Nos cellules sont constamment poussées, étirées et comprimées sans que nous en ayons conscience: un jeu de forces invisibles qui influence leur comportement. Une étude publiée dans la revue
Lab on a Chip propose une méthode précise et contrôlable pour reproduire ce comportement en laboratoire.
Dans notre corps, les cellules ne vivent pas isolées. Elles sont entourées d'un environnement appelé matrice extracellulaire, une sorte de filet composé de protéines et de sucres. Cette structure soutient les cellules et leur transmet aussi des contraintes mécaniques. Ces forces influencent des fonctions essentielles comme la croissance, la cicatrisation ou encore l'apparition de certaines maladies.
Microstructures d'hydrogel sensibles à la lumière intégrées dans un réseau de collagène. La microstructure au premier plan est éclairée par un laser vert, ce qui la fait se contracter. Cette contraction remodèle le réseau de collagène et exerce des forces sur les cellules environnantes.
Crédit: Vicente Salas-Quiroz Pour étudier ces phénomènes, des chercheurs ont conçu de minuscules structures en hydrogel. Ces matériaux particuliers ressemblent à des gels capables de changer de forme lorsqu'ils reçoivent un signal, comme de la lumière ou une variation de température. En les intégrant dans une puce de laboratoire, les scientifiques peuvent créer un environnement contrôlé et observer précisément la réaction des cellules.
Lorsqu'elles se contractent ou se dilatent, ces microstructures exercent des forces sur les tissus biologiques situés autour. Cela permet de reproduire, à très petite échelle, les contraintes mécaniques que les cellules subissent dans le corps. L'un des points forts de cette technique est sa précision, les scientifiques peuvent contrôler à la fois l'endroit et le moment où les forces sont appliquées. En suivant de minuscules billes fluorescentes, ils mesurent même comment ces forces se propagent dans les tissus.
Grâce à ce dispositif, les chercheurs peuvent travailler sur des modèles en trois dimensions, plus proches de la réalité que les cultures cellulaires classiques. Ils peuvent par exemple simuler des tissus tumoraux ou observer la formation de vaisseaux sanguins dans des conditions réalistes. Les hydrogels utilisés sont composés de polymères capables de retenir l'eau, ils peuvent gonfler ou se contracter selon les conditions. Cette propriété les rend utiles pour imiter les mouvements et pressions présents dans les tissus vivants.
La matrice extracellulaire joue un rôle clé dans certaines pathologies. Si elle devient trop rigide ou au contraire trop fragile, elle peut perturber le comportement des cellules. Cela peut favoriser des maladies comme le cancer ou la fibrose. En reproduisant ces contraintes en laboratoire, les chercheurs espèrent identifier plus finement les anomalies et améliorer les diagnostics, voire concevoir de nouvelles approches thérapeutiques.