Conjuguer art et recherche cellulaire

Andrew Pelling

« J’aime la recherche exploratoire, aiguillée par la curiosité, et je crois que je travaille bien de cette façon. Le monde a besoin de spécialistes, mais on peut encore faire une grande place au jeu – surtout dans un labo. »

– Andrew Pelling

Sémillant et inquisiteur, Andrew Pelling est à l'avant-garde de la recherche sur les forces mécaniques, jetant ainsi un nouvel éclairage sur le devenir des cellules.

Quelles sont les variables qui déterminent la fonction et le devenir d'une cellule? Andrew Pelling et son équipe travaillent – et jouent – à l'interface de l'art et de la biophysique pour examiner des facteurs rarement explorés liés aux équations des fonctions cellulaires : les facteurs mécaniques.

Andrew Pelling, à titre de titulaire d'une chaire de recherche du Canada et de professeur aux départements de physique et de biologie de l'uOttawa, dirige un laboratoire fort occupé qui mène des recherches cellulaires multidisciplinaires de pointe. Il se réserve également du temps pour poursuivre des intérêts connexes dans le domaine du bioart – cet étrange mariage de l'imagination et des sciences pures. 

M. Pelling collabore souvent avec une artiste en nouveaux médias, l'Allemande Anne Niemetz, et a été professeur invité, au printemps dernier, à SymbioticA, un laboratoire artistique des sciences de la vie qui se trouve à l'Université Western Australia.

« Les frontières entre tous ces projets et disciplines deviennent de moins en moins nettes, explique ce chercheur inquisiteur. Il arrive souvent que mes étudiants donnent également un coup de main pour faire avancer les projets de bioart. Tout le monde s'amuse. »

Bien que les résultats de sa recherche puissent contribuer de façon très sérieuse à la santé et à la longévité humaines, les mots « amusant » et « jeu » occupent une place importante dans le vocabulaire de M. Pelling.

« J'aime la recherche exploratoire, aiguillée par la curiosité, et je crois que je travaille bien de cette façon, explique-t-il. Le monde a besoin de spécialistes, mais on peut encore faire une grande place au jeu – surtout dans un labo… Je crois que cela engendre des idées plus intéressantes et des innovations plus prometteuses. »

Andrew Pelling et ses collègues tentent d'innover, entre autres moyens, par l'exploration de l'incidence sur les cellules des forces mécaniques responsables du mouvement des muscles, des organes et du sang. Ainsi, ils examinent des questions comme les effets de l'étirement et de la contraction du tissu pulmonaire pendant la respiration, et de l'hypertension artérielle sur l'aorte.

« Il a été démontré, par exemple, que les cellules souches réagissent à la raideur de leur microenvironnement, explique-t-il. Nous pouvons diriger leur développement en modifiant leur microenvironnement, le rendant plus douillet ou plus rigide. Sans médicaments, sans produits chimiques, sans transfert génétique. C'est uniquement la mécanique qui détermine le devenir des cellules souches. »

M. Pelling convient que les forces mécaniques qui influent sur les cellules ne sont pas mauvaises en soi. En fait, l'inverse est habituellement vrai. Notre corps a besoin de ces dynamiques mécaniques pour fonctionner normalement.

« Les choses ont tendance à devenir problématiques, explique-t-il, lorsqu'une cellule n'arrive plus à réagir adéquatement à ces forces et à ces signaux mécaniques, ou encore lorsqu'elle subit une perte de sensibilité face aux propriétés de ce microenvironnement mécanique. »

En outre, lorsque les forces au sein du corps subissent un déséquilibre quelconque (dans le cas de l'hypertension, par exemple), la réaction des cellules peut être nuisible.
« Les effets de l'hypertension sont nombreux, explique M. Pelling, mais un de ces effets est que la pression affaiblit la structure et les propriétés mécaniques de l'aorte – menant souvent à l'anévrisme. »

Les enquêtes mécaniques de M. Pelling sont quelque peu inhabituelles parce que l'étude scientifique du comportement de la cellule a traditionnellement été axée sur des facteurs biochimiques, comme le génome.

« Bien qu'une grande part de l'information dont nous disposons aujourd'hui est née de ces efforts, cela a eu pour effet de brosser un portrait très unidimensionnel de la question. Il nous manque donc beaucoup d'informations d'ordre mécanique », affirme le chercheur.

« Ainsi, nous savons à présent que plusieurs protéines ont évolué de sorte à être activées par la force physique », renchérit-il.

« Certaines requièrent un étirement physique – et non pas un changement conformationnel biochimique – pour exposer un site de liaison et lui permettre de faire son travail, explique M. Pelling. Nombre de structures cellulaires, comme celle de la flagelle, ont évolué comme elles l'ont fait parce qu'aucune autre forme n'aurait fait l'affaire. Elles ont subi l'influence directe des caractéristiques physiques de l'environnement. »

Parmi les applications les plus évidentes de la recherche de M. Pelling, on compte la détection de maladies issues de l'inhibition mécanique, de mutations génétiques ou de signaux biochimiques. Or, ce sont les applications moins apparentes qui piquent la curiosité de ce scientifique.

« Ce qui m'intéresse le plus, c'est l'utilisation de stimuli mécaniques, topologiques et physiques pour dicter ou contrôler le devenir cellulaire, la différenciation et la morphogenèse, affirme-t-il. L'objectif ultime est de créer des organes sur mesure ou des appareils bio-silicone-électroniques hybrides, créés non pas nécessairement en vue de greffes humaines, mais à titre d'outils. »

Pour satisfaire cette curiosité et d'autres encore, le laboratoire d'Andrew Pelling a recours à une gamme de techniques de manipulation cellulaire, comme l'insertion génétique pour identifier les protéines, ou encore à des sondes à balayage, des microscopes optiques et une gamme d'appareils à tension sur mesure.
« Il est étonnant de constater la panoplie et la complexité des effets qu'ont les actions de pousser et de tirer sur les choses, ou encore de les étirer, s'émerveille M. Pelling. Nos expériences sont très naïves, voire simplistes, mais les résultats en sont immensément complexes. Voilà qui est fascinant. »

« Il y a une chose que je répète à qui veut bien l'entendre, conclut M. Pelling. J'aimerais que mon équipe de laboratoire compte un plus grand nombre de personnes, car si nous tombons souvent par hasard sur des phénomènes intéressants, nous ne disposons pas de suffisamment de ressources humaines pour poursuivre ces pistes prometteuses. On dirait que chaque semaine, mon groupe obtient des résultats intéressants – j'en suis chaque fois ébloui. »

Quel genre de monde post-humain entrevoit Andrew Pelling? « Pourquoi se limiter à créer des répliques parfaites du coeur humain? Loin de moi l'idée de banaliser un tel exploit. Mais pourquoi ne pas créer un tout nouvel organe qui n'existe pas encore? Peut-être un organe doté de quatre petits poumons, d'une adresse IP et d'un compte Twitter. Je sais que cela peut paraître complètement saugrenu, mais pourquoi ne pas devancer l'évolution humaine? » 

 

par Tony Martins

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