Quelles recherches menez-vous au Cytomorpholab ?
Nous menons des recherches sur les cellules, leur squelette et leur mécanisme. Un des objectifs du laboratoire est notamment de participer à un élan international visant à essayer de
fabriquer de la matière vivante. La matière vivante étant, comme tous les organismes vivants, composée de cellules, la fabriquer implique pour nous de
construire de toute pièces une cellule.
Comment fabrique-t-on ces cellules
artificielles ?
Aujourd’hui, des dizaines de groupes de recherche dans le monde sont impliqués dans les cellules artificielles. Certains sont concentrés sur la production d’énergie, d’autres sur la synthèse et la dégradation de composants cellulaires. D’autres encore vont utiliser ces fonctions pour étudier les propriétés de la matière vivante : c’est dans ce cadre-là que travaille notre laboratoire. On essaye de comprendre comment les cellules « ressentent », interagissent avec leur environnement par l’intermédiaire de leur squelette qui est dynamique, et s’orientent dans l’espace.
Comprendre ces mécanismes de « sensation » et d’organisation du squelette des cellules est essentiel pour ensuite les reconstituer au sein d’une cellule artificielle. Nous suivons ainsi le postulat réductionniste de Feynman qui dit « ce que je comprends, je peux le construire ».
Plutôt que d’observer les cellules pour comprendre comment elles fonctionnent, on isole les composants de la cellule, on les fait se réassembler en dehors d’un contexte cellulaire, dans un tube à essai, et ces composants reconstruisent l’architecture des cellules.
A quoi ça sert de fabriquer de la matière vivante avec des cellules artificielles ?
La matière vivante, par opposition à la matière inerte, est
une matière qui consomme de l’énergie, pour ne pas se dégrader et pour maintenir sa structure au cours du temps. Par ailleurs c’est une matière à l’intérieur de laquelle
les composants sont renouvelés en permanence. Cette matière peut donc changer et s’adapter à son environnement. Cela pourrait donc devenir un
matériau d’avenir, pour de nombreuses applications.
Ces cellules artificielles pourraient servir à
construire des matériaux fonctionnant différemment, en réintégrant un cycle naturel. Des matériaux qui respirent, qui stockent du CO2, qui produisent des biocarburants, qui utilisent l’énergie propre au vivant, qu’on appelle l’ATP. Des matériaux qui, en se dégradant en permanence, sont
intrinsèquement auto-réparants, auto-dégradables. Cette matière vivante pourrait s'intégrer pleinement dans des cycles écologiques, contrairement à tous les matériaux que l’on utilise aujourd'hui dans l'industrie. Elle permettrait de
développer des systèmes durables et résilients et pourrait être une des briques importantes pour la construction des
prochaines révolutions industrielles.
Ces cellules artificielles ne vont pas servir à faire de la thérapie et du soin. Pour cela, on va utiliser des cellules qui existent déjà, que l’on va modifier pour accomplir des tâches d’intérêt visant à traiter des patients.
En quoi l’étude publiée récemment dans EMBO journal constitue une avancée ?
Cette étude montre comment nous avons réussi à reconstituer, dans un micro-compartiment fermé de la taille d’une cellule, la dynamique de deux des composants du squelette cellulaire : les microtubules et les filaments d’actine. C’est la première fois que nous avons été capables de comprendre les paramètres physiques et géométriques qui font qu’en réponse à un signal externe, une cellule se « polarise » en réorganisant son squelette interne et en repositionnant ses organelles selon un axe défini par la position du signal.
Pourquoi le CEA est impliqué dans ces travaux ?
Le CEA a la particularité de développer et de contrôler toute la chaine de valeur depuis la recherche la plus fondamentale jusqu'au développement des prototypes et leur mise en application dans des protocoles industriels. Si
le CEA s’implique aujourd'hui dans des recherches très amont sur le vivant, c'est parce qu’un jour, il deviendra possible d'utiliser ces mécanismes du vivant pour aller jusqu'à des applications industrielles.
Quels sont les deux composants qui forment l’architecture des cellules ?
L’architecture des cellules est multiple. Elle est composée d’un réseau de filaments en périphérie qui tapissent le bord des cellules : c’est le premier réseau qui va interagir avec l’environnement. L’autre réseau, fait de microtubules, est une forme d’étoile partant du centre des cellules et qui va interagir avec la première architecture. C’est la discussion entre ces deux réseaux qui va permettre aux cellules de sentir l’information en différents points de l’espace, de les intégrer en un point, et ensuite de produire une réponse en s’orientant dans l’espace. Cela peut servir à la cellule à s’orienter vers une source de nourriture, à échapper à un prédateur. C’est un mécanisme élémentaire primitif de toutes les cellules vivantes.