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La Nano-MécanoBiologie : Toucher le cœur… pour mieux le connaître

  |   Lettre d'information

L’ITAV propose un ensemble d’outils de mécanobiologie à la disposition de l’ensemble de la communauté scientifique, publique comme privée. De la prestation de service à la collaboration scientifique, les ressources disponibles en matière d’outils et de compétences garantissent une réponse complète aux besoins des utilisateurs. Illustration ci-dessous au travers d’une collaboration couronnée de succès.


 

Une révision de papier…

 

« C’est la révision d’un « papier » qui a présidé à la naissance de ce projet ! On me demandait de tester une hypothèse, et seule la microscopie à force atomique pouvait permettre de le faire. » débute Céline Galés, chercheuse à l’I2MC (Inserm / UT3). L’objet d’étude : le cœur et plus particulièrement sa structure si particulière, où les cellules contractiles, les cardiomyocytes, s’arrangent à la manière de briques. L’équipe de C. Galés (I2MC) identifie dans un premier temps une protéine jouant un rôle clef dans cette architecture si originale. En son absence, les cardiomyocytes perdent leur morphologie et subissent des altérations de leurs membranes. A l’échelle du cœur, la perte de cohésion le mène à une extrême fragilité face à tout stress externe* : un cas de figure semblable à celui observé chez des patients en insuffisance cardiaque terminale.

Cherchant à publier ces résultats, un des relecteurs a demandé d’explorer de manière plus approfondie les membranes de ces cardiomyocytes. Il fallait donc un outil capable de « toucher et sentir » la surface extrêmement fragile des cellules. Le microscope à force atomique, ou AFM, s’est rapidement imposé à la fois pour sa capacité à mesurer les propriétés mécaniques ainsi que pour sa résolution capable d’appréhender la topographie de leurs surfaces. Contrairement aux microscopes optiques, il va, au sens propre, “toucher” la surface des cellules et retourner de nombreuses informations à leur sujet…

 

 

 

…Conduisant à une fructueuse collaboration

 

Heureuse coïncidence, il a fallu que l’expert scientifique de cette technique appliquée à la biologie se trouve être un toulousain, en la personne d’Etienne Dague, chercheur au LAAS (CNRS) : « Lorsque nous sommes entrés en contact, une difficulté s’est de tout de suite posée : nos instituts étaient très thématisés. Amener et concrétiser ce projet au LAAS par rapport à la problématique principale de ce laboratoire orienté physique n’était pas évident… En raison de leur spécificité, on ne pouvait pas non plus introduire des AFM à l’I2MC. Or, les cellules cardiaques ne survivent pas au-delà de quelques heures après isolement du cœur. Leur fragilité extrême rendait impossible leur transport entre instituts… L’ITAV c’est clairement le laboratoire qui autorise le transdisciplinaire » explique-t-il. L’équipe-projet NBC est alors créée au sein de ce laboratoire. L’ingénieur en charge de la plateforme, Childerick Severac, ingnénieur en charge des AFM, adapte ces derniers AFM afin de pouvoir réaliser les observations tout en conservant les cellules en vie.

Bien évidemment, il a fallu franchir des obstacles. Etienne Dague détaille « on n’avait pas le même langage, il a fallu s’adapter, et également faire cette gymnastique de transport de l’ensemble du matériel de purification des cardiomyocytes de l’I2MC à l’ITAV au quotidien ! » Depuis, la création de l’équipe a conduit à l’installation d’un appareillage de purification sur site et à l’embauche d’une thésarde grâce à des financements orientés sur des champs interdisciplinaires. Trois publications sont achevées, d’autres encore en cours et les chercheurs espèrent porter cette avancée technique, au moins dans un premier temps, vers l’aide au diagnostic. Dans un second temps, c’est la régénération cardiaque qui est visée. Cette organisation en brique, servant à solidifier l’organe, verrouillant sa structure, semblerait également être responsable de son incapacité à régénérer…

 

Ci-dessus : L’insuffisance cardiaque. Dans un premier temps les cardiomyocytes se déstructurent et grossissent. Pour compenser, ils rentrent ensuite en phase de nécrose.

 

* Genet & al., 2012

 

 


Témoignages


 

Céline Galés (chercheuse à l’I2MC – Inserm / UPS)

 

Une recherche porteuse d’espoirs

 

“A l’I2MC, je développais une nouvelle thématique : l’architecture du tissu cardiaque… Nous essayions de comprendre principalement la raison pour laquelle les cardiomyocytes meurent et font ainsi le lit de l’insuffisance cardiaque. Or, à ce moment, personne n’étudiait l’architecture des cardiomyocytes. Grâce à ce travail entre différentes disciplines, on a prouvé que ce sont des anomalies de leurs membranes qui les conduisent progressivement vers une rupture puis à leur mort par nécrose. Reste à savoir maintenant si ces anomalies sont communes à tous les modèles d’insuffisance cardiaque, véritable fléau mondial de nos pays industrialisés.

 

On s’est rendu compte que l’AFM permettait d’obtenir des données très fines à l’échelle nanométrique concernant les membranes des cardiomyocytes. En la couplant à de la microscopie électronique, nous sommes capables de voir des anomalies de cardiomyocytes, invisibles à l’échelle micrométrique classiquement utilisée dans le cadre des diagnostics cardiaques à l’hôpital. “

 

 


 

Etienne Dague (chercheur au LAAS – CNRS, Groupe Nano Bio Systèmes)

 

Sonder le vivant

 

“Intégrés au sein du réseau TRI-Genotoul, nous collaborons pour partager nos compétences, en développer de nouvelles et offrons également du service parce que c’est aussi notre mission : nous sommes une plateforme de service. Beaucoup de chercheurs préfèrent investir sur des systèmes optiques de plus en plus puissants qui permettent d’aller plus vite, plus loin, d’accéder à une plus haute résolution… Cependant, prendre beaucoup d’images, accumuler énormément de données, c’est une chose mais quid de leur exploitation? Pour identifier, analyser, quantifier, la qualité de l’image est déterminante. Il faut parfois revenir aux paramètres d’acquisition pour les modifier et obtenir des images exploitables pour une quantification. Ce n’est donc pas à sens unique mais plutôt une véritable boucle d’amélioration.

 

L’imagerie va très loin et il faut que le traitement d’image suive. Beaucoup d’outils sont développés et plus nous avancerons, plus nous aurons besoin de solutions spécifiques. Quant aux logiciels généralistes, ils ne peuvent parfois s’appliquer à des problématiques de plus en plus complexes. Grâce aux collaborations, nous réalisons de la R&D à la fois pour les outils mais également, grâce à nos équipes de mathématiciens associées, au niveau du traitement. On parle de plateforme d’image et de traitement d’images mais pour moi ce n’est qu’une seule et même chose : l’analyse et l’interprétation des images sont aussi importantes que leur acquisition.”

 

 


 

Childerick Severac

Childerick Severac (Ingénieur responsable de plateforme)

 

Vers la mécanobiologie

 

 

“Le rôle de la plateforme a été à la fois technique et humain. Technique car elle a mis à disposition des chercheurs la microscopie à force atomique présente sur le plateau et fait en sorte qu’elle soit adaptée à leurs besoins concernant des cellules vivantes. Humain car, je les ai accompagné durant leur projet. Au début, pour assurer la mise en place des besoins techniques spécifiques, ensuite en tant que collaborateur grâce à mon expertise en physique, milieu duquel je suis issu. Etienne [Dague] est l’expert scientifique et moi je suis l’expert technique : je mets en œuvre des moyens techniques innovants pour répondre à ses problématiques scientifiques.

 

La plateforme est une salle blanche équipée pour recevoir du matériel biologique et dans laquelle on trouve des outils de fonctionnalisation de surface et des moyens de caractérisation d’interactions moléculaires. Sur Toulouse, l’ITAV propose la seule plateforme de services dans le domaine de la mécanobiologie ouverte tant aux chercheurs académiques qu’industriels. Notre rôle ne s’arrête pas aux collaborations scientifiques, nous réalisons également en prestations des études de faisabilité, du développement méthodologique, de la formation des chercheurs et ingénieurs publiques et privés. Nous pouvons accompagner nos clients et collaborateurs tout au long du processus qui va de la demande de subventions jusqu’à la rédaction des publications scientifiques ou de brevets.”