Les découvertes en cours dans le monde des comportements cellulaires ont accentué le rôle des stimuli mécaniques, tels que la tension, la contrainte de cisaillement des fluides, la compression et la rigidité du substrat, dans la dictature des activités cellulaires dynamiques telles que l’adhésion, la migration et la différenciation. Ces aspects mécanobiologiques sont d’une importance capitale pour élucider comment les cellules interagissent avec leur environnement physiologique et y répondent, ce qui a un impact sur divers processus biologiques 1,2.
Au cours de la dernière décennie, les tests d’aspiration à base de micropipettes se sont imposés comme un outil polyvalent dans l’étude de diverses réponses cellulaires aux stimuli mécaniques. Cette technique offre des informations précieuses sur les propriétés mécaniques intrinsèques des cellules vivantes au niveau de la cellule unique, y compris le module d’élasticité cellulaire, la rigidité et la tension corticale. Ces tests permettent de mesurer divers paramètres mécaniques, tels que la tension de la membrane cellulaire, la pression exercée sur la membrane cellulaire et la tension corticale (résumée dans le tableau 1). L’étude des forces aspirationnelles a enrichi notre compréhension de la façon dont elles influencent les fonctions et les processus cellulaires, en particulier dans le domaine de la dynamique membranaire, y compris la fragmentation, l’élongation et le bourgeonnement 3,4.
| Paramètre mécanique | Description | Approches fondamentales |
| Rigidité cellulaire | Mesure de la rigidité mécanique et de l’élasticité d’une cellule. | Aspiration de la membrane cellulaire et analyse de la réponse de déformation à la pression négative20,21. |
| Force d’adhérence | Évaluation de la force d’adhérence des cellules aux surfaces. | Application d’une aspiration contrôlée pour détacher les cellules collées d’un substrat2,22. |
| Membrane Tension | Évaluation de la tension ou du stress au sein des membranes cellulaires. | Mesure de la déformation de la membrane en réponse à la pression appliquée23,24. |
| Propriétés viscoélastiques | Caractérisation du comportement visqueux et élastique combiné d’une cellule. | Analyse de la réponse de déformation à l’aspiration en fonction du temps23,25. |
| Déformabilité | Détermination de la facilité avec laquelle une cellule peut changer de forme. | Évaluation de l’étendue de la déformation sous aspiration contrôlée20,24. |
| Tension superficielle | Mesure de la tension à la surface de la cellule. | Évaluation de la pression nécessaire pour former une saillie de la membrane de la micropipette26. |
| Interaction cellule-matériau | Etude des interactions entre les cellules et les matériaux ou substrats. | Aspiration de cellules en contact avec différents matériaux et observation des interactions2,24. |
| Interaction cellule-cellule | Examen des interactions entre cellules voisines. | Aspiration d’un groupe de cellules et analyse de leurs forces intercellulaires27. |
Tableau 1 : Paramètres mécaniques caractérisés par le test d’aspiration par micropipette.
La technique d’aspiration à base de micropipettes a été largement utilisée pour étudier les globules rouges (GR), en évaluant la déformabilité et diverses caractéristiques mécaniques des globules rouges, ce qui est essentiel pour comprendre leur fonction dans le système circulatoire. Les globules rouges présentent une adaptabilité remarquable, préservant leur polyvalence mécanique contre la déformation lors de la navigation dans le réseau capillaire complexe et les fentes inter-endothéliales 5,6. Au cours de ce voyage, les globules rouges doivent traverser des passages aussi étroits que 0,5 à 1,0 μm, se soumettant à une multitude de forces mécaniques, y compris la tension et la compression 7,8,9. Ils ont également une grande sensibilité à la contrainte de cisaillement générée par le flux sanguin pendant la circulation10. Ces processus favorisent l’activation de mécanismes de régulation impliquant l’afflux de calcium, un événement de signalisation crucial dont le rôle est bien établi dans les réponses cellulaires aux stimuli mécaniques11,12. Les mécanismes complexes régissant la mécanodétection médiée par le calcium restent des sujets de recherche convaincants.
Dans ce contexte, le fMPA est une approche efficace pour révéler l’étendue de la mobilisation du calcium sous des forces mécaniques contrôlées avec précision, permettant l’application simultanée de la modulation mécanique (à l’aide du système d’aspiration par micropipette) et de la visualisation de l’intensité du calcium (à l’aide d’indicateurs fluorescents). Il imite particulièrement le scénario physiologique lorsque le GR se déplace à travers des vaisseaux sanguins rétrécis. Il convient de noter que le système d’AMPf que nous avons développé peut générer de la pression avec une résolution de 1 mmHg. La caméra haute vitesse mise en œuvre peut atteindre une résolution temporelle de 100 ms et une résolution spatiale au niveau du mètre submicronique. Ces configurations assurent l’application précise des forces mécaniques aux cellules vivantes et capturent simultanément la signalisation cellulaire résultante. De plus, en raison de la nature technique intégrative de cette configuration, le test d’aspiration par micropipette peut être facilement adapté pour compléter d’autres équipements ou techniques, permettant une exploration plus approfondie des subtilités de la mécanique cellulaire. Cette polyvalence constitue un avantage supplémentaire de cette approche.