Nano- and micro-pilliers pour le contrôle et la régulation de la migration et la différentiation cellulaire – Pillarcell

Les formes adoptées par les cellules eucaryotes, et de façon ultime par les organismes qu’elles composent, sont notamment gouvernées par des processus de mécano-transduction et -sensation. Les cellules répondent aux propriétés physiques de leur environnement de manière appropriée pour assurer leurs fonctions. Les propriétés mécaniques de l’environnement cellulaire comprenant des échelles de taille allant du nanomètre à la centaine de micromètres modifient les contraintes exercées sur les cellules et constituent des paramètres physiques fondamentaux pour comprendre les mécanismes qui gouvernent la migration des cellules sur leur micro-environnement ainsi que leur devenir. En particulier, des études récentes ont montré que l'adhésion, la migration et la différentiation cellulaires pouvaient être gouvernées par la rigidité du substrat. L’objectif de ce projet à l’interface de la physique et de la biologie est de développer des substrats de rigidité variable à l'aide de techniques innovantes issues de la nano- et micro-fabrication pour étudier la réponse cellulaire (migration et différentiation) à des variations de l’environnement. En effet, les substrats classiques de culture cellulaire en verre ou en plastique présentent des propriétés mécaniques et géométriques très éloignées de l'environnement naturel des cellules. Nous chercherons donc à développer des substrats composés de micro-piliers déformables de tailles variables (hauteur et diamètre), permettant aussi de faire des gradients de rigidité, afin de pouvoir faire modifier sur une large gamme les propriétés mécaniques du support de la culture cellulaire. Nous étudierons ainsi la réponse cellulaire à la rigidité et chercherons à déterminer s'il existe des conditions optimales pour la migration et la différentiation cellulaires. Enfin, nous chercherons à développer cette technologie pour obtenir des substrats présentant toute la gamme de rigidités pour faire des tests cellulaires à haut débit, tester l'effet de drogues sur les cellules cultivées dans des environnements mécaniques proches de ceux rencontrés in vivo. Cette technologie sera couplée à des dispositifs microfluidiques. Cette recherche sera menée par un consortium multidisciplinaire composé par trois équipes de recherche académiques (l'une de l'ENS spécialisée dans les nanofabrications pour la biologie cellulaire, l'une de l'Université Paris-Diderot (Institut Jacques Monod) spécialisée en biophysique et adhésion cellulaire, l'autre de l'Institut Curie spécialisée dans la polarité cellulaire et la migration et enfin une start-up (Elvesys) spécialisée en microfluidique. À la lumière de ces études, nous devrions ainsi être en mesure non seulement de proposer des modèles biomécaniques qui régulent ces fonctions cellulaires mais aussi de fabriquer des supports pour effectuer des tests cellulaires sur l'adhésion, la prolifération, la différentiation, l'apoptose etc à grande échelle. Cette technologie pourra ainsi aisément passer de l'état de prototype à la production industrielle. Elle devrait remplacer certaines techniques classiques de culture cellulaire et pourra être utilisée dans un grand nombre d'applications cliniques incluant l'ingénierie tissulaire, tests de prolifération, différentiation etc.