Cell material state determines high-frequency cell deformation and microbubble-induced permeabilization

Imaginez une cellule non pas comme une brique statique, mais comme un ballon gélatineux rempli d'un filet complexe et extensible (le cytosquelette). Maintenant, imaginez de minuscules bulles vibrantes (microbulles) dansant autour de ce ballon, poussées par des ondes sonores à haute fréquence (ultrasons).

Cet article explore ce qui se passe lorsque ces bulles dansantes heurtent des cellules vivantes. Si les scientifiques savent depuis longtemps que les ondes sonores peuvent aider à pousser les médicaments à l'intérieur des cellules, ils n'ont pas pleinement compris pourquoi certaines cellules laissent entrer les médicaments facilement tandis que d'autres restent obstinément fermées. La réponse, suggère cette étude, réside dans la façon dont le matériau interne de la cellule est « mou » ou « rigide ».

Voici la décomposition de leur découverte en utilisant des analogies de la vie quotidienne :

1. Les ondulations dans la gelée
Lorsqu'une microbulle vibre à côté d'une cellule, elle ne se contente pas de piquer la surface ; elle envoie des « ondulations » de mouvement invisibles, un peu comme si l'on jetait une pierre dans un étang. Les chercheurs ont utilisé des caméras ultra-rapides (plus rapides qu'un battement de cils) pour observer ces ondulations voyager à travers la cellule. Ils ont découvert que ces ondulations ne voyagent pas éternellement ; elles s'estompent rapidement, généralement sur une distance aussi petite que la largeur d'un seul cheveu.

2. Le filet interne contrôle les ondulations
La distance parcourue par ces ondulations dépend du « filet » interne de la cellule.

• Cellules rigides : Si le filet interne de la cellule est serré et rigide, les ondulations se déplacent différemment et s'estompent d'une manière spécifique.
• Cellules molles : Si la cellule est plus molle et plus semblable à une gelée, les ondulations se comportent différemment.
  Les chercheurs ont prouvé cela en utilisant des médicaments pour rendre les cellules soit plus molles, soit plus rigides. Lorsqu'ils ont modifié la « texture » de la cellule, la vitesse et la portée des ondulations ont changé immédiatement.

3. La porte de la cellule
Le but ultime de cette vibration est d'ouvrir une « porte » temporaire dans la paroi cellulaire afin que les médicaments puissent pénétrer à l'intérieur (un processus appelé perméabilisation). L'étude a trouvé un lien direct : la façon dont les ondulations se déplacent à travers la cellule prédit si cette porte s'ouvrira.

• Si les propriétés matérielles de la cellule (sa mollesse ou sa rigidité) permettent aux ondulations de voyager de la bonne manière, la cellule s'ouvre efficacement.
• Si les propriétés matérielles ne sont pas les bonnes, l'énergie se dissipe trop rapidement et la porte reste fermée.

L'essentiel
Considérez l'état du matériau interne de la cellule comme l'« accordage » d'un instrument de musique. Les ultrasons et les microbulles sont les musiciens. Si l'instrument (la cellule) est accordé sur le bon état mécanique, le son (l'effet thérapeutique) fonctionne parfaitement. S'il est désaccordé, la musique tombe à plat.

L'article conclut qu'en comprenant et en mesurant la « rigidité » ou la « mollesse » d'un tissu, les médecins pourraient potentiellement utiliser cette information pour concevoir de meilleurs traitements par ultrasons, garantissant que les ondes sonores frappent la bonne note pour administrer les médicaments efficacement.