Déformabilité de cellules cancéreuses sur des surfaces microstructurées en 3D

Deformability of cancer cells on 3D microstructured surfaces

• Auteur / Autrice : Nayana Tusamda Wakhloo
• Direction : Karine Anselme, Jean-Noël Freund
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique
• Date : Soutenance le 13/11/2018
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Noël Freund

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique

Cellules cancéreuses

Cancer -- Thérapeutique

Mots clés libres

Cellule

Déformation du noyau

Cancer

Topographie

LINC

Actomyosine

Hydrogels

Forces

Cell

Nucleus deformation

Cancer

Topography

LINC

Actomyosin

Hydrogels

Forces

Résumé

Cette thèse traite de la compréhension du comportement de différents types de cellules cancéreuses sur des surfaces microstructurées. Nous avons étudié le comportement de cellules issues d’ostéosarcome (SaOS-2) et en particulier leur déformation nucléaire sur des micro-piliers confinés. Nous avons analysé le rôle du cytosquelette, des adhésions focales (AF), du nucléosquelette (LINC et lamin A) et de la chromatine, sur cette déformation. L'actomyosine et les filaments intermédiaires de vimentine jouent un rôle crucial dans l'orchestration de la déformation nucléaire. Nous avons constaté que la disposition des AF était principalement sur les parois latérales des piliers et que la connexion LINC-cytosquelette était essentielle pour le processus de déformation nucléaire contrairement à la lamine A. En utilisant des modulations chimio-topographiques des micro-piliers et un modèle de simulation numérique, nous avons démontré que ce sont les forces de traction et non pas les forces de poussée qui permettent la déformation cellulaire et nucléaire des cellules d'ostéosarcome.Nous avons également étudié la déformation nucléaire de SaOS-2 sur des micropiliers en hydrogel présentant différentes chimies et rigidités. Nous avons vu que la morphologie cellulaire, l'organisation de l'actine et le comportement des AF étaient modulés par la chimie et la mécanique du substrat. Pour explorer le rôle de l’origine du cancer, nous avons examiné le comportement de divers carcinomes du côlon sur des microtopographies différentes et constaté que les cancers d'origine épithéliale étaient moins sensibles à la microtopographie que les cellules cancéreuses d'origine mésenchymateuse. Par contre, leur comportement était affecté de manière plus visible sur des grandes cavités plus proches en termes de taille de celles des cryptes et villosités intestinales.

This thesis deals with understanding behaviour of different cancer cell types on microstructured topography. We studied the behaviour of osteosarcoma cell line (SaOS-2) on confined micropillar structures and in particular their nuclear deformation. We analysed the role of the cytoskeleton, focal adhesions (FAs), nucleoskeleton (LINC and lamin A) and chromatin in SaOS-2 deformation on micropillar topography. Actomyosin and vimentin intermediate filament were shown to play a crucial role in orchestrating nuclear deformation. We found that FAs arrangement was mostly on side walls of pillars and that the LINC-cytoskeletal connection was essential for the nuclear deformation process but not lamin A. Employing chemo-topography modulations of pillars and a computational simulation model we demonstrated that the pulling down forces and not pushing down forces drive the cellular-nuclear deformation in osteosarcoma cells. We also studied the nuclear deformation of SaOS-2 on hydrogel micropillars with different stiffness and chemistry. We saw that cell morphology, actin organization and FAs behaviour was modulated by the substrate mechanics and chemistry. To explore the role of cancer origin, we examined the behaviour of various colon carcinomas on various micro-topographies and found that the epithelial origin cancers are less responsive to microscale topography compared to mesenchymal origin cancerous cells. However, their behaviour was affected on large pits which resembled the intestinal crypt and villi arrangement in terms of size.