Les stimuli mécaniques régulent un large éventail de processus cellulaires, notamment l'adhésion, la migration, la prolifération, la différenciation et la plasticité phénotypique1,2,3. Des études en mécanobiologie ont montré que les neurones et les cellules gliales présentent une mécanosensibilité marquée et une réponse prononcée tout au long du développement4,5,6,7. Pour étudier la manière dont les cellules détectent et répondent aux forces mécaniques, plusieurs approches expérimentales ont été mises au point, notamment la microscopie à force atomique (AFM), l'aspiration par micropipette, les pinces optiques, les systèmes de culture basés sur l'étirement et les plateformes microfluidiques8,9,10,11,12. Ces techniques ont considérablement fait progresser l'étude de la mécanotransduction. Toutefois, beaucoup exigent un contact physique direct avec les cellules ou dépendent d'environnements mécaniques artificiels prédéfinis, ce qui les rend moins adaptées à une stimulation à distance, dynamiquement contrôlable et compatible avec l'imagerie.
La livraison de forces par nanoparticules magnétiques offre une stratégie alternative pour la mécanostimulation à distance13,14,15,16,17,18. Étant donné que la plupart des tissus biologiques présentent une faible susceptibilité magnétique, les champs magnétiques appliqués de l'extérieur peuvent pénétrer les échantillons biologiques sans contact direct et agir sélectivement sur des particules sensibles au champ magnétique introduites dans les cellules ou les tissus. En présence d'un gradient de champ magnétique, ces particules subissent des forces directionnelles qui peuvent être utilisées pour induire des perturbations mécaniques au niveau subcellulaire, cellulaire ou tissulaire8,9. Cette approche est intéressante car elle est sans contact, ajustable, compatible avec l'imagerie en temps réel et potentiellement applicable à des systèmes biologiques plus complexes.
Les cellules de Schwann sont des cellules gliales très mécanosensibles19,20 qui jouent un rôle essentiel dans le développement, le maintien et la réparation des nerfs périphériques21,22. L’observation dynamique des réponses des cellules de Schwann à une stimulation physique est importante pour comprendre comment les forces régulent l’organisation du cytosquelette et le comportement cellulaire. Toutefois, de nombreux systèmes classiques de transmission de force ne sont pas facilement compatibles avec la microscopie en temps réel à haute résolution. Pour pallier cette limitation, nous avons mis au point une plateforme de nano-activation magnétique combinant des superparticules magnétiques fluorescentes ciblant l’actine du cytosquelette (f-SPIONs), un dispositif électromagnétique sur mesure compatible avec la platine d’un microscope confocal, et un cadre quantitatif pour l’estimation des forces. Ce dispositif intégré permet une stimulation magnétique à distance et une imagerie en direct synchronisée au cours de la même session expérimentale.
Le protocole décrit ici comprend la préparation de superparticules magnétiques fluorescentes (SPIONs), une fonctionnalisation ciblant l'actine à base de phalloïdine facultative pour générer des f-SPIONs, la caractérisation des nanoparticules, la construction d'un dispositif électromagnétique et l'étalonnage du champ, l'estimation de la force magnétique, ainsi que la stimulation magnétique combinée à une imagerie confocale en temps réel. Bien qu'optimisé ici pour les cellules de Schwann, cette plateforme pourrait fournir un cadre pratique pour des études connexes sur d'autres systèmes vivants mécaniquement sensibles.