Une équipe de recherche développant un nano

21 août 2023

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faits vérifiés

publication évaluée par des pairs

relire

par l'Université de Tampere

Dans de nombreux cas, les cellules sont très actives dans leur mouvement et servent de générateurs d’énergie. La capacité des cellules à produire des forces physiques est l’une des fonctions fondamentales de l’organisme. Lors de la course par exemple, les forces générées dans les cellules provoquent la contraction des muscles et le travail de la respiration. Il a été possible de mesurer même les forces subies par des protéines individuelles grâce à des capteurs de force développés dans le passé, mais auparavant, les forces intracellulaires et les contraintes mécaniques n'auraient pas pu être mesurées.

En collaboration avec les scientifiques de l'Ohio State University OSU, des chercheurs en biologie cellulaire de l'Université de Tampere ont développé un capteur de force qui peut être fixé sur le côté d'une protéine à réponse mécanique, lui permettant de détecter les forces et les contraintes exercées sur la protéine dans la cellule.

Le développement du capteur de taille micro a commencé lors d'une conférence en décembre 2019.

"La partie de détection de puissance est comme un élastique qui change de couleur lorsqu'elle est étirée. Cette partie est attachée aux anticorps aux deux extrémités de l'élastique, qui se lient à la protéine cellulaire cible étudiée. La force ou l'allongement de la protéine étudiée peut ensuite être détecté au microscope en suivant l'allongement de l'élastique, c'est-à-dire la couleur qu'il produit", explique Teemu Ihalainen, chercheur principal à BioMediTech à l'Université de Tampere.

Selon Ihalainen, le capteur de force, qui mesure seulement une vingtaine de nanomètres, peut être facilement généralisé à un large éventail de recherches en biologie cellulaire et à diverses protéines cibles. À l'aide du biocapteur protéique, les forces peuvent être mesurées, par exemple, dans la membrane nucléaire, entre différentes protéines ou, de manière générale, dans le cytosquelette de la cellule. Il permet pour la première fois de transformer la mécanique de la cellule sous une forme visible.

Cette technologie suscite déjà un grand intérêt dans divers laboratoires au Japon, en Inde, en Norvège et aux États-Unis.

Les cellules sont soumises à des forces en permanence, tant dans le cadre de fonctions corporelles normales que de maladies.

Par exemple, lorsqu’une cellule cancéreuse grandit et se déplace, elle est soumise à des forces mécaniques. À mesure que le cancer se propage, par exemple lorsqu'il pénètre dans les vaisseaux sanguins ou lymphatiques, la cellule cancéreuse doit se faufiler à travers des interstices étroits de son microenvironnement. Ainsi, les cellules cancéreuses sont soumises à de puissantes forces de compression et d’étirement qui peuvent détruire certaines cellules. Les dommages au noyau peuvent altérer la structure de son génome, ce qui dans certaines situations peut même être bénéfique pour le développement d’un cancer.

"Grâce aux capteurs, la mécanique du cancer et les processus associés peuvent être surveillés sous un angle complètement nouveau", mentionne Ihalainen.

L'étude a été publiée dans Nature Communications.

Une autre étude récente a affiné la microscopie à expansion en combinant l’expertise en biologie cellulaire et en traitement du signal. Outre les chercheurs en biologie cellulaire, des spécialistes en imagerie de la Faculté d'ingénierie et des sciences naturelles de l'Université de Tampere et des virologues de l'Université de Jyväskylä ont participé à l'étude.

La résolution de la microscopie optique est limitée puisque les détails des petites structures de l’échantillon sont flous en raison des interactions lentille-lumière. Cependant, différentes techniques de microscopie à super-résolution permettent de séparer de très petits détails. L'une de ces techniques est ce qu'on appelle la microscopie à expansion, dont le principe est d'agrandir physiquement un sujet, par exemple une cellule, et ainsi d'observer les petites choses qui s'y trouvent. En pratique, l’échantillon est coulé dans un gel mou, qui peut être multiplié par quatre ou plus, et agrandit également tous les détails de l’échantillon.