Enfants, tondeuses à gazon, avions, trains, automobiles - à peu près tout fait du bruit. Et si deux scientifiques californiens ont raison, les cellules vivantes aussi. Dans des expériences récentes utilisant la science de pointe de la nanotechnologie, les chercheurs ont trouvé des preuves que les cellules de levure émettent un type de crissement alors que les cellules de mammifère peuvent en émettre un autre. Les recherches, bien que préliminaires, sont potentiellement "révolutionnaires", comme le dit un scientifique, et une possible application médicale, certes lointaine, est déjà poursuivie: un jour, la pensée s'en va, en écoutant les sons que vos cellules émettent pourraient dire un médecin, avant l'apparition des symptômes, que vous soyez en bonne santé ou sur le point de tomber malade.
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Le fondateur de l'étude des sons cellulaires, ou "sonocytologie", comme il l'appelle, est Jim Gimzewski, chimiste de UCLA âgé de 52 ans, qui a contribué à l'exposition d'un musée d'art sur la structure moléculaire. L'idée des cellules lui vint en 2001 après qu'un chercheur en médecine lui eut annoncé que, lorsque les cellules cardiaques vivantes étaient placées dans une boîte de Pétri contenant les nutriments appropriés, elles continueraient de vibrer. Gimzewski commença à se demander si toutes les cellules pourraient battre et si tel était le cas, de si petites vibrations produiraient-elles un son détectable. Après tout, a-t-il expliqué, le son n'est que le résultat d'une force qui pousse des molécules, créant une onde de pression qui se propage et s'enregistre lorsqu'elle frappe le tympan. Il a également expliqué que, même si un bruit généré par une cellule ne serait pas audible, il pourrait être détecté par un instrument particulièrement sensible.
Gimzewski est bien placé pour aborder la question, étant à la fois un expert en instrumentation - il a construit ses propres microscopes - et un chez-soi confortable dans le monde de l'infiniment petit. Chef de file en nanotechnologie, ou la science de la manipulation d'atomes et de molécules individuels pour construire des machines microscopiques, Gimzewski a travaillé précédemment au laboratoire de recherche d'IBM à Zurich, en Suisse, où il a construit avec ses collègues une hélice moléculaire rotative de 1, 5 nanomètres ou 0, 0000015 millimètres de diamètre. Ils ont également construit le plus petit boulier du monde, qui avait pour perles des molécules individuelles d'un diamètre inférieur à un nanomètre. Les exploits, qui ont suscité un vif succès, ont clairement montré que la promesse tant attendue de la nanotechnologie reposait sur une réalité.
Pour sa première incursion en sonocytologie, Gimzewski a obtenu des cellules de levure auprès de collègues en biochimie de l'UCLA. (Il a «eu des regards», se souvient-il, lorsqu'il avait expliqué pourquoi il souhaitait les cellules.) En collaboration avec l'étudiant diplômé Andrew Pelling, Gimzewski a mis au point un moyen de tester le bruit cellulaire avec un outil nanotechnologique appelé microscope à force atomique (AFM). Habituellement, un AFM crée une image visuelle d'une cellule en passant sa très petite sonde, elle-même si petite que son extrémité est microscopique, à la surface de la cellule, mesurant chaque bosse et chaque creux de sa membrane externe. Un ordinateur convertit les données en une image. Mais les chercheurs de l'UCLA ont maintenu la minuscule sonde de l'AFM en position fixe, en la posant légèrement sur la surface d'une membrane cellulaire "comme une aiguille record", explique Pelling, afin de détecter toute vibration générant un son.
La paire a constaté que la paroi cellulaire montait et descendait de trois nanomètres (environ 15 atomes de carbone empilés les uns sur les autres) et vibrait en moyenne 1 000 fois par seconde. La distance à laquelle la paroi de la cellule se déplace détermine l'amplitude ou le volume de l'onde sonore et la vitesse du mouvement de bas en haut est sa fréquence ou son ton. Bien que le volume du son de la cellule de levure soit beaucoup trop faible pour être entendu, Gimzewski affirme que sa fréquence était théoriquement dans les limites de l'audition humaine. "Nous ne faisons donc qu'augmenter le volume", ajoute-t-il.
Gimzewski (tenant un modèle d'une molécule de carbone dans son laboratoire UCLA) utilise un microscope à force atomique pour "écouter" les cellules vivantes. (Debra DiPaolo) La fréquence des cellules de levure que les chercheurs ont testées a toujours été dans la même gamme haute, "environ un do dièse à D supérieur au do moyen en termes de musique", dit Pelling. Saupoudrer de l'alcool sur une cellule de levure pour la tuer augmente le ton, tandis que les cellules mortes émettent un son grave et grondant qui, selon Gimzewski, est probablement le résultat de mouvements atomiques aléatoires. La paire a également constaté que les cellules de levure présentant des mutations génétiques produisent un son légèrement différent de celui des cellules de levure normales; Cette idée a fait naître l'espoir que cette technique pourrait éventuellement être appliquée au diagnostic de maladies telles que le cancer, qui serait à l'origine de modifications de la constitution génétique des cellules. Les chercheurs ont commencé à tester différents types de cellules de mammifères, y compris les cellules osseuses, qui ont une hauteur plus basse que les cellules de levure. Les chercheurs ne savent pas pourquoi.
Peu de scientifiques sont au courant des travaux de sonocytologie de Gimzewski et de Pelling, qui n'ont pas été publiés dans la littérature scientifique ni examinés attentivement. (Les chercheurs ont soumis leurs conclusions à une revue à comité de lecture pour publication.) Le bouche à oreille a suscité le scepticisme et l’admiration. Hermann Gaub, titulaire d'une chaire de physique appliquée à la LudwigMaximilian University de Munich, en Allemagne, estime que les sons que Gimzewski considère comme des vibrations cellulaires pourraient avoir d'autres origines. "Si la source de cette vibration se trouvait à l'intérieur de la cellule, ce serait une solution révolutionnaire, spectaculaire et incroyablement importante", déclare Gaub. "Cependant, de nombreuses sources [sonores] potentielles en dehors de la cellule doivent être exclues." Pelling accepte et dit que lui et Gimzewski sont en train de faire des tests pour écarter la possibilité que d'autres molécules dans le liquide baignant les cellules, voire même la pointe du microscope, génèrent des vibrations que leur sonde capte.
Ratnesh Lal, neuroscientifique et biophysicien à l'Université de Californie à Santa Barbara, qui a étudié les pulsations de cellules cardiaques maintenues en vie dans un plat, affirme que le savoir-faire de Gimzewski en nanotechnologie pourrait être la clé pour déterminer si les cellules produisent du son. "L'espoir ultime est de l'utiliser dans le diagnostic et la prévention", a déclaré Lal, ajoutant: "S'il y a quelqu'un dans le monde qui peut le faire, il le peut".
Gimzewski reconnaît qu'il reste encore du travail à faire. Les conclusions de ce travail ont attiré l'attention de son collègue de l'UCLA, Michael Teitell, un pathologiste spécialisé dans les cancers du lymphocyte, un type de globule blanc. Il soumet les cellules musculaires et les cellules osseuses de l'homme et de la souris à des médicaments et à des produits chimiques afin d'induire des modifications génétiques et physiques; Gimzewski tentera ensuite "d'écouter" les cellules modifiées et de les distinguer par leurs sons.
Selon M. Teitell, l’idée de détecter le cancer à ses tout premiers stades cellulaires est excitante, mais il reste à voir (ou à entendre) si la technologie fonctionnera comme outil de diagnostic. Il ne veut pas exagérer l'idée: "Il se pourrait que tous ces signaux forment un tel méli-mélo que nous ne puissions pas clairement les identifier l'un par rapport à l'autre."
Gimzewski espère que le travail aura une application pratique, mais il est ravi autant par la chasse que par la capture. "Quel que soit le résultat", dit-il, "je suis principalement motivé par la curiosité et l'excitation suscitée par le phénomène du mouvement cellulaire - ce qui a inspiré la nature à créer un tel mécanisme et à vraiment comprendre en profondeur ce que signifient ces sons magnifiques." La simple possibilité qu'il découvre une nouvelle caractéristique des cellules, avec toutes les questions intrigantes que cela pose, est, dit-il, "déjà plus que suffisant comme cadeau".
