1 avril 2020 En quoi l’AFM est un outil fantastique pour la recherche sur le cancer ?

La Microscopie de Force Atomique (AFM) permet d’étudier des échantillons biologiques et des molécules à résolution atomique dans des conditions quasi-physiologiques.

Les cellules, sous l’effet de stimuli externes ou de toute modification physiologique, présentent des changements de propriétés physico-chimiques qui affectent directement les processus physiologiques. Parmi eux, la morphologie, l’élasticité et les propriétés d’adhésion des cellules sont des processus cruciaux dans la cancérogenèse.

C’est pourquoi l’AFM est un outil pertinent pour l’étude des propriétés mécaniques des cellules pour la recherche à haute-résolution et surtout pour la recherche sur le cancer.

La fermeté et la forme des cellules s’adaptent à leur environnement pour faciliter les métastases. Même l’adhérence entre les cellules est réduite afin de favoriser l’invasion des cellules cancéreuses. L’AFM atteint son plein potentiel pour étudier la morphologie de ces cellules et mesurer leurs propriétés mécaniques à une résolution à l’échelle nanométrique.

Principaux avantages de l’AFM

1. L’imagerie 3D à l’échelle des nanostructures
2. Conditions quasi-physiologiques (pas de dommage, pas de tache)
3. Enregistrements en temps réel
4. Informations structurelles et mécaniques à la fois
5. Fonctionnalisation de la sonde AFM

Ce dernier avantage est important pour identifier des molécules spécifiques ou des forces d’interaction telles que les interactions ligand-récepteur.

A : Cartographie des forces d’adhésion sur les protéines membranaires à l’aide de l’AFM basée sur la mesure force d’approche-rétractation (FD). Lors de l’enregistrement d’un topographe AFM, un cycle d’approche (bleu) et de rétraction (jaune) entre la pointe de l’AFM  et l’échantillon biologique est effectué pour chaque pixel de l’image. À chaque cycle, la déviation du levier et la distance parcourue par la pointe de l’AFM sont surveillées et transformées en une courbe de distance de force d’approche et de rétractation (FD). 

B : Fonctionnalisation de la pointe AFM (tris-Ni2+-NTA) 

Zoom sur les différences que l’AFM peut révéler dans les cellules cancéreuses

Morphologie des cellules

Certaines études ont montré des différences entre les cellules de patients atteints de leucémie. L’AFM a révélé des structures en forme d’aiguille à la surface des leucocytes et une plus grande rugosité de la surface des globules blancs. Un microscope optique classique ne peut pas détecter ce genre de caractéristiques morphologiques (cf. “A mechanical biomarker of cell state in medicine” Di Carlo (2012)).

La Microscopie de Force Atomique (AFM) est également capable d’analyser la surface de la membrane et de mettre en évidence les différences de membrane cellulaire entre les cellules normales et les cellules cancéreuses.

Propriétés mécaniques

L’homéostasie des tissus, la migration, la division et la croissance cellulaire sont des processus pour lesquels la résistance mécanique des cellules est impliquée ainsi que la rigidité des cellules cancéreuses n’est pas la même que la rigidité normale ou même les cellules cancéreuses métastatiques. Ainsi, en mesurant la rigidité, l’AFM peut aider à :

1. Discriminer les cellules,
2. Mieux comprendre le micro-environnement des cellules tumorales impliquées dans l’échappement des tumeurs.

Combiné à un microscope laser confocal, nous serons également en mesure d’observer directement les changements morphologiques et mécaniques des cellules lors du développement d’un cancer.

A : Image optique des cellules

B : Image topographique des cellules de l’AFM 

C : Image topographique de la matrice synthétisée par les cellules obtenues par l’AFM.

Principaux atouts de l’AFM dans la recherche sur le cancer

• Diagnostic du cancer unicellulaire en observant les changements et les différences entre les cellules cancéreuses et non-cancéreuses 
• Développer des médicaments anticancéreux en étudiant les processus de propagation et d’interaction entre les cellules.

L’AFM est une technologie passionnante tant pour la recherche sur le cancer que pour le diagnostic et le traitement clinique. Avec la mesure mécanique topographique, la reconnaissance moléculaire, la détection primaire des cellules et la caractérisation des tissus, l’AFM représente un formidable outil multifonctionnel pour l’étude des propriétés physiques à l’échelle nanométrique et ouvre une nouvelle porte à la nanomédecine en oncologie.