La nanochirurgie laser en biologie cellulaire

Abstract

La cellule est un univers dynamique et compartimenté où interagissent une multitude de sous composants à l’échelle nanométrique. Afin d’étudier l’organisation subcellulaire, il est devenu nécessaire de posséder des outils permettant une manipulation directe extrêmement précise et non invasive. L’avènement des lasers à impulsions, dès les années 60, a conduit à la naissance de la chirurgie au laser. Aujourd’hui, la réduction des impulsions laser en dessous de la nanoseconde permet de mieux comprendre leur interaction avec les tissus biologiques et de contrôler des interventions chirurgicales à une résolution de l’ordre de quelques centaines de nanomètres. Utilisant l’ionisation de la matière par la lumière, cette nanochirurgie laser permet d’effectuer des interventions chirurgicales intracellulaires telles que la découpe de microtubules ou de fibres de tension, sans endommager les structures environnantes ou compromettre la viabilité cellulaire. Ainsi, l’utilisation de lasers à impulsions ultra-courtes, plus précis et puissants, offre une nouvelle approche pour l’étude des forces en biologie ou pour la quantification de la dynamique du cytosquelette.

Since their first use in the early 60’s, pulsed lasers have become increasingly popular for their ability to ablate biological tissue. Short laser pulses allow high precision surgery for biological and medical applications with minimal invasiveness. Performing highly targeted manipulation and ablation allows experiments impossible so far in development biology, cellular biology or even assisted reproductive technologies and laser surgery has been increasingly used over the last five years to answer key questions in Biology. Recently, picosecond UV and femtosecond IR laser pulses have been used to cleave microtubules and to severe actin stress fibers in vivo with a spatial precision in the submicrometer range to study their dynamics without affecting cell viability. We review recent findings on the underlying principles of pulsed laser nanosurgery mechanisms showing how the use of ultra short laser pulses increases precision and non-invasiveness of laser surgery. We show how the understanding of the surgical process allows one to distinguish between single cell ablation in living organisms or intracellular nanosurgery in living cells and we review recent applications to the study of forces and the quantification of cytoskeleton dynamics.