Sonder la mécanique cellulaire à l'aide d'ondes acoustiques GHz

Comprendre les propriétés mécaniques des cellules biologiques est essentiel pour étudier des phénomènes biologiques fondamentaux, tels que l'adhésion sur les matériaux prothétiques, ou la progression de maladies dégénératives (cancer, Alzheimer). Cependant la complexité de la structure cellulaire, en particulier à proximité des sites d'adhésion, nécessite une caractérisation à l'échelle sub-cellulaire sur une large gamme de fréquences. Aujourd'hui, aucune technique ne permet de mesurer quantitativement, et surtout de façon non invasive, les propriétés mécaniques et adhésives à de telles échelles. Les techniques d'acoustique picoseconde permettent, à l'aide d'impulsions lasers femtosecondes, de générer des champs acoustiques jusqu'à 1 THz. La détection de ces ondes acoustiques se fait alors sans contact par échantillonnage optique, et la technique est complètement non-invasive. Les longueurs d'onde acoustiques atteintes procurent une résolution nanométrique en profondeur. L'utilisation de lasers focalisés permet de réduire la taille de la source acoustique pour obtenir une résolution latérale micrométrique. Ces résolutions sont parfaitement adaptées à l'imagerie quantitative d'objets cellulaires individuels. Dans ces travaux, les cellules sont cultivées à la surface d'un film métallique biocompatible. L'absorption d'impulsions lasers focalisées à l'interface métal-cellule génère des impulsions acoustiques contenant des fréquences allant jusqu'à 200 GHz. La propagation acoustique dans la cellule, mesurée par diffusion Brillouin résolue en temps, donne accès à la rigidité et à la viscosité locale des cellules. Le coefficient de réflexion acoustique à l'interface métal-cellule est mesuré simultanément. Sa dépendance en fréquence révèle la mécanique de l'adhésion cellulaire. Cette approche permet d'étudier les interactions entre la cellule et les biomatériaux sans contact et sans marqueurs fluorescents.