Des chercheurs de l'Université Washington à St. Louis étudient les cils depuis des années pour déterminer comment leur dysfonctionnement conduit à l'infertilité et à d'autres affections associées aux maladies liées aux cils. Maintenant, ils pourront réaliser ces études plus rapidement grâce à une nouvelle méthode qui utilise des ondes sonores pour piéger momentanément les cellules propulsées par les cils, puis les relâche pour mesurer leur mouvement alors qu'ils s'éloignent.

Une équipe interdisciplinaire dirigée par J. Mark Meacham, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux à la McKelvey School of Engineering, et les étudiants de son laboratoire ont utilisé une approche microfluidique acoustique qui utilise des ondes stationnaires ultrasonores dans une petite chambre remplie de liquide pour collecter des groupes de cellules d'algues vertes unicellulaires Chlamydomonas reinhardtii, un organisme modèle pour l'étude des cils humains. Le piège dit acoustique profite des propriétés matérielles des corps cellulaires pour les maintenir en place sans les endommager. En collectant d'abord les cellules, l'équipe peut analyser efficacement des centaines de cellules en quelques minutes. Les résultats ont été publiés et présentés sur la couverture arrière intérieure de la revue Matière molle le 12 juin 2019, édition imprimée.

"Pensez-y comme une minuscule cage faite par le champ d'ultrasons, " dit Meacham. " Les cellules essaient de trouver un moyen de s'échapper mais sont repoussées par les vagues qui composent les parois de la cage. Lorsque les murs sont enlevés, ils sont libres de courir.

Les cils sont de minuscules structures ressemblant à des cheveux dans les cellules qui tapissent nos poumons, nez, le cerveau et les systèmes reproducteurs. Ils sont conçus pour balayer les fluides et les microbes pour garder les gens en bonne santé. Lorsqu'ils fonctionnent mal, infertilité, infections chroniques de l'oreille moyenne, l'eau sur le cerveau et d'autres conditions peuvent se développer.

Susan Dutcher, professeur de génétique et de biologie cellulaire et physiologie à la Faculté de médecine et co-auteur de l'article, fonctionne avec C. reinhardtii et des centaines de ses variantes génétiques, ou des mutants, pour étudier le comportement et le dysfonctionnement ciliaires. Analyser autant de variantes avec les méthodes actuelles, qui tracent manuellement des cellules individuelles, prendrait beaucoup de temps, dit Meacham.

"Il est utile pour le Dr Dutcher de classer rapidement ses cellules en fonction de l'efficacité de la nage et de choisir celles qui présentent le plus d'intérêt pour les plus laborieuses et fastidieuses, analyse détaillée, " a déclaré Meacham. " C'est ce que ce type de méthode basée sur la population aide vraiment, nous permettant d'analyser un grand nombre de mutants donnés en peu de temps."

Pour ce travail, l'équipe a utilisé trois variantes génétiques de cellules de C. reinhardtii du laboratoire de Dutcher comme modèles.

Meacham et un doctorant, Minji Kim, premier auteur sur le papier, développé la puce microfluidique, qui est assez petit pour que deux d'entre eux tiennent sur une lame de verre de 1 par 3 pouces. Les cellules entraient et sortaient par des canaux d'entrée et de sortie reliés à une chambre circulaire au centre de l'appareil, qui ressemble à un grand ouvrez le stylo de maintien pour les cellules, avant que l'échographie ne soit activée. Kim et Meacham ont inséré du liquide contenant les cellules dans l'appareil, puis activé les ultrasons via un transducteur piézoélectrique. Les ondes ultrasonores se réfléchissent sur les parois de la chambre pour créer des puits de pression dans la chambre circulaire, qui emprisonnent les cellules dans un groupe au centre de la chambre.

Après imagerie des cellules, les chercheurs éteignent les ultrasons, ouvrant efficacement la porte de la cage et permettant aux cellules de nager.

"Ce piège acoustique nous permet de faire ce type d'analyse intéressant que nous ne pourrions pas faire autrement, " dit Meacham. " Nous pouvons piéger et relâcher une population de cellules, l'analyser, charger la prochaine population, piéger, Libération, analyser, et chargez le suivant en quelques dizaines de secondes à une minute par échantillon pour obtenir une mesure graduée de la capacité de nage pour les différents types de cellules. »

L'analyse des cellules d'étalement est facilement automatisée car la nage part d'un seul endroit, dit Meacham. Les cellules apparaissent sous forme de pixels noirs dans les images successives des cellules libérées. Le changement de forme des cellules est alors lié à la vitesse de nage.

"On les observe nager pendant une à trois secondes, puis une fois que nous avons ces images, le processus de leur analyse est automatisé, ", a déclaré Kim. "Nous pouvons obtenir la mesure de la motilité d'environ 50 cellules de manière automatisée beaucoup plus rapidement qu'en ayant à suivre des cellules individuelles."

Finalement, l'équipe cherche à fournir aux chercheurs un outil qui catégorise les cellules en fonction de leur capacité de mouvement, que ce soit pour cataloguer des mutants de C. reinhardtii ou pour évaluer la motilité des spermatozoïdes, dit Meacham.