Role of ECM Physical Properties on Force Distribution and Cell Internal Organization
Contribution des propriétés du micro-environnement sur l'adhésion cellulaire
Résumé
It has grown a great interest among biophysicists that adherent cell senses substrate stiffness and geometry by the process of mechanotransduction. Cells exert force on the extra cellular matrix on which it is subjected to adhere by active mechanism, which involves biomechanical regulatory feedback loop. It is still unclear whether biomechanical,biochemical or geometrical stimuli dominates invivo. Underlying mechanism behind the way cell senses, redistributes and transmits force still needs to elucidate. In the first part we show how geometrical modulation influences traction force and tension distribution in the actin cytoskeleton, and also localization of focal adhesion at single cell level by combining use of Micropatterning and Traction force microscopy technique. We measure cell traction force seeded on different micropattened shapes(like U,arrow and H) coated with protein on 2D soft polyacrilamide gel embedded with nano beads. We show that geometrical cue redistributes traction force locally while projected area designed for a single cell is conserved. we compare cell traction force developed when cells are on a continuous 2D circular array pattern with discrete 3D micropillar array of same stiffness. We also have investigated how forces are varied with rigidity modulation of the extra cellular matrix in both these two cases. A quantitative measurement has been done on the spatially localized adhesion proteins on the circular dots and also actin re-organization. In the sencod part to achieve more systematic understanding of force distribution we have consider more on force localization and orientation on different patterned geometry( V, T, Tripod, Plus). We correlate force distribution with stress fiber and focal adhesion localization. Finally we look into centrosome distribution in correlation with force and other internal organization. An alternate approach has been made towards the development of thermoresponsive micropattern, made of poly(N-isopropyla crylamide) brushes, grafted at high surface density. Surface functionalization and cell attachment on the surface are bescribed. We discuss temperature-dependent swelling properties of PNIPAM and the polymerbrush as a microactuator which induces cell detachment. We also have looked into stress fiber distribution when cell is cultured on different thermoresponsive pattern geometries.
Les cellules exerçert des forces sur la matrice extra cellulaire sur laquelle elles adhérent impliquant une boulle de régulation biomécanique. Cependant les sous-jacents de par lesquelles les cellules sentent et transmettent les forces restent encore m^echaniemes à elucider. Dans la premiére partie nous allons comment le modulations géométrique les forces de tractions et la distributions des tensions dans le cytosquelette d'actine ainsi que localisation des adhésions focales sur une cellule unique en combinant l'utilisation de la technique de micropatterning et de microscopie à traction de force. Nous avons mesuré la force de traction cellulaire sur différentes formes géométriques mocropatterns (comme un U, flieche ou H) recouvert de protéines sur des gels mous de polyacrilamide 2D dans lequl sont intégrés des nanobilles fluorescenes. Nous avons montré que la géométrie influencait la distribution des forces de tractions localement tandis que l'aire projetée des differentes formes restait conservée (pour une celule). Puis nous avons comparé la force de traction cellulaire développée quand les cellules sont sur des motif contirees circulaire 2D avec des motifs discrets en forme de micropiliers 3D de la me^me rigidité . Nous avons aussi étudie comment les forces varies en fonction de la rigidité de la matrice extracellulaire dans les deux cas précédents une mesure quantitative a été faite sur la localisation spatiale des protéines d'adhésion sur les formes circulaires et aussi sur l'organisation de l'actine. Afin d'ovoir une compréhension systématique de la distribution des forces nous nous sommes concentré sur la localisation et l'orientation des forces sur différentes géométrics de motifs (V, T, Tripod et plus). Nous avons corrélé la distribution avec celle des dibers de stesses et la localisation des adhésions focales. Ensuite nous nous sommes intéressés la distribution des centrosome en corrélation avec la forces et l'organisation d'autres eléments internes. Nous avons égolement essayé de prédire la force de traction en utilisant un modele théorique. Pour finir, nous avons developpé une novelle méthode de micropatterning fabriqué à partir de brosses de polymeres de PNIPAM qui sont thermosensibles. La fonctionalisation de surface et l'adhésion des cellules sur la surface sont aussi décrites. Nous discutons également de la dépendance en température des propriétés du PNIPAm et de l' utilisation desbrosses de polymeres comme actuateur pour induire les détachments des cellules. Nous avons aussi regardé la distribution des fibres de stress quand la cellule est cultivée sur différent types de motif thermosensible.
Domaines
Autre [cond-mat.other]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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