Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Sonder la mécanique cellulaire à l’aide d’ondes acoustiques GHz

Thomas Dehoux Univ. Bordeaux, CNRS, UMR 5295, Institut de Mécanique et d’Ingénierie, Talence, France

Comprendre les propriétés mécaniques des cellules biologiques est essentiel pour étudier des phénomènes biologiques fondamentaux, tels que l’adhésion sur les matériaux prothétiques, ou la progression de maladies dégénératives (cancer, Alzheimer). Cependant la complexité de la structure cellulaire, en particulier à proximité des sites d’adhésion, nécessite une caractérisation à l’échelle sub-cellulaire sur une large gamme de fréquences. Aujourd’hui, aucune technique ne permet de mesurer quantitativement, et surtout de façon non invasive, les propriétés mécaniques et adhésives à de telles échelles.

Les techniques d’acoustique picoseconde permettent, à l’aide d’impulsions lasers femtosecondes, de générer des champs acoustiques jusqu’à 1 THz. La détection de ces ondes acoustiques se fait alors sans contact par échantillonnage optique, et la technique est complètement non-invasive. Les longueurs d’onde acoustiques atteintes procurent une résolution nanométrique en profondeur. L’utilisation de lasers focalisés permet de réduire la taille de la source acoustique pour obtenir une résolution latérale micrométrique. Ces résolutions sont parfaitement adaptées à l’imagerie quantitative d’objets cellulaires individuels.

En adaptant ces techniques à la biologie cellulaire, nous transposons la technique de percussion médicale, utilisée pour sonder l’élasticité des tissus, à l’échelle nanométrique. Nous produisons ainsi des images acoustiques de cellules individuelles dont le contraste provient de l’adhésion et de la rigidité des cellules. Ces images révèlent notamment l’organisation fibrillaire de la lamelle de cellules en migration. Par ailleurs, nous montrons que l’échauffement dû au laser permet de créer une lentille thermique pour la microscopie thermique.