Disons que vous deviez déplacer une cellule individuelle d’un endroit à un autre. Remark feriez-vous ? Peut-être des pincettes spéciales ? Une toute petite pelle ?
Le fait est que la manipulation de cellules individuelles est une tâche difficile. Certains travaux ont été effectués sur des soi-disant pincettes optiques qui peuvent pousser des cellules avec des faisceaux de lumière, mais bien qu’elles soient efficaces pour déplacer une seule cellule, elles ne sont pas destinées à manipuler un in addition grand nombre de cellules.
De nouvelles recherches menées à Caltech ont créé une substitute : des protéines remplies d’air, produites par des cellules génétiquement modifiées, qui peuvent être poussées – avec les cellules qui les contiennent – par des ondes ultrasonores. Un posting décrivant le travail apparaît dans la revue Science Improvements.
Les travaux s’appuient sur des travaux antérieurs menés dans le laboratoire de Mikhail Shapiro, professeur de génie chimique et de génie médical et chercheur au Howard Hughes Healthcare Institute.
Shapiro travaille depuis des années avec des vésicules de gaz dérivées de bactéries comme étiquette acoustique. Ces vésicules, qui sont des capsules de protéines remplies d’air, assurent la flottabilité de certaines espèces de bactéries aquatiques. Mais ils ont aussi une autre qualité utile : en raison de leurs intérieurs remplis d’air, ils apparaissent assez fortement dans l’imagerie par ultrasons. La découverte de Shapiro de cette qualité a conduit son laboratoire à développer des vésicules de gaz comme marqueur génétique pour suivre l’emplacement des cellules bactériennes individuelles et pour observer l’activité d’expression génique dans les cellules de mammifères profondément à l’intérieur du corps.
Maintenant, Shapiro et ses collègues ont montré que ces vésicules peuvent pousser et tirer des cellules dans des endroits spécifiques sous l’influence des ultrasons. Le phénomène est très similaire à la façon dont les ultrasons dans l’air peuvent être utilisés pour suspendre et/ou déplacer de petits objets légers. Cela est dû au fait que les ondes sonores créent des zones de pression qui agissent sur les objets à proximité. Les propriétés physiques d’un objet ou d’un matériau déterminent s’il sera attiré par une zone à haute pression ou repoussé par celle-ci. Les cellules normales sont repoussées des zones de pression additionally élevée, mais les cellules contenant des vésicules de gaz sont attirées vers elles.
“Nous avons déjà utilisé ces vésicules pour l’imagerie, et cette fois, nous avons montré que nous pouvons réellement les utiliser comme actionneurs afin que nous puissions appliquer une force à ces objets à l’aide d’ultrasons”, explique Di Wu (MS ’16, PhD ’21), chercheur au laboratoire de Shapiro et auteur principal de l’étude. “Ce que cela nous permet de faire, c’est de déplacer des cellules dans l’espace à l’aide d’ultrasons et de pouvoir le faire de manière très sélective.”
Shapiro et Wu disent qu’il y a quelques raisons pour lesquelles vous pourriez vouloir pouvoir déplacer des cellules. D’une portion, l’ingénierie tissulaire – la création de tissus artificiels à des fins de recherche ou à des fins médicales – nécessite que des cellules de kinds spécifiques soient disposées en motifs complexes. Un muscle artificiel peut avoir besoin de plusieurs couches de cellules musculaires, de cellules qui créent des tendons et de cellules nerveuses, par exemple.
Un autre cas dans lequel vous voudrez peut-être déplacer des cellules est la thérapie cellulaire, un domaine de la médecine dans lequel des cellules aux propriétés souhaitables sont introduites dans le corps.
“Vous introduisez des cellules modifiées dans le corps, et elles vont partout pour trouver leur cible”, explique Di. “Mais avec cette technologie, nous avons potentiellement un moyen de les guider vers l’emplacement souhaité dans le corps.”
À titre de démonstration, l’équipe a montré que les cellules contenant des vésicules de gaz peuvent être forcées à s’agglutiner en une petite boule, ou disposées en bandes minces, ou poussées sur les bords d’un récipient. Lorsqu’elles ont changé le modèle d’échographie, les cellules ont “dansé” pour prendre de nouvelles positions. Ils ont également développé un modèle d’échographie qui a poussé les cellules sous la forme de la lettre “R” dans un gel qui les a maintenues dans cette forme après sa solidification. Ils appellent la figure résultante un “hologramme acoustique”.
Un appareil à ultrasons organise les vésicules de gaz sous la forme de la lettre R en remedy. Crédit : Lance Hayashida/Caltech
Wu dit qu’un domaine où leur recherche a le potentiel d’avoir un influence immédiat est le tri cellulaire, un processus nécessaire à divers types de recherche biologique et médicale.
“Une façon courante de trier les cellules consiste maintenant à les concevoir pour qu’elles expriment une protéine fluorescente, puis à utiliser un trieur de cellules activé par fluorescence (FACS)”, dit-il. “C’est un équipement de 300 000 $ qui est volumineux, vit souvent dans une armoire de biosécurité et ne trie pas les cellules très rapidement.”
“En revanche, le tri acousto-fluidique peut être effectué avec une toute petite puce qui coûte peut-être 10 $. La raison de cette différence est que dans le tri fluorescent, vous devez mesurer séparément l’expression génique des cellules, puis les déplacer. C’est fait une cellule à la fois. Avec l’expression des vésicules de gaz, la génétique de la cellule est directement liée à la pressure qui est appliquée à la cellule. S’ils expriment des vésicules de gaz, ils subiront une pressure différente, nous n’avons donc pas besoin de vérifier séparément s’ils expriment des vésicules de gaz et les déplacent ensuite, nous pouvons les déplacer tous en même temps. Cela simplifie grandement les choses.