Les mesures des propriétés biomécaniques à l'intérieur des cellules vivantes nécessitent des méthodes peu invasives. Les pincettes optiques sont particulièrement attrayantes comme outil. Ils utilisent la quantité de mouvement de la lumière pour piéger et manipuler des particules à l'échelle micro ou nanométrique. Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Cornelia Denz de l'Université de Münster (Allemagne) a maintenant développé une méthode simplifiée pour effectuer l'étalonnage nécessaire des pincettes optiques dans le système à l'étude. Des scientifiques de l'Université de Pavie en Italie ont également été impliqués. Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Rapports scientifiques .

L'étalonnage garantit que les mesures de différents échantillons et avec différents appareils sont comparables. L'une des techniques les plus prometteuses pour l'étalonnage des pincettes optiques dans un milieu viscoélastique est l'étalonnage dit actif-passif. Il s'agit de déterminer la déformabilité de l'échantillon étudié et la force de la pince optique. L'équipe de recherche a maintenant encore amélioré cette méthode afin que le temps de mesure soit réduit à quelques secondes seulement. La méthode optimisée offre ainsi la possibilité de caractériser les processus dynamiques des cellules vivantes. Ceux-ci ne peuvent pas être étudiés avec des mesures plus longues car les cellules se réorganisent pendant la mesure et changent leurs propriétés. En outre, le raccourcissement du temps de mesure contribue également à réduire le risque d'endommagement des échantillons biologiques en raison de l'échauffement induit par la lumière.

En termes simplifiés, la procédure sous-jacente pour effectuer l'étalonnage fonctionne comme suit :les particules de taille micro ou nanométrique sont incorporées dans un échantillon viscoélastique maintenu sur la platine d'un microscope. Des déplacements rapides et précis à l'échelle nanométrique de la platine de l'échantillon provoquent l'oscillation de la particule piégée optiquement. En mesurant la lumière laser réfractée, les changements de position de l'échantillon peuvent être enregistrés, et de cette façon, des conclusions peuvent être tirées sur ses propriétés, comme la rigidité. Cela se fait généralement de manière séquentielle à différentes fréquences d'oscillation. L'équipe dirigée par Cornelia Denz et Randhir Kumar, doctorant dans le groupe de recherche de Münster, maintenant effectué la mesure à plusieurs fréquences simultanément pour une large gamme de fréquences. Cette méthode multifréquence conduit à un temps de mesure raccourci de quelques secondes. Les scientifiques ont utilisé des solutions de méthylcellulose dans l'eau à différentes concentrations comme échantillons. Ceux-ci ont une viscoélasticité similaire aux cellules vivantes.

Propriétés biomécaniques telles que la rigidité, la viscosité et la viscoélasticité des cellules et tissus vivants jouent un rôle crucial dans de nombreuses fonctions cellulaires vitales telles que la division cellulaire, migration cellulaire, différenciation cellulaire et structuration des tissus. Ces propriétés des cellules vivantes pourraient également servir d'indicateurs de la progression de la maladie. Par exemple, l'apparition et le développement du cancer s'accompagnent généralement de modifications de la rigidité cellulaire, viscosité, et la viscoélasticité.