« voir et agir »
Mots clefs : mécanobiologie, forces, mesures mécaniques, quantification, traitement de données, micromanipulations, optogénétique libération contrôlée de molécules, sonde chimicomécanique, imageries multimodales successives ou simultanées, couplage AFM/Photonique, couplage avec les imageries profondes, bioprinting, microfluidique, Automatisation, asservissement, robotique, AI, analyse embarquée
On ne peut plus se permettre de seulement regarder ou agir, car il devient nécessaire d’effectuer séquentiellement ou simultanément les deux pour obtenir des corrélations entre mesures optiques et mesures physiques. Les challenges actuels sont non seulement de partager les savoirs mis en place dans les différents laboratoires, mais aussi, à l’instar des couplages entre microscopies optique et électronique, d’en définir les usages et perspectives. Ces questions intéressent des communautés multiples qui travaille sur les thématiques interdisciplinaires : mécanotransduction, Signalisation et régulation, dynamique des réseaux de régulation et de signalisation, méristème et racine, plasticité membranaire, relation hôte/parasite, développement embryonnaire et régénération, réponse immunitaire, cicatrisation, processus oncogéniques. etc,…
1. Photonique et micromanipulations, mécanobiologie au sens large
Une thématique interdisciplinaire a émergé dans les laboratoires depuis quelques années, sous l’impulsion des physiciens s’intéressant à la biologie mais aussi de la part de biologistes et médecins, la mécanobiologie. Son étude a été rendue possible par la mise au point de méthodologies fines permettant de mesurer ou appliquer des forces et contraintes à différentes échelles temporelles et spatiales, ou bien permettant de perturber les protéines et structures d’adhésion ou du cytosquelette : les techniques de micromanipulation : micropipettes, pinces optiques; les techniques de champ proche : microscopie à force atomique; les techniques de surface : microscopie de traction de force; les techniques utilisant des fluides : microfluidique, chambre à flux, les techniques de patterning de surface. Ces techniques sont couplées à une ou plusieurs modalités de microscopie optique, afin de pouvoir dans un premier temps localiser les zones d’intérêt de l’échantillon.
Actions : Création d’un groupe thématique « mesure physique en cellule » pour partager les solution développer dans les différentes équipes ; organisation d’une journée thématique annuelles en lien avec les autres GDR et société savante du domaine (GDR Mecabio et AQV, SBCF, Société de biophysique, CENTURI Marseille,..) ; soutien au transfert de savoir entre laboratoire et bourses masters ciblées.
2. Imageries multimodales
Compte tenu de la complexité fonctionnelle du vivant il est nécessaire d’augmenter le nombre de modalités acquises sur le même échantillon, avec les problèmes d’alignement et de repositionnement qui sont intrinsèques dès lors que l’on change de microscope et méthode d’imagerie. Il faut aussi pouvoir obtenir ces informations de manières simultanées et si possibles dynamiques afin de visualiser en temps réels objets, changements morphologiques, signalisation et forces, et d’établir les liens, causalités ou simple corrélation entre eux. (Ex. AFM pour stimuler une cellule dont on suit la réaction en fluorescence). Mais également effectuer des analyses sur de très grand nombres de cellules en mixant cyrtométrie et microscopies.
Actions : groupe de travail sur la corrélation entre différents types de microscopie : microscopies successives (indexation et repositionnement des échantillons, corrections de drift x,y,z ) et microscopies multiplex par couplage d’appareil (contraintes physique ; pilotage et contrôle, gestion de données).
3. Microscopie « intelligente » et automatisé : Vers la roboscopie
Ces systèmes hybrides (multiplex) évoluent rapidement. L’enjeu est désormais d’automatiser les acquisitions d’images tout en analysant le contenu, de sélectionner automatiquement les régions d’intérêts, suivre l’état des cellules, et leur déplacement, tenir compte du photoblanchiment et du nombre de molécules d’intérêt. Les méthodes d’apprentissage (ou “Machine Learning”) devraient jouer un rôle important dans ce domaine. Le premier verrou (1) à lever porte sur l’interface entre les outils d’analyse et ceux d’acquisition. L’autre défi (2) sera d’automatiser des techniques (AFM, Fluidique, ou FLIM, FCS, sptPALM, …). Ce projet nécessitera une planification et des normes de travail et donc l’implication des partenaires industriels.
Actions : Constitution d’un groupe de travail impliquant académiques et industriels ; réalisation d’une feuille de route, organisation d’un colloque, soutien au montage de projet.
Coordinateurs : Pierre-Henri Puech (email), Tristan Piolot (email)