Elaboration d’un protocole innovant pour mesurer les propriétés mécaniques des membranes cellulaires pour des applications médicales et thérapeutiques

La mesure des propriétés mécaniques des membranes entourant les cellules vivantes pourraient révéler/refléter leur état physiologique, leur état pathologique ou l’influence d'un agent externe tel qu'un médicament ou un virus, ou encore la réponse à une stimulation ou à un protocole thérapeutique. Les principales techniques de mesure de ces propriétés présentent de nombreuses limitations notamment en termes de qualité, de fiabilité, de la rapidité de la mesure et du nombre d’acquisitions. Cette thèse est centrée sur l’utilisation du Mode Circulaire de Microscopie à Force Atomique ou MC-AFM en milieu liquide pour des applications dans le domaine de la Santé. Ce mode est obtenu en modifiant l’électronique d’un AFM pour générer un contact en glissement en mouvement relatif circulaire. Couplé au mode spectroscopie de force AFM (i.e l’application d’un mouvement vertical à la pointe), le MC-AFM permet d’accéder en une seule procédure de mesure réalisée en régime stationnaire (déplacement continu à vitesse constante), à de nombreuses propriétés mécaniques de la membrane biologique, dont certaines sont inaccessibles par les procédures AFM conventionnelles.L’objectif principal de ce travail de doctorat est d’élaborer une série de protocoles et d’adapter le MC-AFM pour mesurer les propriétés mécaniques d’objets biologiques complexes. Une fois les protocoles validés à partir de globules rouges du sang, leurs intérêts pour des applications dans le domaine du Vivant sont démontrés à partir de (1) l’étude de l’influence de protocoles nutritionnels originaux à base de micro-algue sur les propriétés mécaniques des membranes de globules rouges pour et (2) l’étude de l’effet d’un traitement à base de phytostérols sur les cellules cancéreuses du sein. Ces protocoles s’avèrent également utiles pour mieux comprendre les mécanismes physiologiques impliqués, ou/et le rôle des molécules constituants la membrane sur l’évolution des propriétés mécaniques.Measurement of the mechanical properties of the membranes surrounding living cells could reveal/reflect their physiological state, pathological condition, or the influence of an external agent such as a drug or virus, or also, the response to stimulation or a therapeutic protocol. The main techniques for measuring these properties have many limitations, particularly in terms of quality, reliability, speed of measurement and number of acquisitions. This thesis focuses on the use of the Circular Mode Atomic Force Microscopy or CM-AFM in liquid media for applications in the field of Health. This mode is obtained by modifying the electronics of an AFM to generate a sliding contact in a circular relative motion. Coupled with the AFM force spectroscopy mode (i.e. the application of a vertical movement to the tip), the MC-AFM allows access, in a single measurement procedure and performed under steady state conditions (continuous displacement at constant speed), to numerous mechanical properties of the biological membrane, some of which are inaccessible by conventional AFM procedures.The main objective of this PhD project is to develop a series of protocols and adapt the MC-AFM to measure the mechanical properties of complex biological objects. Once the protocols have been validated using red blood cells, their interest for applications in the field of Life science is demonstrated by (1) studying the influence of original microalgae-based nutritional protocols on the mechanical properties of red blood cell membranes and (2) for studying the effect of a phytosterol-based treatment on breast cancer cells. These protocols are also useful to better understand the physiological mechanisms involved, and/or the role of the molecules constituting the membrane on the evolution of mechanical properties