Des biophysiciens de l'Université d'Utrecht ont développé une stratégie pour utiliser des nanocristaux électroluminescents comme marqueur dans les cellules vivantes. En enregistrant les mouvements de ces points quantiques, ils peuvent clarifier la structure et la dynamique du cytosquelette. Leurs conclusions ont été publiées aujourd'hui dans Communication Nature .

Les points quantiques utilisés par les chercheurs sont des particules de matériau semi-conducteur de quelques nanomètres de large, et font l'objet d'un grand intérêt en raison de leur potentiel d'utilisation dans des cellules photovoltaïques ou des ordinateurs. "Ce qui est génial avec ces particules, c'est qu'elles absorbent la lumière et l'émettent dans une couleur différente, " explique le responsable de la recherche Lukas Kapitein. " Nous utilisons cette caractéristique pour suivre leurs mouvements à travers la cellule avec un microscope. "

Mais pour ce faire, les points quantiques devaient être insérés dans la cellule. La plupart des techniques actuelles donnent des points qui se trouvent à l'intérieur de vésicules microscopiques entourées d'une membrane, mais cela les empêche de se déplacer librement. Cependant, les chercheurs ont réussi à introduire directement les particules dans les cellules en culture en appliquant un champ électromagnétique puissant qui a créé des ouvertures transitoires dans la membrane cellulaire. Dans leur article, ils décrivent comment ce processus d'électroporation leur a permis d'insérer les points quantiques à l'intérieur de la cellule.

Extrêmement lumineux

Une fois inséré, les points quantiques commencent à se déplacer sous l'influence de la diffusion. Kapitein :« Depuis Einstein, nous savons que le mouvement des particules visibles peut renseigner sur les caractéristiques de la solution dans laquelle elles se déplacent. Des recherches antérieures ont montré que les particules se déplacent assez lentement à l'intérieur de la cellule, ce qui indique que le cytoplasme est un fluide visqueux. Mais parce que nos particules sont extrêmement brillantes, on pourrait les filmer à grande vitesse, et nous avons observé que de nombreuses particules effectuent également des mouvements beaucoup plus rapides qui étaient jusqu'alors invisibles. Nous avons enregistré les mouvements à 400 images par minute, plus de 10 fois plus rapide que la vidéo normale. A cette vitesse de mesure, nous avons observé que certains points quantiques se déplacent en fait très lentement, mais d'autres peuvent être très rapides."

Kapitein s'intéresse particulièrement à la distribution spatiale entre les boîtes quantiques lentes et rapides :aux bords de la cellule, le fluide semble être très visqueux, mais plus profondément dans la cellule, il a observé des particules beaucoup plus rapides. Kapitein :« Nous avons montré que le mouvement lent se produit parce que les particules sont prises dans un réseau dynamique de tubules protéiques appelés filaments d'actine, qui sont plus fréquents près de la membrane cellulaire. Les particules doivent donc se déplacer à travers les trous de ce réseau."

Protéines motrices

En plus d'étudier ce processus de transport passif, les chercheurs ont développé une technique pour déplacer activement les points quantiques en les liant à une variété de protéines motrices spécifiques. Ces protéines motrices se déplacent le long des microtubules, les autres filaments du cytosquelette, et sont responsables du transport à l'intérieur de la cellule. Cela leur a permis d'étudier comment ce transport est influencé par la disposition dense du réseau d'actine près de la membrane cellulaire. Ils ont observé que cela diffère pour différents types de protéines motrices, car ils se déplacent le long de différents types de microtubules. Kapitein :« Les transports actif et passif sont tous deux très importants pour le fonctionnement de la cellule, ainsi plusieurs modèles de physique différents ont été proposés pour le transport à l'intérieur de la cellule. Nos résultats montrent que de tels modèles physiques doivent également prendre en compte les variations spatiales de la composition cellulaire."