A l'intérieur de ton corps, le mouvement cellulaire joue un rôle crucial dans de nombreux processus biologiques importants, y compris la cicatrisation des plaies, les réponses immunitaires et la propagation potentielle du cancer.

"La plupart des gens ne meurent pas d'une tumeur primitive, " a déclaré Kolade Adebowale, un étudiant diplômé en génie chimique, et membre du programme d'études supérieures Chemical Biology Interface (CBI) en chimie, Ingénierie et médecine pour la santé humaine (ChEM-H) à l'Université de Stanford. "Le problème est lorsque les cellules cancéreuses de la tumeur acquièrent la capacité de métastaser ou de se déplacer vers différentes parties du corps."

Pour tenter de faire avancer les études sur la migration cellulaire, Adebowale et ses collègues du laboratoire d'Ovijit Chaudhuri, professeur agrégé de génie mécanique à Stanford, ont travaillé pour développer et tester de nouveaux types de matériaux qui imitent étroitement le vrai tissu qui entoure les cellules. De nouvelles découvertes construites sur ce travail, publié le 19 avril dans Matériaux naturels , renverser la vision "classique" de la migration cellulaire et apporter une meilleure compréhension de l'impact des propriétés élastiques et visqueuses d'un matériau sur les cellules.

"Nous avons constaté que cela fait une grande différence si les cellules cancéreuses sont sur un plastique très rigide ou si elles sont sur un matériau souple et viscoélastique, comme un Jell-O, " dit Adebowale, qui est l'auteur principal de l'article. "Cela s'ajoute à de nombreuses preuves récentes que le comportement du cancer ne concerne pas seulement les cellules cancéreuses, mais aussi l'environnement avec lequel les cellules cancéreuses interagissent."

Comme du mastic idiot

La migration cellulaire est traditionnellement étudiée sur un disque dur, morceau de polymère transparent appelé "plastique de culture tissulaire" ou hydrogels élastiques, comme les lentilles de contact souples. Sur la base de ces études, la croyance actuelle est que les cellules ne peuvent pas migrer sur des hydrogels trop mous. Cependant, les chercheurs visent à imiter les tissus biologiques réels sur lesquels migrent les cellules, qui sont mous et non purement élastiques, comme un élastique, mais viscoélastique.

« Ce sont des matériaux solides, mais ils ont aussi des caractéristiques visqueuses et liquides qui leur permettent de s'écouler sur des échelles de temps plus longues, " a déclaré Adebowale.

Des exemples de matériaux viscoélastiques comme ceux créés pour la recherche comprennent la pâte à pain, mozzarella et mastic idiot, selon Chaudhuri. Ces matériaux résistent initialement à la déformation, comme une matière élastique, mais relâchez visqueusement cette résistance au fil du temps.

Lorsque les chercheurs ont étudié le mouvement des cellules cancéreuses sur leur substrat plus proche du tissu, les résultats contredisaient les attentes existantes.

"Nous avons constaté que lorsque le substrat est viscoélastique, les cellules peuvent migrer de manière assez robuste, même s'il est doux, " dit Chaudhuri, qui est l'auteur principal de l'article.

Non seulement l'étude a révélé que les cellules peuvent migrer sur des surfaces molles, substrats viscoélastiques, les chercheurs ont également découvert que le mouvement migratoire est unique. Sur un raide, Surface 2D comme le plastique de culture tissulaire, les cellules adhèrent à la surface et forment une saillie en forme d'éventail. Cette saillie, appelé lamellipodium, entraîne un mouvement vers l'avant en étendant le bord d'attaque vers l'avant et en poussant hors de la surface. Sur les matériaux viscoélastiques créés par l'équipe, les cellules ne se sont pas étendues si largement. Au lieu, ils ont utilisé mince, des saillies en forme de pointes appelées filopodes pour piloter leur mouvement. Plus loin, leurs expériences ont montré que les cellules utilisent ce qu'on appelle un "embrayage moléculaire" pour migrer sur les substrats.

"Imaginez que vous vous déplacez sur la glace. Si vous n'avez pas assez d'adhérence à la glace, et essaie de courir, tu n'iras nulle part, " a déclaré Chaudhuri. " Vous avez vraiment besoin d'une forte adhérence pour pousser et avancer. C'est ce que fait l'embrayage moléculaire pour les cellules."

Les cellules migrant de manière robuste sur du plastique de culture tissulaire rigide forment de fortes adhérences au substrat. Les auteurs ont observé que les cellules sur des surfaces molles, les substrats viscoélastiques sont également capables de migrer de manière robuste mais, surtout, ces cellules sont capables de le faire avec moins, adhérences faibles - comme les cellules se déplacent sur la pointe des pieds, pas tout leur pied.

"Je pense que ce qui était le plus surprenant, c'est que la propriété du matériau - la viscoélasticité - peut avoir un impact si dramatique sur la capacité des cellules à migrer, " dit Adebowale.

Viscoélasticité et culture cellulaire

Le fait que le mode de migration cellulaire observé par les chercheurs ne soit pas observé sur des substrats durs ou uniquement élastiques montre à quel point la viscoélasticité est essentielle au comportement des cellules et donc importante à reproduire dans de futures études.

« Cela remet en question la vision des manuels sur la façon dont nous comprenons la migration cellulaire, " a déclaré Chaudhuri. " Les cellules migrent différemment sur le tissu viscoélastique que sur le verre, boîtes de Pétri en plastique ou gels élastiques. Donc, si nous voulons étudier la migration cellulaire, nous devons utiliser des substrats viscoélastiques."

Alors que l'étude portait sur la migration unicellulaire, les cellules cancéreuses migrent en groupe dans le corps et diverses étapes de développement impliquent le mouvement collectif des cellules. Prochain, les chercheurs espèrent répondre à la question de savoir comment la viscoélasticité affecte la migration cellulaire collective.