Description du sujet de thèse

Les propriétés mécaniques, géométriques et chimiques de la matrice extracellulaire fibreuse 3D jouent un rôle clé dans l’initiation et la progression du cancer, en contrôlant le mouvement et le devenir des cellules tumorales ainsi que des fibroblastes ou des cellules immunitaires environnantes. La communauté a récemment mis l'accent sur le développement de matrices aux propriétés de fibres contrôlables, comme outils permettant de comprendre le comportement mécanique et la migration des cellules. Cependant, alors que de nombreux biomatériaux ont été conçus pour obtenir les propriétés souhaitées à l’échelle multicellulaire, le contrôle de l’architecture 3D et de la chimie des fibres à l’échelle subcellulaire nécessite des techniques spécifiques comme la polymérisation biphotonique. Notre équipe a développé au fil des années une boîte à outils complète pour produire à volonté des géométries 3D complexes et des réseaux de fibres 1,2, en polymères hybrides, hydrogels ou matériaux protéiques, qui comprend également une mesure innovante des forces 3D exercées par les cellules. Notre système constitue désormais un outil idéal pour comprendre finement l’adaptation dynamique de la migration individuelle et collective des cellules vers le microenvironnement, y compris les comportements de migration et les changements de forme cellulaire dans les tumeurs.
Ce projet vise à caractériser le comportement dynamique des cellules cancéreuses et des cellules environnantes, en relation avec la géométrie fine et les propriétés mécaniques et chimiques locales de leurs microenvironnements fibreux 3D. La polymérisation à deux photons sera utilisée pour construire une variété d'architectures génériques 3D de grilles de fibres caractéristiques de la matrice extracellulaire tumorale, comme des structures avec des gradients de rigidité, de densité de fibres ou différentes réticulations de fibres. Dans ces différentes architectures, les biais de migration, la morphologie dynamique des cellules et de leurs noyaux et protubérances membranaires (dont les filopodes) et les forces 3D locales seront systématiquement analysées, et les résultats intégrés dans un cadre général en lien avec les conditions physiques et indices chimiques de la grille. Les lignées cellulaires étudiées seront des modèles de cellules tumorales marquées par fluorescence de cancer du sein ou du rein, de fibroblastes ou de fibroblastes associés au cancer, ou de cellules immunitaires. L'acquisition d'images sera effectuée par des outils optiques avancés, un disque rotatif ou une microscopie à feuille de lumière en réseau. Une partie importante du projet sera de développer à partir des outils précédents du groupe et de la littérature existante des pipelines d'analyse d'images automatisés avec des techniques basées sur l'intelligence artificielle, et d'intégrer ces résultats dans un cadre général.
Ce projet est basé sur l'expertise du consortium en chimie, polymérisation à deux photons et dynamique cellulaire, y compris l'analyse d'images et les mesures de force en 3D. Il bénéficiera grandement de la synergie avec les projets collaboratifs parallèles développés dans l'équipe dans diverses architectures 3D. Le système développé, des microstructures aux ensembles de données de dynamique cellulaire et au développement de l'analyse d'images automatisée, sera d'intérêt général pour la communauté et ouvrira la voie à de futures applications dans le domaine des traitements contre le cancer, par exemple en ciblant l'organisation de la matrice.

1. Ucla, P. et al. Dynamics of Endothelial Engagement and Filopodia Formation in Complex 3D scaffolds. Int. J. Mol. Sci. 23, 2415. (2022).
2. Coscoy, S. et al. Microtopographies control the development of basal protrusions in epithelial sheets. Biointerphases 13, 041003 (2018).

Contexte de travail

Nous recherchons des candidats pour un poste de doctorat souhaitant travailler dans un environnement interdisciplinaire, et nous considérerons une variété de profils pour ce projet avec une formation en chimie, en polymères, en biomatériaux ou en sciences des matériaux.