Quel est le poids de la vie ?

Qu'il s'agisse du ver de terre, du tournesol ou de l'homme, nous sommes tous constitués de cellules. Il n'est donc pas étonnant que les chercheurs s'intéressent de près à ces éléments de base de la vie. Ils ont déjà réussi à leur arracher de nombreux secrets. Mais jusqu'à présent, il n'était pas possible de mesurer avec précision le poids des cellules vivantes et ses variations en temps réel. Il n'existait tout simplement pas de méthode de mesure appropriée.

Nouvelle balance cellulaire à haute résolution

C'est désormais différent : des scientifiques du groupe de recherche Biophysique, sous la direction du professeur de l'ETH Daniel J. Müller, ont développé en collaboration avec Christoph Gerber de l'Université de B?le et Jason Mercer de l'University College London une nouvelle balance cellulaire. Celle-ci permet non seulement de déterminer la masse des cellules vivantes en un temps record, mais aussi de suivre l'évolution de leur poids au fil du temps. Et ce, avec une résolution de l'ordre de la milliseconde et du trillionième de gramme.

Les cellules, qui pèsent normalement environ deux à trois nanogrammes, sont pesées dans des conditions contr?lées dans une chambre de culture cellulaire. Le bras de pesée, une minuscule plaquette de silicium très fine, transparente et recouverte de collagène ou de fibronectine, est descendu au fond de la chambre, où il pousse une cellule et la prend en charge. "Pour les mesures, la cellule est pour ainsi dire suspendue la tête en bas à la face inférieure d'une minuscule barrette élastique", explique Gotthold Fl?schner, l'un des principaux participants au développement de la nouvelle balance.

Observer simultanément le poids et l'activité des cellules

Sur le c?té où est fixée la barre à ressort microscopique, celle-ci est excitée de manière minimale à l'aide d'un laser bleu pulsant. Un deuxième laser infrarouge de très faible intensité mesure les oscillations à l'avant, là où la cellule est suspendue, d'abord sans, puis avec la cellule. "La différence entre les deux oscillations permet de calculer la masse des cellules", explique David Martínez-Martín, qui a développé et construit la balance cellulaire.

Sur l'écran de l'ordinateur, le poids et sa variation sont représentés sous forme de courbe et peuvent être lus sur toute la durée de la mesure, qu'il s'agisse de millisecondes ou de jours. Comme l'appareil de mesure et la culture cellulaire sont montés directement sur la platine d'un puissant microscope à fluorescence, il est possible, en plus de la mesure du poids, de filmer et d'observer tout ce qui se passe simultanément à l'intérieur des cellules pesées.

Le poids des cellules vivantes varie

Il est par exemple possible de suivre la manière dont le poids évolue pendant le cycle cellulaire et la division cellulaire, l'influence de différentes substances sur la masse des cellules ou ce qui se passe lorsqu'un virus les infecte. Martínez-Martín et Fl?schner ont réalisé diverses expériences de ce type.

Une observation particulièrement remarquable : "Nous avons constaté que le poids des cellules vivantes varie continuellement de un à quatre pour cent pendant qu'elles régulent leur poids total", explique Martínez-Martín. Les cellules mortes ne présentent pas ces variations de l'ordre de la seconde, comme les biophysiciens ont pu le démontrer. Les chercheurs sont enthousiastes. Fl?schner : "Nous voyons ici des choses que personne n'avait encore observées avant nous".

Grand intérêt pour la balance cellulaire

Partout où les scientifiques de l'ETH parlent de leur nouveau développement, ils rencontrent un grand intérêt. "La masse de la cellule est un très bon indicateur de sa physiologie", explique Martínez-Martín pour expliquer cet enthousiasme. Il est donc logique que les biologistes de tous horizons s'intéressent à cette nouvelle méthode de mesure. Elle pourrait également intéresser la médecine et l'industrie pharmaceutique. Elle permettrait d'étudier la croissance pathologique des cellules et de tester l'influence des médicaments sur celle-ci.

Ce qui est plus surprenant, c'est que des scientifiques spécialisés dans les matériaux s'intéressent également à cet appareil. "Là, il s'agit surtout de ce qu'on appelle la fonctionnalisation des nanoparticules, c'est-à-dire de modifier les surfaces de très petites particules", explique Martínez-Martín.

Ces jours-ci, les scientifiques impliqués présentent leur invention dans la revue spécialisée "page externeNature" pour la première fois à un large public scientifique. La nouvelle méthode de pesage est désormais protégée par un brevet. Il y a toutefois de bonnes chances que les scientifiques des disciplines les plus diverses puissent bient?t utiliser eux-mêmes cette nouvelle balance cellulaire prometteuse : l'entreprise suisse page externeNanosurf SA travaille déjà, en tant que preneur de licence, sur un appareil prêt pour la production en série.