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Un modèle biomimétique innovant du cytosquelette

Les cellules maintiennent leur forme et leur rigidité grâce à leur cytosquelette, un réseau de polymères principalement constitué de filaments qui forment un échafaudage de soutien de la cellule. Afin de caractériser les propriétés mécaniques du cytosquelette par rapport à sa composition, une étude européenne se propose de fabriquer un réseau mixte d'actine et d'ADN.
Un modèle biomimétique innovant du cytosquelette
Le cytosquelette comprend des protéines motrices comme la myosine II, qui permettent à la cellule d'adapter activement sa structure et ses propriétés mécaniques. Ces adaptations sont en général déclenchées par des modifications des propriétés physiques des tissus voisins, perçues grâce à des complexes protéiques situés dans la membrane de la cellule et nommés adhésions focales.

Les propriétés mécaniques du cytosquelette déterminent comment la cellule perçoit les contraintes mécaniques et comment elles sont propagées et retransmises par la matrice extracellulaire. Le projet BIOLINK («Biomimetic model of the cell cytoskeleton: Polymer networks cross-linked with DNA strands»), financé par l'UE, a pour principal objectif de comprendre la physique de l'adaptabilité mécanique des réseaux du cytosquelette. Pour cela, il étudiera les interactions entre l'activité des moteurs moléculaires et les propriétés mécaniques du cytosquelette, qui dépendent dans une large mesure d'agents de réticulation.

L'idée est de concevoir un système modèle unique, fait de filaments d'actine reliés à des molécules d'ADN. En faisant varier la longueur de la liaison entre l'ADN et l'actine, les scientifiques comptent contrôler la résistance et la rigidité du cytosquelette. Pour préparer le réseau, les scientifiques testent des liaisons (covalentes ou non) entre l'ADN et l'actine.

À l'aide de ce dispositif expérimental, les scientifiques étudieront les propriétés rhéologiques dynamiques ainsi que la réponse viscoélastique non linéaire du réseau actine-ADN. L'imagerie en direct permettra de reconstituer en 3D la structure du réseau et de générer des modèles théoriques.

En outre, les scientifiques cherchent à corréler l'activité motrice avec la structure des agents de réticulation afin de contrôler l'auto-organisation de réseaux de biopolymères actifs. Ils utiliseront une technique de manipulation par laser, dans ce but ainsi que pour évaluer l'influence de l'activité motrice sur la rhéologie du réseau, et pour conduire une micro-rhéologie active ou passive.

Les travaux de BIOLINK amélioreront la compréhension du rôle des interactions physiques dans la régulation de processus tels que la morphogenèse tissulaire. En outre, le cytosquelette biomimétique mis au point devrait aider la science des matériaux à s'inspirer de la nature, et à fabriquer des matrices pour le génie tissulaire.

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