Caractérisation et modélisation de la sensibilité du macrophage alvéolaire aux propriétés mécaniques et adhésives du substrat

Characterization by experiments and simulations of the sensitivity of alveolar macrophages to adhesive and mechanical properties of substrate

• Auteur / Autrice : Sophie Féréol
• Direction : Daniel Isabey, Emmanuelle Planus
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Biophysique. Biomécanique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 12

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytosquelette

Actine

Imagerie tridimensionnelle

Macrophages

Mots clés libres

Magnétocytométrie

Résumé

La sensibilité du macrophage alvéolaire aux propriétés mécaniques de son substrat d'adhérence est étudiée par un modèle cellulaire comprenant des macrophages alvéolaires adhérant sur des substrats de rigidités croissantes variant de 0. 1 kPa à 7. 10 [puissance] 9 kPa : monocouche de cellules épithéliales, gels de polyacrylamide mou et rigide, substrats rigides (plastique, verre) traités ou non au collagène de type I. Les propriétés structurale et mécanique ont été étudiées en fonction des propriétés du substrat par des méthodes d'imagerie de reconstruction 3D du cytosquelette d'actine et de micromanipulation cellulaire: magnétocytométrie à mesure de rotation et pinces optiques utilisant des microbilles, champs de déformation du substrat sub/pericellulaire estimé par déplacement de nanobilles immergées dans le gel mou. Enfin, un modèle numérique aux éléments finis a permis de décrire les interactions mécaniques microbille-macrophage-substrat. Le comportement du macrophage en réponse au substrat se caractérise par des changements de forme sans remodelage structural, l'absence de fibres de tension et de points focaux d'adhérence, pas de rigidification du cytosquelette sous contrainte et/ou induit pas le substrat, tension interne négligeable, sensibilité modérée à la rigidité du substrat d'adhérence. Le comportement des macrophages diffère fortement de celui des cellules plus classiquement étudiées pour leur orientation fonctionnelle vers la constitution de tissus. Sur la base de l'ensemble des résultats obtenus, il apparaît que la sensibilité du macrophage dépend d'une régulation dynamique dont le siège pourrait être les sites d'actine dense (notamment les podosomes) en relation étroite avec les éléments non actiniques du cytosquelette.

The sensitivity of alveolar macrophages to mechanical properties of its underlying substrate are studied by a cellular model composed of alveolar macrophages adhering on substrates of increasing stiffness in the range 0. 1 kPa to 7. 10 [puissance] 9 kPa : alveolar epithelial cell monolayer, soft and rigid polyacrylamide gels, rigid substrates (plastic or glass) treated or not with type I collagen. Structural and mechanical properties have been studied as of function the substrate properties by methods permitting 3D-reconstruction of actin cytoskeleton images and cellular micromanipulation: Magnetic Twisting Cytometry based on measure of microbead rotation, optical tweezers, strain fields of the underlying substrate estimated from displacement of nanobeads immersed in the substrate. Moreover, a numerical finite element model allowed to describe the mechanical interactions microbead/macrophage/substrate. The macrophage behaviour in response to the substrate is characterized by : changes in cell shape with no evidence of structural remodelling, lack of stress fibers and focal adhesion, negligible cellular prestress, no cellular hardening caused by stress or substrate. Results on macrophages greatly differ from the behaviour of more classically studied cells which are functionally oriented towards tissue formation. Based on whole results, it appears that macrophage sensitivity is dependent on a dynamic regulation whose location could be the sites of dense F-actin (such as podosomes) in close relation with the non actinic elements of the cytoskeleton.