Les scientifiques développent la seule technique pour dresser la carte l'élasticité des composantes de cellules

Les scientifiques chez Université de Montréal ont développé une seule technique pour dresser la carte, sur une échelle des millisecondes, l'élasticité des composantes à l'intérieur d'une cellule.

Tremblement de cellules. En quelque sorte de la même voie que les sismologistes emploient les vibrations de la planète terre pour caractériser sa structure profonde, les scientifiques ont découvert une voie d'employer des vibrations dans des cellules pour recenser leurs propriétés mécaniques. Était ainsi né l'inducteur de la sismologie de cellules.

« Nous avons développé une seule technique pour tracer, sur une échelle des millisecondes, l'élasticité des composantes à l'intérieur d'une cellule, » a dit Guy Cloutier, un chercheur à l'université du centre de recherches d'hôpital de Montréal (CRCHUM) et le professeur chez Université de Montréal. « Ceci ouvrent un domaine de la recherche neuf entier dans le mechanobiology pour étudier la dynamique des déplacements à l'intérieur des cellules et pour comprendre le choc de ces forces sur les maladies et des demandes de règlement. »

La technologie, « elastography de tremblement de cellules » appelé, est présentée dans aujourd'hui publié d'article dans les démarches de l'académie nationale des sciences (PNAS).

L'élasticité est une propriété principale des cellules, liée à l'anatomie, au fonctionnement et à la condition pathologique des cellules et des tissus. Une tumeur cancéreuse devient rigide. L'athérosclérose et les anévrismes vasculaires commencent par une perte d'élasticité dans les cellules et les artères. Les cellules endothéliales relâchent les émetteurs qui entraînent la vasoconstriction ou la vasodilatation des vaisseaux sanguins, selon les conditions mécaniques de cisaillement liés au flux et à la géométrie de récipient.

« Jusqu'ici, il a été difficile de mesurer les modifications mécaniques qui se produisent continuement en cellules, » a expliqué Pol Grasland-Mongrain, un stagiaire post-doctoral en laboratoire de Guy Cloutier et l'auteur principal de l'étude. « Avec des techniques actuelles, basées sur la déformation de cellules, microscopie atomique de force et Brillouin dispersant, il peut prendre plusieurs douzaine mn à l'élasticité de mesure. Pour certaines applications, c'est beaucoup trop lent parce que les milliers d'événements peuvent se produire dans une cellule, telle que des transferts d'ion, des stimulations de neurone et la mort cellulaire. Il serait plus facile suivre ces phénomènes si nous pouvions mesurer les propriétés mécaniques des cellules très rapidement. »

Avec le matériel simple se composant d'un microscope normal, des micropipettes et d'une caméra à grande vitesse, les chercheurs ont développé une méthode révolutionnaire d'observer, en temps réel, les déplacements et des forces actuels dans des oocytes de souris. Selon Greg FitzHarris, un chercheur au CRCHUM, professeur d'Université de Montréal et un des collaborateurs du projet, « avec cette technique d'imagerie cellulaire neuve, nous pourrons vérifier les mécanismes neufs impliqués dans la division cellulaire pendant la formation d'embryon ».

« Au début, nous n'avons eu aucune idée du niveau de la résolution spatiale lequel nous pourrions espérer, qui est ce qui nous a donné l'idée d'employer des oocytes de souris, » Guy Cloutier ajouté. « Ces cellules sont grandes - environ 80 microns de diamètre - et sont pour cette raison plus faciles à voir avec notre technique neuve de microelastography. Dans nos expériences, nous pouvions observer des vibrations mécaniques dans la cellule durant moins qu'un millième d'une seconde, grâce à l'appareil-photo utilisé, qui peut capter 200.000 images par seconde. » Par la comparaison, un film a habituellement seulement 25 images par seconde.  

Les images étant saisi, ces vibrations peuvent être mesurées utilisant des algorithmes de déplacement-rail. Mais comment un plan d'élasticité intracellulaire peut-il être reconstruit de ces vibrations ? La réponse : À l'aide d'une technique de corrélation de bruit, une approche s'est développée par des sismologistes quand elles mesurent les vibrations produites par des séismes pour déterminer la composition des roches souterraines.

« Nous avions l'habitude ce même principe pour explorer la structure interne de la cellule d'un point de vue mécanique, appliquant l'elastography d'onde de cisaillement à l'écaille de micromètre, » a dit Stefan Catheline, un physicien chez l'Institut de la santé national et le médicale recherche de La de De (INSERM) et le chercheur à l'université de Lyon en France. « Une onde est envoyée dans la cellule à une vitesse proportionnelle à l'élasticité des composantes qu'elle contacte, comme le cytoplasme, le noyau ou les autres composantes de cellules. L'élasticité est mesurée en évaluant la vitesse des vibrations dans le temps et l'espace. »

Pol Grasland-Mongrain a expliqué le procédé qu'il est intervenu pour effectuer ses observations : « Utilisant un dispositif d'entraînement piézoélectrique de micropipette, nous vibrations à haute fréquence induites (15.000 cycles par seconde) dans les oocytes sous tension de souris. Les images étant saisi par l'appareil-photo, nous avons mesuré les vibrations à l'intérieur de la cellule, utilisant un algorithme optique de flux développé au commencement pour des applications d'ultrason. Ensuite, l'algorithme de corrélation de bruit nous a permis de tracer l'élasticité de la cellule entière. Ainsi, dans cette étude, nous pouvions montrer, notamment, qu'une réduction significative dans l'élasticité d'oocyte de souris s'est produite quand les oocytes ont traité avec la cytochalasine, une substance connue pour perturber leur cytosquelette. »

Cette technologie novatrice de mappage d'élasticité de cellules ouvre la trappe à beaucoup d'applications pratiques en biologie et médicament, si pour le cancer, l'infection agent-induite, le marquage ou le bureau d'études de tissu. « Maintenant que nous avons montré la faisabilité de la technologie, nous pouvons régler avec précision la méthode et développer des collaborations avec des experts en matière de cellulaire et biologie moléculaire, physiologie et mechanobiology pour explorer le potentiel incroyable de ce domaine de la recherche, » Guy Cloutier a conclu.

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