Les cellules répondent à la composition chimique de leur environnement, mais aussi à sa géométrie à l’échelle micro/nanométrique, de sorte qu’il est possible de modifier leur comportement de croissance et de différenciation en changeant la forme du substrat sur lequel elles sont cultivées. Par le passé, cette propriété remarquable a principalement été étudiée en cultivant des cellules sur des substrats de géométrie assez simple (micro-piliers, micro-sillons, etc.).
Une nouvelle étape vient d’être franchie : dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut Langevin et les Universités de Twente (Pays-Bas), d’Ottawa (Canada) et de Basse-Californie (Mexique), des chercheurs sont parvenus à fabriquer des substrats de verre en forme d’octaèdres fractals, avec des dimensions allant de la dizaine de microns à la centaine de nanomètres. Ils ont ensuite mobilisé leur expertise en microscopie super-résolue par localisation de molécules uniques pour les recouvrir de molécules fluorescentes et imager la géométrie des substrats en trois dimensions, avec une précision bien meilleure que la barrière de diffraction qui limite habituellement la résolution à 300 nm en microscopie optique.
Dans un second temps, les chercheurs ont cultivé des cellules indifférenciées sur ces substrats fractals pour observer leur comportement de différenciation et de croissance, qui s’est révélé très différent par rapport à celui observé pour des cellules cultivées sur un substrat de verre plan. Pour finir, ils ont utilisé la microscopie de localisation de molécules uniques pour observer et quantifier la réorganisation des protéines à l’échelle nanométrique lorsque les cellules sont cultivées sur les substrats fractals.
Ces travaux constituent une importante preuve de principe puisqu’ils permettent d’envisager l’étude systématique de la plage de distances caractéristiques auxquelles les cellules sont sensibles, mais également l’observation et la compréhension des mécanismes moléculaires à l’origine des différences de différenciation et de croissance observées.
Figure : (a) Schéma décrivant la forme des octaèdres fractals micrométriques, qui peuvent être fabriqués de l’itération 1 à l’itération 4. (b) Image de microscopie de localisation de molécules uniques 3D d’un octaèdre fractal (itération 3) recouvert de molécules fluorescentes. La position de chaque molécule dans la direction axiale (perpendiculaire au plan d’observation) est représentée en couleur. (c-d) Images de microscopie de localisation de molécules uniques 3D d’une cellule cultivée sur un substrat plan (c) ou sur un substrat fractal (d). Les cellules sont fixées et l’actine (cytosquelette) est marquée avec des molécules fluorescentes. La position de chaque molécule dans la direction axiale est représentée en couleur.
Reference :
Clément Cabriel, R. Margoth Córdova-Castro, Erwin Berenschot, Amanda Dávila-Lezama, Kirsten Pondman, Séverine Le Gac, Niels Tas, Arturo Susarrey-Arce and Ignacio Izeddin
3D Single-Molecule Super-Resolution Imaging of Microfabricated Multiscale Fractal Substrates for Calibration and Cell Imaging
ACS Applied Materials & Interfaces 17, 6 (2025).
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