Paris, 3 mars 2011

Architecture du vivant : un rapport de forces (finement dosé) entre cellules

Des chercheurs de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC, UMR 7104 Inserm/CNRS/Université de Strasbourg) viennent de décrire les mécanismes moléculaires par lesquels les contractions de cellules musculaires mettent en marche une machinerie permettant à l'embryon de se développer en s'allongeant. Plus largement, ces résultats permettent de mieux comprendre les nombreux processus qui font intervenir des forces physiques, à différents moments du développement de la cellule. Le domaine de la cicatrisation devrait ainsi bénéficier de ces nouveaux travaux, publiés dans la revue Nature datée du 3 mars 2011.
Forces mécaniques du vivant, une question de dosage

Afin d'assurer le bon fonctionnement des organes, les cellules communiquent entre elles grâce à des messages chimiques ou mécaniques. Alors que les forces mécaniques extérieures (pression, coup, etc.) ont plutôt tendance à endommager les tissus (lésion, déchirure, etc.), de nombreux exercices mécaniques sont indispensables au bon fonctionnement de l'organisme. «Comme chez l'être humain chez qui l'exercice physique favorise la croissance et la bonne santé, certaines cellules qui jouent un rôle central dans l'architecture des organes, comme les cellules de la peau, peuvent également avoir besoin d'exercice. Tout est question de dosage» explique Michel Labouesse, directeur de recherche CNRS à l'IGBMC. Son équipe a découvert que chez le ver C. elegans notamment, les micro-contractions du tissu musculaire sont nécessaires pour stimuler les cellules de l'épiderme qui permettent à l'embryon de s'allonger. Les chercheurs ont ensuite tenté de comprendre comment l'information mécanique donnée par les cellules musculaires est transmise aux cellules épithéliales (cellules de la peau) et de quelle manière ce processus active une « machinerie » d'allongement des cellules de l'embryon.

Les étapes de la mécanotransduction enfin décryptées

La mécanotransduction est le phénomène qui permet à une cellule de recevoir une information mécanique au niveau de sa membrane et d'offrir une réponse adaptée. En analysant le phénomène de mécanotransduction au niveau de l'interface cellules musculaires/cellules épithéliales lors de l'allongement de C. elegans, les chercheurs ont mis en évidence un mécanisme en plusieurs étapes. Les contractions des cellules musculaires sont d'abord transmises aux cellules épithéliales adjacentes. Puis la tension exercée provoque des micro-mouvements d'extension/compression des cellules (cf photos). Les cellules épithéliales répondent en renforçant leurs attaches avec les cellules musculaires et en mettant en marche un « moteur » moléculaire. Ce dernier commande alors la déformation de la cellule et permet l'allongement de l'organisme. Michel Labouesse et son équipe ont décrit et filmé sur C. elegans - voir les vidéos - pour la première fois avec une grande précision le détail du processus moléculaire qui permet la traduction du mouvement mécanique exercée par des cellules musculaires en une cascade moléculaire au niveau de cellules épithéliales adjacentes. Ils ont notamment mis en évidence le rôle prépondérant des jonctions permettant de fixer une cellule à la matrice interstitielle (hémidesmosomes) dans cette « mécanotransduction ». Ils ont ainsi révélé le rôle très important des forces mécaniques dans la communication intercellulaire.

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Paris, 1er mars 2013

Des transistors à l'assaut de la troisième dimension
Les limites de miniaturisation des composants électroniques pourraient être plus éloignées que ce que l'on pensait. Une équipe du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS–CNRS, Toulouse) et de l'Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (CNRS/Université Lille1/Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis/Isen) viennent de construire un transistor de taille nanométrique au comportement exceptionnel pour un dispositif de cette dimension. Pour y parvenir, les chercheurs ont conçu une architecture originale en trois dimensions composée d'un réseau vertical de nanofils dont la conductivité est contrôlée par une grille de seulement 14 nm de longueur. Ces résultats, publiés dans la revue Nanoscale, ouvrent la voie à des alternatives aux structures planaires des microprocesseurs et des mémoires actuels. Ces transistors 3D permettraient ainsi d'accroître la puissance des dispositifs microélectroniques.
Les transistors, briques de base de la microélectronique, sont composés d'un élément semi-conducteur, dit canal, reliant deux bornes. Le passage du courant entre les bornes est contrôlé par une troisième borne appelée grille : c'est celle-ci qui, tel un interrupteur, détermine si le transistor est ouvert ou fermé.  Au cours des 50 dernières années, la taille des transistors n'a cessé de se réduire à un rythme constant et soutenu, permettant la montée en puissance des appareils microélectroniques. Cependant, il est admis qu'avec les architectures de transistors planaires actuelles, la miniaturisation est proche de sa limite. En effet, au-delà d'une taille minimale, le contrôle du canal des transistors par la grille est de moins en moins efficace : on observe notamment des fuites de courant qui perturbent les opérations logiques réalisées par ces ensembles de transistors. Voilà pourquoi les chercheurs du monde entier étudient des alternatives permettant de poursuivre la course à la miniaturisation.

Les chercheurs du LAAS et de l'IEMN ont, pour la première fois, construit un transistor nanométrique véritablement en 3D. Le dispositif est constitué d'un réseau serré de nanofils verticaux d'environ 200 nm de longueur reliant deux plans conducteurs. Une grille, constituée de chrome, entoure complètement chaque nanofil et contrôle le passage du courant. Ainsi, les chercheurs ont obtenu un niveau de commande transistor très élevé pour un dispositif de cette dimension. La longueur de la grille est de seulement 14 nm, contre 28 nm pour les transistors des puces actuelles. Néanmoins, sa capacité à contrôler le passage du courant dans le canal du transistor est compatible avec les besoins de la microélectronique actuelle.

Cette architecture pourrait permettre de construire des microprocesseurs constitués d'un empilement de transistors. L'on pourrait ainsi augmenter considérablement le nombre de transistors dans un espace donné, et, par conséquent, augmenter les performances des microprocesseurs ou la capacité des mémoires. Un autre atout important de ces composants est que leur fabrication est relativement simple et ne nécessite pas de procédés lithographiques1 de haute résolution.  De plus, ces transistors pourraient s'intégrer facilement aux éléments microélectroniques classiques utilisés actuellement par l'industrie.

Un brevet a été déposé pour ces transistors. Les scientifiques veulent à présent poursuivre leurs efforts en miniaturisant encore la taille de la grille. Celle-ci pourrait être inférieure à 10 nm tout en offrant encore un contrôle du transistor satisfaisant. De plus, ils veulent commencer à concevoir, de concert avec des industriels, les dispositifs électroniques futurs qui mettront à profit l'architecture 3D de ces transistors.

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