The combination of the mechanical properties of the extracellular matrix, the cells and their physical arrangement influences how cells sense and respond to the microenvironment. In diseases such as cancer where metastatic events led by a few cells are responsible for mortality, characterizing how local mechanics change and influence cell behavior can provide an important understanding of disease progression. In this thesis, a novel sensor to measure internal mechanics at cellular length scales, within 3D tumor tissue models was developed. Fluorescently-labelled swellable microgels, called microscale temperature-actuated mechanosensors (µTAMs), were developed as cell-sized mechanosensors that report local mechanics based on their ability to expand within a matrix. These sensors were first used in spheroid cultures and mouse models to reveal local sites of high stiffness in invasive cancers. Similar trends were observed in extended spheroid cultures of a Src inducible cell line where high stiffnesses occurred while the oncogene was constitutively expressed and there was space to grow freely. Histological examination of soft versus stiff localized areas within spheroids revealed distinct differences in morphology suggesting differences in cellular mechanical responses at these regions. Finally, the µTAMs were further developed to extend their capabilities for cell-scale viscoelastic measurements which better describe the early cell response and behavior to mechanical stress. Differences in viscoelastic behaviors at the cellular length scale were identified between invasive and non-invasive cancer spheroids where invasive tissue appear to behave more elastically than viscous behaviors in non-invasive spheroids. Overall, the development of the µTAM sensor allows us to study optically study internal tissue mechanics and has identified highly localized mechanical properties surrounding individual cells that correlate with invasive potential

La combinaison des propriétés mécaniques de la matrice extracellulaire, des cellules et de leur disposition physique influence la façon dont les cellules détectent le microenvironnement et y réagissent. Dans des maladies telles que le cancer, où les événements métastatiques menés par quelques cellules sont responsables de la mortalité, la caractérisation de la façon dont les mécanismes locaux changent et influencent le comportement des cellules peut permettre de comprendre la progression de la maladie. Dans le cadre de cette thèse, un nouveau senseur a été développé, appelés mécanodétecteurs actionnés par la température à micro-échelle (µTAMs), pour mesurer la mécanique interne à l'échelle de la longueur cellulaire, dans des modèles 3D de tissus tumoraux. Des microgels expansibles marqués par fluorescence ont été mis au point en tant que mécanodétecteurs de la taille d'une cellule, qui rendent compte de la mécanique locale en fonction de leur capacité à s'elargir Ces détecteurs ont d'abord été utilisés dans des cultures sphéroïdes et des modèles de souris pour révéler les sites locaux de grande rigidité dans les cancers invasifs. Des tendances similaires ont été observées dans des cultures sphéroïdes prolongées d'une lignée cellulaire inductible par Src où des rigidités élevées se sont produites alors que l'oncogène était exprimé de manière constitutive et qu'il y avait de l'espace pour grandir librement. L'examen histologique des zones localisées molles et rigides des sphéroïdes a révélé des différences morphologiques distinctes, suggérant des différences dans les réponses mécaniques cellulaires de ces régions. Enfin, les µTAM ont été développés pour étendre leurs capacités de mesures viscoélastiques à l'échelle cellulaire, ce qui permet de mieux décrire la réponse cellulaire précoce et le comportement aux contraintes mécaniques. Des différences dans les comportements viscoélastiques à l'échelle de la longueur cellulaire ont été identifiées entre les sphéroïdes cancéreux invasifs et non invasifs où les tissus invasifs semblent se comporter de manière plus élastique que les comportements visqueux des sphéroïdes non invasifs. Dans l'ensemble, le développement du senseur µTAM nous permet d'étudier optiquement la mécanique interne des tissus et a permis d'identifier des propriétés mécaniques très localisées entourant les cellules individuelles qui sont en corrélation avec le potentiel invasif