenobi-Wong. Leurs travaux sont publiés aujourd'hui dans la revue Matériaux avancés .

Dessiner avec la lumière

« Notre approche permet de distribuer des molécules bioactives dans un hydrogel avec une grande précision, " dit Zenobi-Wong, Professeur d'ingénierie tissulaire et de biofabrication au Département des sciences et technologies de la santé de l'ETH Zürich. Lorsque des cellules vivantes sont encapsulées dans l'hydrogel, ils peuvent détecter ces signaux biochimiques. Un de ces signaux, facteur de croissance nerveuse, détermine la direction dans laquelle les fibres nerveuses se développent. Dans une méthode appelée motif à deux photons, les chercheurs ont utilisé un laser pour dessiner un motif 3-D de cette molécule dans l'hydrogel.

« Partout où la lumière est focalisée dans la matière, il déclenche une réaction chimique qui ancre le facteur de croissance nerveuse à l'hydrogel, " explique Broguiere. " Nous avons soigneusement optimisé la conception de l'hydrogel photosensible afin que les molécules de signal ne se fixent que dans les zones exposées au laser - et nulle part ailleurs. " Leur nouvelle approche peut créer des " peintures " de morphogènes avec des détails mille fois plus petits d'un millimètre, soit la taille d'une seule fibre nerveuse. Les chercheurs ont ensuite pu observer au microscope comment les neurones suivent le schéma tracé. " Avec cette nouvelle méthode, nous pouvons maintenant guider efficacement les neurones en 3-D, en utilisant leur propre langage biochimique, " dit Broguière.

Quand les fibres nerveuses se déchirent

De nombreux biologistes rêvent depuis longtemps d'ordonner aux cellules de se développer dans une direction particulière. La nouvelle approche développée par le groupe de recherche de l'ETH les rapproche un peu plus de la réalisation de ce rêve. Zenobi-Wong et Broguiere pensent que leur innovation offre également des avantages potentiels pour la médecine, par exemple, si un nerf est sectionné lors d'un accident, la reconnexion se fait au hasard et la pleine fonction n'est pas restaurée. "Je ne veux pas donner l'impression que nous sommes prêts à commencer à traiter les patients avec cette méthode, " Zenobi-Wong dit, "mais à l'avenir, une version affinée de notre approche pourrait aider à montrer aux neurones le bon chemin directement dans le corps, améliorant ainsi la récupération des lésions neuronales."