Mecano-transduction de cellules souches à 3D par imagerie optique multi-échelles

par Amaël Mombereau

Projet de thèse en Lasers, Matière et Nanosciences

Sous la direction de Pierre Nassoy et de Gaëlle Recher.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (laboratoire) et de Bioimaging and Optofluidics (equipe de recherche) depuis le 25-09-2017 .


  • Résumé

    Dans les organismes multicellulaires, les cellules sont constamment sous contrainte mécanique (étirement, gonflement, cisaillement). Ces forces contribuent à déterminer le comportement de cellules, la forme des tissus, le développement des organes et à réguler des programmes génétiques. Cette capacité à transformer l'information mécanique de l'environnement en signal biochimique est appelée mécano-transduction. Les mécanismes sous-jacents ont été surtout étudiés à l'échelle de la cellule individuelle. De façon remarquable, l'application de contraintes mécaniques externes à des cellules souches guide leur différenciation en cellules neuronales, adipeuses ou musculaires. Mais les propriétés émergentes à l'échelle du tissu ont été peu explorés. Pour étudier les mécanismes collectifs de mécano-transduction des cellules souches et leur implication dans l'organogénèse, nous utiliserons une technique microfluidique de culture 3D développée dans le laboratoire. Brièvement, nous produisons des capsules élastiques et perméables d'hydrogel, de taille sub-millimétrique, remplies d'une suspension cellulaire. Ces capsules permettent de i) micro-compartimenter les cellules, ii) les manipuler pour réaliser de l'imagerie optique multi-échelle, et iii) de créer un environnement 3D confiné dans lequel on peut quantifier les forces mécaniques. Nous nous attendons à ce que ces travaux de recherche fondamentale en biophotonique et biophysique débouchent sur des applications en ingénierie tissulaire ou médecine régénérative.

  • Titre traduit

    3D stem cells mechanical transduction by multi-scale optical imaging


  • Résumé

    In multicellular organisms, cells are constantly exposed to mechanical stress (stretching, swelling, shearing). These forces contribute to guide cell behavior, tissue shape, organ development and to regulate genetic programs. This ability to convert mechanical cues from the environment into biochemical signals is named mechanotransduction. The underlying mechanisms have been mainly investigated at the level of the individual cell. Remarkably, application of external mechanical stresses to stem cells directs differentiation into neuronal, adipose or muscle cells. But the emergent properties at the tissue scale have been rarely explored. To study the collective mechanisms of stem cells mechanotransduction and their impact in organogenesis, we will use a microfluidic technique for 3D cell culture that was developed in the laboratory in the last few years. Briefly, we will produce sub-millimetric elastic and permeable capsules of hydrogel filled with a cellular suspension. These capsules allow i) to micro-compartmentalize cells, ii) to manipulate them and perform multi-scale optical imaging, and iii) to create a confined 3D environment in which the mechanical forces can be quantified. We expect these fundamental works in biophotonics and biophysics to lead to applications in tissue engineering or regenerative medicine.