Un substrat de micropiliers pour étudier la migration cellulaire

Les propriétés mécaniques des cellules jouent un rôle prépondérant dans de nombreux événements de la vie cellulaire comme le développement embryonnaire, la formation des tissus ou encore le développement des métastases. La migration cellulaire est en partie caractérisée par des interactions mécaniques. Ainsi, les forces de traction qu’exercent les cellules sur leur environnement impliquent, en parallèle, une réorganisation dynamique des processus d’adhérence et du cytosquelette interne de la cellule. Pour évaluer ces forces, un substrat a été développé, constitué d’un réseau forte densité de micro-piliers déformables sur lequel se déplacent les cellules. Cette surface est fabriquée par des méthodes de lithographie empruntées à la micro-électronique. Les piliers mesurent environ un micromètre et sont en caoutchouc, donc suffisamment déformables pour fléchir sous l’effet des forces exercées par les cellules. L’analyse au microscope des déflexions individuelles de chaque pilier a permis de quantifier en temps réel les forces locales que des cellules exercent sur leur substrat lors de leurs processus d’adhérence et de dissociation.Mechanical forces play an important role in various cellular functions, such as tumor metastasis, embryonic development or tissue formation. Cell migration involves dynamics of adhesive processes and cytoskeleton remodelling, leading to traction forces between the cells and their surrounding extracellular medium. To study these mechanical forces, a number of methods have been developed to calculate tractions at the interface between the cell and the substrate by tracking the displacements of beads or microfabricated markers embedded in continuous deformable gels. These studies have provided the first reliable estimation of the traction forces under individual migrating cells. We have developed a new force sensor made of a dense array of soft micron-size pillars microfabricated using microelectronics techniques. This approach uses elastomeric substrates that are micropatterned by using a combination of hard and soft lithography. Traction forces are determined in real time by analyzing the deflections of each micropillar with an optical microscope. Indeed, the deflection is directly proportional to the force in the linear regime of small deformations. Epithelial cells are cultured on our substrates coated with extracellular matrix protein. First, we have characterized temporal and spatial distributions of traction forces of a cellular assembly. Forces are found to depend on their relative position in the monolayer : the strongest deformations are always localized at the edge of the islands of cells in the active areas of cell protrusions. Consequently, these forces are quantified and correlated with the adhesion/scattering processes of the cells

Étude de la diffusion de l'eau dans le parenchyme rénal en IRM chez les enfants : apport de la séquence de diffusion multi-b

En IRM, la diffusion de l'eau (coefficient de diffusion apparent : ADC) augmente avec l'âge chez les enfants. L'ADC est classiquement calculé à partir de 2 valeurs de b au moyen d'un modèle mono-exponentiel. Les séquences de diffusion multi-b (nombre de b >2), qui sont désormais de pratique courante, permettent d'utiliser des modèles mathématiques multi-exponentiels qui fournissent des informations sur la perfusion et sur plusieurs compartiments avec des vitesses de diffusion différentes. Objectif : Le but de ce travail était d'expliquer par un modèle bi-exponentiel l'augmentation de l'ADC du parenchyme rénal au cours de l'enfance. Matériels et Méthodes : Les examens IRM de 72 patients ayant une uropathie unilatérale ont été revus de façon rétrospective. Tous ces examens comportaient une séquence de diffusion multi-b. Des valeurs paramétriques de diffusion des molécules d'eau ont été calculées par un modèle mono-exponentiel : ADC ; et par un modèle bi-exponentiel : ADC facilité (ADCf), ADC restreint (ADCr) et fraction de perfusion (Fp). Pour les reins non dilatés, ces valeurs ont été corrélées à l'âge. Les valeurs calculées pour les reins dilatés ont été comparées aux reins sains controlatéraux. Résultats : Notre étude confirme l'augmentation des valeurs d'ADC avec l'âge. La Fp augmentait avec l'âge contrairement à l'ADCf et l'ADCr. Il existait également une augmentation significative (p=0,03) de la Fp dans les reins dilatés par rapport aux reins non dilatés. Discussion : L'augmentation de l'ADC en fonction de l'âge dans les reins sains est expliquée par l'augmentation de la Fp, obtenue après fitting bi-exponentiel. La Fp est également significativement augmentée dans les reins pathologiques et semble donc apporter des éléments quant aux modifications micro-perfusionnelles engendrées par l'âge ou la pathologie obstructive chronique. Conclusion : L'augmentation de l'ADC avec l'âge chez les enfants est expliquée par une augmentation de la perfusion rénale

Étude de la diffusion de l eau dans le parenchyme rénal en IRM chez les enfants (Apport de la séquence de diffusion multi-b)

En IRM, la diffusion de l'eau (coefficient de diffusion apparent : ADC) augmente avec l'âge chez les enfants. L'ADC est classiquement calculé à partir de 2 valeurs de b au moyen d'un modèle monoexponentiel. Les séquences de diffusion multi-b (nombre de b >2), qui sont désormais de pratique courante, permettent d'utiliser des modèles mathématiques muiti-exponentiels qui fournissent des informations sur la perfusion et sur plusieurs compartiments avec des vitesses de diffusion différentes. Objectif: Le but de ce travail était d'expliquer par un modèle bi-exponentiel l'augmentation de l'ADC du parenchyme rénal au cours de l'enfance. Matériels et Méthodes : Les examens IRM de 72 patients ayant une uropathie unilatérale ont été revus de façon rétrospective. Tous ces examens comportaient une séquence de diffusion multi-b. Des valeurs paramétriques de diffusion des molécules d'eau ont été calculées par un modèle mono-exponentiel : ADC; et par un modèle bi-exponentiel: ADC facilité (ADCf), ADC restreint (ADCr) et fraction de perfusion (Fp). Pour les reins non dilatés, ces valeurs ont été corrélées à l'âge. Les valeurs calculées pour les reins dilatés ont été comparées aux reins sains controlatéraux. Résultats : Notre étude confirme l'augmentation des valeurs d'ADC avec l'âge. La Fp augmentait avec l'âge contrairement à l'ADCf et l'ADCr. Il existait également une augmentation significative (p=0,03) de la Fp dans les reins dilatés par rapport aux reins non dilatés. Discussion : L'augmentation de l'ADC en fonction de l'âge dans les reins sains est expliquée par l'augmentation de la Fp, obtenue après fitting bi-exponentiel. La Fp est également significativement augmentée dans les reins pathologiques et semble donc apporter des éléments quant aux modifications micro-perfusionneiles engendrées par l'âge ou la pathologie obstructive chronique. Conclusion: L'augmentation de l'ADC avec l'âge chez les enfants est expliquée par une augmentation de la perfusion rénale.ROUEN-BU Médecine-Pharmacie (765402102) / SudocSudocFranceF

Is the Mechanical Activity of Epithelial Cells Controlled by Deformations or Forces?

The traction forces developed by cells depend strongly on the substrate rigidity. In this letter, we characterize quantitatively this effect on MDCK epithelial cells by using a microfabricated force sensor consisting in a high-density array of soft pillars whose stiffness can be tailored by changing their height and radius to obtain a rigidity range from 2 nN/μm up to 130 nN/μm. We find that the forces exerted by the cells are proportional to the spring constant of the pillars meaning that, on average, the cells deform the pillars by the same amount whatever their rigidity. The relevant parameter may thus be a deformation rather than a force. These dynamic observations are correlated with the reinforcement of focal adhesions that increases with the substrate rigidity

Activité et réponse à une blessure d’un tapis de cellules

La migration et l’adhésion cellulaires sont deux processus essentiels intervenant dans la structuration et le développement des tissus. Pour préciser l’influence respective des environnements biochimiques et mécaniques sur la cellule permettant cette organisation, nous présentons deux expériences utilisant des dispositifs microfabriqués. L’une permet de mesurer les forces que des cellules exercent sur leur substrat, et l’autre permet de déterminer la réponse d’un tissu à une blessure modèle. Les résultats mettent en évidence une réponse spécifique des cellules en fonction de leur environnement mécanique local

The role of single-cell mechanical behaviour and polarity in driving collective cell migration

International audienceThe directed migration of cell collectives is essential in various physiological processes, such as epiboly, intestinal epithelial turnover, and convergent extension during morphogenesis as well as during pathological events like wound healing and cancer metastasis 1,2 . Collective cell migration leads to the emergence of coordinated movements over multiple cells. Our current understanding emphasizes that these movements are mainly driven by large-scale transmission of signals through adherens junctions 3,4 . In this study, we show that collective movements of epithelial cells can be triggered by polarity signals at the single cell level through the establishment of coordinated lamellipodial protrusions. We designed a minimalistic model system to generate one-dimensional epithelial trains confined in ring shaped patterns that recapitulate rotational movements observed in vitro in cellular monolayers and in vivo in genitalia or follicular cell rotation 5–7 . Using our system, we demonstrated that cells follow coordinated rotational movements after the establishment of directed Rac1-dependent polarity over the entire monolayer. Our experimental and numerical approaches show that the maintenance of coordinated migration requires the acquisition of a front-back polarity within each single cell but does not require the maintenance of cell-cell junctions. Taken together, these unexpected findings demonstrate that collective cell dynamics in closed environments as observed in multiple in vitro and in vivo situations 5,6,8,9 can arise from single cell behavior through a sustained memory of cell polarity