La nanochirurgie laser en biologie cellulaire

Abstract

Les fonctions cellulaires complexes telles que la mitose, la croissance, la motilité, la différenciation ou l'apoptose sont des événements qui s'effectuent dans des domaines subcellulaires distincts. Pour étudier la dynamique de tels phénomènes, une approche expérimentale classique consiste à perturber le système cellulaire pour en étudier les mécanismes de réaction et de régénération à court et long terme. Les drogues ont un effet général qui ne permet que rarement le traitement localisé. Les outils conventionnels de dissection tels que les micro-aiguilles ont une résolu-tion spatiale limitée de l'ordre du dixième de millimètre et détruisent le plus souvent l'intégrité physique de la cellule. Au cours des dernières années, il a donc été nécessaire de développer de nouveaux outils permettant une approche cellulaire précise et non invasive, d'où l'intérêt récent pour des systèmes de chirurgie laser qui permettent une réso-lution sub-micrométrique et un rayon d'action confiné à l'environnement cellulaire direct pour une utilisation sur des structures biologiques vivantes. La chirurgie au laser de tissus biologiques a été étudiée et appliquée depuis plus de quarante ans, essentiellement depuis l'invention des lasers pulsés. De nombreux lasers aux capacités techniques très variables ont été employés dans ce but et il est difficile pour le non spécialiste de distinguer leurs limites. En comprimant la durée des impulsions lumineuses à des temps extrêmement brefs de l'ordre de la nanoseconde (1 ns = 10 -9 s) jusqu'à atteindre quelques dizaines de femtosecondes (1 fs = 10 -15 s) pour les lasers les plus modernes, la puissance maximale de chaque impulsion peut être augmentée de plusieurs ordres de grandeur tout en conservant une énergie raisonnablement basse. On peut ainsi induire des effets non linéaires dans le milieu irradié allant de la dégradation photochimique à la pure explosion mécanique et thermale [1][2][3]. En focalisant en un point précis a l'intérieur d'un tissu ou sous la membrane d'une cellule, il est possible de vaporiser localement le matériel intracellulaire sans que l'effet photodestructeur ne s'étende au delà de quelques centaines de nanomètres autour de la cible irradiée. On peut ainsi découper précisément le cytosquelette [4,5] (microtubules, microfilaments d'actine) ou des organelles telle qu'une mitochondrie [6] sans altérer les structures environnantes ou compromettre la viabilité cellulaire. Cette technique non invasive permet une manipulation directe de la machinerie cellulaire à une résolution inférieure au micromètre d'où le terme de nanochirurgie (nanosurgery).