Microscopie de forces de traction à haute résolution – Hi-Trac

Le projet couple le développement de substrats innovants pour la mesure de forces de traction avec des techniques optiques pertinentes, afin de dépasser les limites de résolution actuelles, à la fois spatiales et en amplitude.

Dans un premier temps, un travail important a été mené pour déterminer les paramètres déteminants à considérer pour le design des substrats (rigidité, nature chimique) à partir d'expériences de colonisation des surfaces. Une fois ce cahier des charge établi, l'équipe explore maintenant leur réalisation.

La prodution de substrats permettant de quantifier des forces exercées par des cellules devrait trouver un large champ d'applications en microbiologie, et plus largement en biologie cellulaire, où l'environnement mécanique est connu pour influer fortement sur la réponse cellulaire via des mécanismes de mécanotransduction.

2 publications sont en cours de rédaction, et seront prochainement disponibles sur BioArxiv.

Les interactions mécaniques des cellules avec leur milieu environnant jouent un rôle critique en biologie cellulaire : parce qu'elles y appliquent des forces, les cellules sont en effet sensibles aux propriétés mécaniques de leur microenvironnement et intègrent ces informations dans leur réponse biologique. La mesure de forces cellulaires est donc un sujet d'intérêt croissant pour appréhender les interactions cellule-substrat. La microscopie de forces de traction (TFM) est une technique de choix pour appréhender ces phénomènes, qui repose sur la mesure optique des déformations d'un substrat élastique dont les propriétés mécaniques sont connues, et sur lequel les cellules adhèrent. Cependant, cette technique manque encore de précision et de sensibilité pour étudier finement l'adhésion de cellules eukaryotes (à des échelles inférieures à la taille des structures adhésives par exemple) et surtout de bactéries, de petites tailles et exerçant des forces d'amplitude moindre. De plus, les difficultés techniques d'utilisation restreignent son usage dans les laboratoires de biologie cellulaire.
Dans ce contexte, nous proposons la mise en place de deux méthodes robustes et simples de TFM haute résolution. Elles se fondent sur le développement de deux types de substrats innovants, créés en combinant chimie des polymères et patterning optique. Associés à des techniques bien établies d'imagerie classiques ou superrésolues, ils augmenteront fortement la sensibilité et la résolution spatiale (200-500nm) de la mesure de force, tout en simplifiant le calcul des forces à partir du champ de déplacement mesuré. Après optimisation des substrats et calibration de la résolution obtenue en TFM, nous démontrerons leur utilisation sur l'exemple de bactéries individuelles. De tels substrats pourront permettre des avancées majeures dans la compréhension de la mécanosensation cellulaire; ils se prêtent également idéalement à un développement produit et nous prévoyons au cours du projet une stratégie de valorisation adaptée (brevets et transfert de technologie).