Cette conception d'artiste illustre l'utilisation d'un microscope à force atomique pour étudier les propriétés mécaniques des cellules, une innovation qui pourrait déboucher sur une nouvelle façon de diagnostiquer les maladies et d'étudier les processus biologiques. Ici, trois types de cellules sont étudiées à l'aide de l'instrument :un fibroblaste de rat est la cellule longue et élancée au centre, une bactérie E coli est en haut à droite et un globule rouge humain est en bas à gauche. Les portions colorées montrent l'intérêt de la nouvelle technique, représentant les propriétés mécaniques des cellules, tandis que les parties grises représentent ce qui était possible en utilisant une approche conventionnelle. Crédit :Image de l'Université Purdue/Alexander Cartagena
(PhysOrg.com) -- Les chercheurs progressent dans le développement d'un système qui mesure les propriétés mécaniques des cellules vivantes, une technologie qui pourrait être utilisée pour diagnostiquer les maladies humaines et mieux comprendre les processus biologiques.
L'équipe a utilisé un instrument appelé microscope à force atomique pour étudier trois types de cellules distinctement différents afin de démontrer les applications potentiellement larges de la méthode, dit Arvind Raman, un professeur de génie mécanique de l'Université Purdue.
Par exemple, la technique pourrait être utilisée pour étudier comment les cellules adhèrent aux tissus, ce qui est essentiel pour de nombreuses maladies et processus biologiques ; comment les cellules se déplacent et changent de forme ; comment les cellules cancéreuses évoluent pendant la métastase; et comment les cellules réagissent aux stimuli mécaniques nécessaires pour stimuler la production de protéines vitales. La technique pourrait être utilisée pour étudier les propriétés mécaniques des cellules sous l'influence d'antibiotiques et de médicaments qui suppriment le cancer afin d'en savoir plus sur les mécanismes impliqués.
Les résultats ont été publiés en ligne dans la revue Nature Nanotechnologie et paraîtra dans le numéro imprimé de décembre. Le travail implique des chercheurs de Purdue et de l'Université d'Oxford.
"Il y a eu une prise de conscience croissante du rôle de la mécanique dans la biologie cellulaire et en effet beaucoup d'efforts dans la construction de modèles pour expliquer comment les cellules se sentent, répondre et communiquer mécaniquement à la fois dans la santé et la maladie, " dit Sonia Contera, co-auteur et directeur du programme Oxford Martin sur la nanotechnologie et chercheur universitaire à la physique d'Oxford. "Avec ce papier, nous fournissons un outil pour commencer à répondre quantitativement à certaines de ces questions :c'est un grand pas."
Un microscope à force atomique utilise une minuscule sonde vibrante pour fournir des informations sur les matériaux et les surfaces à l'échelle du nanomètre, ou des milliardièmes de mètre. Parce que l'instrument permet aux scientifiques de « voir » des objets bien plus petits que possible à l'aide de microscopes optiques, il pourrait être idéal pour « cartographier » les propriétés mécaniques des plus petites structures cellulaires.
"Les cartes identifient les propriétés mécaniques des différentes parties d'une cellule, qu'ils soient souples, rigides ou spongieux, " dit Raman, qui travaille avec le doctorant Alexander Cartagena et d'autres chercheurs. "Le point clé est que maintenant nous pouvons le faire à haute résolution et à une vitesse plus élevée que les techniques conventionnelles."
La capacité à grande vitesse permet de surveiller les cellules vivantes et d'observer les processus biologiques en temps réel. Une telle technique offre l'espoir de développer un test "basé sur la mécanobiologie" pour compléter les tests biochimiques standard.
"Le microscope à force atomique est le seul outil qui vous permet de cartographier les propriétés mécaniques - prenez une photo, si vous voulez - des propriétés mécaniques d'une cellule vivante, " dit Raman.
Cependant, les techniques existantes pour cartographier ces propriétés à l'aide du microscope à force atomique sont soit trop lentes, soit n'ont pas une résolution suffisamment élevée.
"Cette innovation surmonte ces limitations, principalement grâce à des améliorations dans le traitement du signal, " dit Raman. " Vous n'avez pas besoin de nouvel équipement, c'est donc un moyen économique d'augmenter les pixels par minute et d'obtenir des informations quantitatives. Plus important encore, nous avons appliqué la technique à trois types de cellules très différentes :les bactéries, globules rouges humains et fibroblastes de rat. Cela démontre son utilité potentielle en médecine et en recherche. »
La technique est près de cinq fois plus rapide que les techniques de microscope à force atomique standard.
