Projet ANR-11-JSV5-0002 – BlebMechanics : Mécanique de la motilité cellulaire par bleb
Programme : JCJC - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (JCJC SVSE 5)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Timo Betz (INSTITUT CURIE)
Partenaires : Institut Curie
Montant : 300000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Mécanique de la motilité cellulaire par blebLes propriétés mécaniques des cellules cancéreuses sera étudiée en un milieux 3D. Ce travail est complété par les systèmes biomimétiques et des cellules cancéreuse qui forme des blebs, pour comprendre les interactions mécaniques du cancer et bleb cellulaires.
Comprendre et reconstituer les propriétés mécaniques des blebs cellulaires.La motilité cellulaire est au cœur de nombreux processus biologiques fondamentaux, allant du développement la réponse immunitaire au potentiel métastatique des cellules cancéreuses. La motilité cellulaire est divisée en deux types différents, la motilité mésenchymateuse (par glissement) et la motilité amiboïde (par bleb). La motilité mésenchymateuse a été étudiée en détails, par contre, la motilité par bleb est moi bien connue. La motilité par bleb se caractérise par un renflement de la membrane à croissance rapide, appelé bleb, probablement poussé par la pression hydrostatique. Ainsi, le bord de la cellule occupe une nouvelle zone, et par la suite, les forces de contraction poussent le volume des cellules entières dans ce nouveau compartiment. La motilité par bleb se trouve couramment dans les amibes, dans les leucocytes et dans de nombreuses cellules cancéreuses métastatiques. Malgré les progrès récents dans la compréhension de la motilité par bleb, la mesure directe et la modélisation quantitative approfondie des principes de la mécanique n’ont pas été développés. Nous proposons d'étudier les mécanismes de la motilité par bleb par la combinaison d’une approche biomimétique avec des études sur les cellules cancéreuses qui manifestent des blebs. L’approche est donc bottom-up (reconstitution) et top-down (les cellules vivantes). Nous allons étudier les caractéristiques mécaniques, utilisant des pinces optiques et micro-rhéologie active et passive, qui seront combinés avec la microscopie de force de traction et la microscopie de speckle en 3D. L'objectif du projet est d'identifier les processus physiques fondamentaux impliqués dans le cycle complet d'un bleb de cellules, qui comprend de la formation, la stabilisation et la rétraction du bleb. Cela permettra de définir un modèle quantitatif de la formation de blebs, qui sera appliqué à la motilité cellulaire par bleb, enfin d’expliquer les différences mécaniques entre les types de motilité différent.
La combinaison de la microscopie 3D avec les pinces optiques et la microdissectionGrace à une nouvelle technique optique qui étais développé dans notre équipe, nous pouvons effectuer les premier mesures direct du mécanique des blebs cellulaires. Nous utilisons les propriétés optiques spéciales de lumière laser pour détecter la position de la membrane de la cellule avec la précision d'une molécule et la résolution temporelle qui est 10 fois plus rapide qu'un clin d'œil. Les fluctuations permettent de déterminer directement la rigidité de la tension cellulaire.
Résumé de la soumission : La motilité cellulaire est au cœur de nombreux processus biologiques fondamentaux, allant du développement la réponse immunitaire au potentiel métastatique des cellules cancéreuses. La motilité cellulaire est divisée en deux types différents, la motilité mésenchymateuse (par glissement) et la motilité amiboïde (par bleb). La motilité mésenchymateuse a été étudiée en détails, par contre, la motilité par bleb est moi bien connue. La motilité par bleb se caractérise par un renflement de la membrane à croissance rapide, appelé bleb, probablement poussé par la pression hydrostatique. Ainsi, le bord de la cellule occupe une nouvelle zone, et par la suite, les forces de contraction poussent le volume des cellules entières dans ce nouveau compartiment. La motilité par bleb se trouve couramment dans les amibes, dans les leucocytes et dans de nombreuses cellules cancéreuses métastatiques. Malgré les progrès récents dans la compréhension de la motilité par bleb, la mesure directe et la modélisation quantitative approfondie des principes de la mécanique n’ont pas été développés. Nous proposons d'étudier les mécanismes de la motilité par bleb par la combinaison d’une approche biomimétique avec des études sur les cellules cancéreuses qui manifestent des blebs. L’approche est donc bottom-up (reconstitution) et top-down (les cellules vivantes). Nous allons étudier les caractéristiques mécaniques, utilisant des pinces optiques et micro-rhéologie active et passive, qui seront combinés avec la microscopie de force de traction et la microscopie de speckle en 3D. L'objectif du projet est d'identifier les processus physiques fondamentaux impliqués dans le cycle complet d'un bleb de cellules, qui comprend de la formation, la stabilisation et la rétraction du bleb. Cela permettra de définir un modèle quantitatif de la formation de blebs, qui sera appliqué à la motilité cellulaire par bleb, enfin d’expliquer les différences mécaniques entre les types de motilité différent.
Résultats : Dans les 6 premiers mois du projet, nous avons commencé à construire un nouveau dispositif expérimental qui va nous permettre de manipuler les cellules vivantes dans des environnements 3D en utilisant des faisceaux laser très ciblés, et même couper des structures dans les cellules en utilisant des lasers UV pulsés. 
Les premiers résultats expérimentaux montrent que la mesure de la fluctuation membranaire permet de déterminer directement les propriétés mécaniques du bord des cellules, telles que la tension. Il est important de comprendre comment les cellules cancéreuses peuvent se déplacer à travers un corps pour finalement former des métastases. Les forces et les mécanismes impliqués dans cette translocation ne sont pas très bien compris, et pourrait fournir un moyen de prévenir ou de réduire la formation de métastases.
Perspectives : Après avoir terminé la configuration, nous avons l'occasion unique de manipuler les cellules cancéreuses en 3D avec une précision encore inconnu. Ce sera couplé à la microscopie confocale 3D modernes et une système de détection de position pour mieux comprendre les forces, la dynamique et le mouvement des cellules cancéreuses en 3D. Alors que nous construisons cette nouvelle configuration, nous allons continuer à mesurer les propriétés mécaniques des cellules sur les montages expérimentaux actuels. On espère que ce travail permettra de comprendre comment la polymérisation dynamique du cytosquelette modifie les propriétés mécaniques du cortex cellulaire.
Publications et brevets : Les premiers résultats scientifiques de ce travail montrent que la tension de la membrane évolue au cours de la durée de vie d'une bleb cellulaire, et que le recrutement du cytosquelette d'actine augmente la rigidité des cellules. Ces premiers résultats sont actuellement combinés dans un article scientifique qui sera soumis avant la fin de l'année.