Ces vingt dernières années plusieurs techniques ont été développées pour sonder les propriétés mécaniques de la matière biologique aux échelles allant du nanomètre au micromètre. Ces techniques ont dévoilé l’importance cruciale d’aspects mécaniques dans la régulation de nombreux processus biologiques (migration et division cellulaires, différenciation, etc.) ou pathologique (cancer, athérosclérose, etc). Les échelles spatiales impliquées, du nanomètre au micromètre, limitent l’accès expérimental à un nombre limité de grandeurs mécaniques. Ce cours fournit les bases pour comprendre quelles sont ces grandeurs mesurables, et selon quel principe (par exemple déflexion d’un cantilever, force photonique, magnétique, étirement d’un substrat mou). Les problématiques liées aux deux « mondes » nanométriques (échelle 1-10 nm) et micrométriques (1-10µm) sont abordées : molécules uniques soumises aux fluctuations thermiques (exemple de la rupture d’un lien adhésif ligand-récepteur), ou mesure des propriétés viscoélastiques cellulaires par micro-indentation faisant appel à des bases de mécanique du contact. Le cours a aussi pour objectif de sensibiliser les élèves au contexte de la recherche fondamentale et appliquée à l’interface entre mécanique et biologie.
Thèmes traités :
- architecture cellulaire, molécules, mécanique et organites (membrane, cytosquelette, noyau, etc.),
- rhéologie cellulaire,
- mécanique du contact et micro-indentation (modèle de Hertz, Sneddon),
- lois de comportement : élasticité, viscoélasticité cellulaires, relaxation/fluage en loi de puissance,
- techniques Expérimentales (liste non exhaustive) : pinces optiques, pinces magnétiques, microscopie à force atomique, micropipettes, ‘traction force microscopy’, spectroscopie de force.
Déroulement du cours.
Pendant le cours un nombre significatif (5-7) d’intervenant.e.s viendront présenter leur travail de recherche touchant à des notions de mécanique cellulaire. Le cours sera également composé de cours magistraux et de problèmes associés résolus pendant les heures de cours. Une à deux séances de démonstration expérimentale seront réalisées au laboratoire (microindentation cellulaire, viscoélasticité de globules blancs). Les élèves seront amenés à présenter des articles scientifiques en binôme. Au début de chaque séance, un questionnaire à choix multiple est donné basé sur une lecture obligatoire donnée d’une semaine à l’autre.
Evaluation :
- questionnaire à choix multiple hebdomadaire (30%),
- présentation d’articles scientifiques (30%),
- examen final (questionnaire à choix multiple + questions ouvertes, 30%),
- participation pendant les cours (10%).
Numerus clausus : 20
Langue du cours : Français ou Anglais selon la présence de non francophones / French or English depending on the presence of non French speakers in the audience
Credits ECTS : 4
Mise à jour : 14 avril 2020
Over the past twenty years, several techniques have been developed to probe the mechanical properties of biological material on scales ranging from nanometers to micrometers. These techniques have revealed the crucial importance of mechanical aspects in the regulation of many biological (cell migration and division, differentiation, etc.) or pathological (cancer, atherosclerosis, etc.) processes. The spatial scales involved, from nanometers to micrometers, limit experimental access to a limited number of mechanical quantities. This course provides the basics to understand what are these measurable quantities, and according to which principle (for example deflection of a cantilever, photonic or magnetic force, stretching of a soft substrate). The problems linked to the two nanometric (1-10 nm) and micrometric (1-10 µm) “worlds” are tackled: single molecules subjected to thermal fluctuations (example of the rupture of an adhesive ligand-receptor bond), or measurement of cellular viscoelastic properties by micro-indentation using basic contact mechanics. The course also aims to make students aware of the context of fundamental and applied research at the interface between mechanics and biology.
Topics covered:
- cellular architecture, molecules, mechanics and organelles (membrane, cytoskeleton, nucleus, etc.),
- cell rheology,
- contact mechanics and micro-indentation (Hertz, Sneddon model),
- behavior laws: elasticity, cellular viscoelasticity, power-law relaxation / creep function,
- Experimental techniques (non-exhaustive list): optical tweezers, magnetic tweezers, atomic force microscopy, micropipettes, ‘traction force microscopy’, force spectroscopy.
Course sequence.
During the course a significant number (5-7) of researchers will come to present their work related to cellular mechanics. The course will also consist of lectures and associated problems solved during class hours. One to two sessions of experimental demonstration will be carried out in the laboratory (cellular microindentation, viscoelasticity of white blood cells). Students will be asked to present scientific articles in pairs. At the start of each session, a multiple choice questionnaire will be given based on compulsory reading given from week to week.
Evaluation :
- weekly multiple choice questionnaire (30%),
- presentation of scientific articles (30%),
- final exam (multiple choice questionnaire + open questions, 30%),
- participation during lessons (10%).
Numerus clausus : 20
Langue du cours : Français ou Anglais selon la présence de non francophones / French or English depending on the presence of non French speakers in the audience
Credits ECTS : 4
Mise à jour : 14 avril 2020
- Profesor: Husson Julien