Structure and dynamics of single living cells : comparison of non intrusive coherent microscopicmethods and AFM indentation experiments

• Main Author: Martinez Torres, Cristina
• Other Authors: Lyon 1
• Language: en
• Published: 2015
• Subjects: Mécanique cellulaire; Microscopie à force atomique; Microscopie de diffraction de phase; Analyse multi-échelle; Ondelettes; Leucémie; AFM; DPM; Cell mechanism; Atomic ForceMicroscopy; Diffraction Phase Microscopy; Multi-scale analysis; Wavelets; Leukemia; 530
• Online Access: http://www.theses.fr/2015LYO10168/document

Le premier chapitre de cette thèse traite de l'importance des échelles temporelles et spatiales dans le contexte des systèmes vivants. J'y décris également les principaux composants de la réponse mécanique des cellules vivantes. Après ce chapitre introductif, le deuxième chapitre est dédié à la réponse mécanique des cellules évaluée avec l'AFM et en particulier, son aspect dynamique. Je présente d'abord l'analyse des courbes force-indentation, puis je propose une méthode alternative pour l'étude de la rhéologie cellulaire qui est basée sur l'excitation multifréquence du levier par bruit thermique. La DPM est l'objet du troisième chapitre où je revisite la méthode d'extraction de phase en utilisant la transformation en ondelette à deux dimensions. Ensuite je montre comment la DPM peut être utilisée pour caractériser les fluctuations temporelles et la morphologie de différents types de cellules du sang et de cellules adhérentes. Finalement, le chapitre quatre est un chapitre de conclusion où je fais une synthèse des résultats obtenus. Par exemple, je montre que, en comparaison avec des cellules saines, les cellules leucémiques subissent des changements morphologiques qui sont accompagnés par un comportement mécanique plus rigide et plus élastique. Cela indique que dans cet exemple la transformation cellulaire n'est pas seulement donnée par son cortex mais aussi par son cytosquelette et son couplage avec le noyau === In the first chapter of this thesis I discuss the importance of spatial and temporal scales in living systems, and I review the main components involved in the mechanical response of living cells. After this introductory chapter, the second one is dedicated to evaluating the mechanical response of single-cells with AFM, and in particular, its dynamical aspect. I present the analysis of force-indentation curves without any assumption on the linearity of the system, contrary to more typical analysis based on Sneddon’s or Hertz models. Then, I propose an alternative method to study the cell rheology based on the multi-frequency excitation of the cantilever by thermal noise. DPM is discussed on chapter three. I revisit the phase recovery method using the 2D wavelet transform, and I show how DPM can be used to characterize the temporal fluctuations and the morphology of different types of blood cells and adherent cells. Finally, chapter four is a conclusion chapter where I summarise our results by comparing healthy and pathological immature blood cells. For instance I show that, in comparison to healthy cells, leukaemic cells undergo morphological changes that are accompanied by a stiffer and more elastic behaviour. Altogether, our results indicate that this cell transformation involves the whole cytoskeleton and its coupling to the nucleus rather than simply the cell cortex