Les principales macromolécules constitutives de la matrice extracellulaire – collagène, élastine, protéoglycanes et glycoprotéines de structure – essentielles à sa cohésion et à sa résilience ne sont pas de simples éléments de soutien, mais des constituants actifs évoluant en fonction de la physiologie et de la pathologie. Leur fonctionnalité est reliée à leur dynamique interne sur différentes échelles de temps et de longueur, en étroite relation avec l’eau.

De nombreuses techniques statiques ont permis d’évaluer les différents niveaux de structure dans les protéines à l’état déshydraté ou en solution, amenant à des relations structure/fonction biologique. Cependant, les analyses temporelles ou fréquentielles, qui ont montré leur capacité à sonder la dynamique de polymères ou de matériaux composites, méritent d’être adaptées à l’étude des polypeptides et protéines.

A travers des exemples variés (en particulier pour les tissus cardio-vasculaires et cutanés et les muqueuses), nous montrerons comment les techniques diélectriques et mécaniques, couplées à l’analyse thermique et vibrationnelle, permettent d’explorer la structure physique et la dynamique de systèmes biologiques de complexité croissante, à l’échelle nanométrique et mésoscopique. Nous verrons aussi comment les signatures vibrationnelles, thermiques, mécaniques et diélectriques collectées sur des protéines et tissus sains peuvent contribuer à la compréhension du vieillissement, de certaines pathologies et permettent l’optimisation de biomatériaux de substitution.

Alors que le tissu adipeux médullaire (TAM) représente environ 10% de la masse adipeuse totale, ce dépôt reste très mal caractérisé chez l’Homme. Contrairement aux autres dépôts adipeux, la masse adipeuse médullaire est augmentée avec l’obésité mais aussi en situation de déficit énergétique (anorexie nerveuse ou restriction calorique) suggérant que les adipocytes médullaires (Ad-M) possèdent un métabolisme spécifique.

La microscopie à Rayons X (XRM) est une technique d’imagerie non destructive qui permet d’observer la structure interne et tridimensionnelle d’un échantillon en exploitant ses capacités d’absorption des rayons X. Encore peu répandue dans le domaine des sciences de la vie, nous présenterons l’applicabilité de la XRM aux tissus biologiques (tissus durs et mous) en donnant des perspectives de performances attendues en termes de contraste et de résolution.

En tenant compte de l’expertise dont l’unité dispose déjà pour l’imagerie 3D en fluorescence des modèles de vieillissement, nous montrerons comment l’utilisation de rapporteurs fluorescents peut aussi être exploitée en XRM afin de corréler les informations structurales qu’elle fournit avec les informations fonctionnelles obtenues en microscopie optique.

La mise à disposition de ces technologies ZEISS au sein de RESTORE devrait ouvrir la voie vers de nouveaux développements tels que la mise en place d’un workflow expérimental pour une analyse multi-échelle. L’obtention de données 3D voire 4D au cours du temps serait en effet pertinente pour établir la signature spectrale d’un tissu en lien avec son état global, dans un contexte d’étude de la perte de fonction liée à l’âge.

Ainsi, par leur capacité à libérer du cholestérol, les AM pourraient affecter les cellules à proximité comme les cellules tumorales prostatiques, aspects que nous étudions actuellement au laboratoire. Nos résultats préliminaires montrent que des cellules tumorales prostatiques cocultivées avec des AM accumulent des lipides neutres. Considérant la spécificité métabolique des AM (absence de lipolyse et métabolisme orienté vers le cholestérol), il sera donc important de déterminer la nature de ces lipides libérés et stockés dans les cellules tumorales ainsi que les mécanismes permettant leur libération.

Alors que le tissu adipeux médullaire (TAM) représente environ 10% de la masse adipeuse totale, ce dépôt reste très mal caractérisé chez l’Homme. Contrairement aux autres dépôts adipeux, la masse adipeuse médullaire est augmentée avec l’obésité mais aussi en situation de déficit énergétique (anorexie nerveuse ou restriction calorique) suggérant que les adipocytes médullaires (Ad-M) possèdent un métabolisme spécifique.

Notre équipe a établi une collaboration avec le Service de Chirurgie Orthopédique et Traumatologique du CHU de TOULOUSE afin d’obtenir des AM humain et de les caractériser sur un plan métabolique. Malgré une morphologie semblable aux adipocytes du tissu adipeux sous cutané (Ad-SC), les Ad-M présentent un métabolisme lipidique très différent des Ad-SC. En effet, nous avons montré que les Ad-M sont dépourvus d’activité lipolytique ce qui explique pour la première fois pourquoi ce dépôt adipeux est préservé en situation de déficit énergétique. L’analyse protéomique de ces adipocytes a aussi révélé qu’ils ont un métabolisme orienté vers le cholestérol puisqu’ils expriment fortement des enzymes impliquées dans l’hydrolyse du cholestérol comme LIPA (Lysosomal Acid Lipase) et NCEH1 (Neutral Cholesterol Ester Hydrolase 1).

Ainsi, par leur capacité à libérer du cholestérol, les AM pourraient affecter les cellules à proximité comme les cellules tumorales prostatiques, aspects que nous étudions actuellement au laboratoire. Nos résultats préliminaires montrent que des cellules tumorales prostatiques cocultivées avec des AM accumulent des lipides neutres. Considérant la spécificité métabolique des AM (absence de lipolyse et métabolisme orienté vers le cholestérol), il sera donc important de déterminer la nature de ces lipides libérés et stockés dans les cellules tumorales ainsi que les mécanismes permettant leur libération.