L’unité de recherche Physique des cellules et cancer fête ses 30 ans : retour sur un pari scientifique devenu laboratoire

« L’histoire de l’UMR168 montre la capacité du Centre de recherche de l’Institut Curie à faire émerger des domaines nouveaux, parfois avant même qu’ils soient pleinement reconnus. Aujourd’hui, cette unité reste un exemple fort de ce que nous voulons encourager : une recherche exigeante, ouverte aux autres disciplines et capable de transformer notre compréhension du vivant et des cancers », souligne le Dr Claire Rougeulle¹, directrice du Centre de recherche de l’Institut.

Au milieu des années 1990, l’idée n’a rien d’évident. La génétique structure une grande partie des recherches en biologie, tandis que le séquençage du génome humain commence à redessiner les priorités scientifiques. À l’Institut Curie, une autre voie se dessine : aborder la cellule comme un système vivant dont l’organisation, les mouvements et les interactions peuvent aussi être compris avec les outils de la physique.
Arrivé en 1993 à la direction du Centre de recherche de l’Institut Curie, le Pr Daniel Louvard² porte cette intuition dans un contexte encore peu préparé à ce dialogue entre disciplines. Pour lui, la biologie cellulaire offre le bon point d’entrée pour faire venir des physiciens au plus près du vivant.

« La cellule était le bon terrain de rencontre, résume-t-il. Elle permettait de poser des questions de forme, de mouvement, d’organisation et d’interaction avec l’environnement, auxquelles la physique pouvait apporter des concepts et des outils. »

La création à l’Institut Curie de l’unité Biologie cellulaire et cancer (CNRS UMR144 / Sorbonne Université), en 1995, fournit un point d’ancrage décisif. 
L’année suivante, cette dynamique donne naissance à l’unité Physique des cellules et cancer (CNRS UMR168 / Sorbonne Université), alors créée sous le nom Physico-Chimie Curie (PCC). Physicien théoricien et figure majeure de la physique de la matière molle, le Dr Jacques Prost³, en prend la première direction et incarne cette ambition fondatrice : construire des outils, des modèles et des questions nouvelles à l’interface du vivant. Mais cette interdisciplinarité reste à construire.

« Les physiciens arrivaient avec leur culture, souvent issue de la physique de la matière molle, et les biologistes avec leurs propres questions, leurs méthodes, leur langage. Il fallait créer les conditions pour que ces mondes apprennent à travailler ensemble », rappelle Daniel Louvard.

Pour accompagner cette rencontre, il met en place les Programmes incitatifs et coopératifs, ou PIC. Ces financements internes soutiennent des projets à l’interface entre disciplines, ainsi qu’entre chercheurs et cliniciens, à une époque où ces approches trouvent difficilement leur place dans les dispositifs classiques. Codirigé par Jacques Prost et le Dr Michel Bornens⁴ (1938-2022), le premier PIC « Physique de la cellule vivante » constitue l’une des premières concrétisations réussies de cette interface originale entre physique et biologie cellulaire à l’Institut Curie.

« Les PIC ont vraiment servi à faire en sorte que les physiciens et biologistes osent se lancer ensemble, en se cultivant réciproquement autour de questions concrètes », se souvient le Dr Patricia Bassereau⁵ , qui comptait déjà parmi les scientifiques présents à l’Institut Curie lorsque l’unité s’est construite.

Pour Daniel Louvard, cette expérience menée à l’Institut Curie a contribué à ouvrir la voie, à l’échelle internationale, à une nouvelle manière de favoriser le dialogue interdisciplinaire, au moment où émergeait la mécanobiologie.

Des savoir-faire partagés

Depuis ses débuts, l’UMR168 s’appuie sur un atelier de mécanique capable de fabriquer des pièces et des montages sur mesure pour les besoins du laboratoire. 
Cet héritage se prolonge aujourd’hui avec La FabrIC, espace de fabrication et de prototypage qui réunit mécanique, fabrication additive et microfabrication, et qui intègre aujourd’hui une activité de FabLab. Présentée lors de la journée dédiée aux 30 ans de l’unité, cette évolution marque une nouvelle étape : rendre ces savoir-faire plus visibles, plus accessibles et plus facilement mobilisables par les équipes de l’Institut Curie.

Mais cette logique de mutualisation s’inscrit dans un environnement technologique plus large. L’unité s’appuie aussi sur une expertise forte en microscopie électronique et cryo-microscopie électronique, portée au sein de la plateforme CurieCoreTech Imagerie cellulaire et tissulaire (PICT), renforcée par l’installation en 2023 du microscope Glacios Cryo-TEM, un équipement de plus de 2 millions d’euros.

Des projets structurants pour faire grandir l’unité

Créé en 2012 sous le nom CelTisPhyBio puis devenu Cell(n)Scale, ce LabEx a constitué un levier important pour l’UMR168. Il a notamment permis de financer des projets interdisciplinaires et de former de jeunes chercheurs autour de l'étude quantitative du vivant, de la molécule aux tissus.

En 2016, l'inauguration de l'Institut Pierre-Gilles de Gennes marque un tournant pour l’unité. En lui donnant accès à de nouveaux espaces ainsi qu'à des ressources de pointe en microfluidique et microfabrication, il accompagne sa croissance, favorise l'arrivée de nouvelles équipes et ouvre de nouvelles perspectives en biologie quantitative et en ingénierie du vivant.

Aujourd’hui, cette dynamique se poursuit à travers les Grands Programmes PSL Engineering Life et IPGG, auxquels participe l’unité. Le premier vise à comprendre, contrôler et concevoir des systèmes vivants, des cellules synthétiques aux tissus artificiels. Le second mobilise les approches micro et nanofluidiques pour répondre à de grands défis en santé, en sciences du vivant et dans les transitions environnementales.

Plusieurs équipes participent également à des programmes nationaux récents, comme les PEPR Cell-ID, consacré aux identités et destins cellulaires, et MED-OOC, dédié aux organes et organoïdes sur puce.

Une trajectoire qui continue de se renouveler

Au fil des années, l’unité se renouvelle à travers des directions aux profils scientifiques différents. Après le Dr Jacques Prost, qui structure l’interface entre physique et biologie, le Pr Jean-François Joanny⁶, théoricien reconnu de la matière molle, poursuit le développement du laboratoire. Le Dr Maxime Dahan lui succède en 2013 et marque l’unité par ses travaux en imagerie de pointe et son ambition de rapprocher physique et clinique. Sa disparition brutale, en 2018, constitue une perte humaine et scientifique majeure. Le Pr Axel Buguin⁷ assure alors l’intérim, avant l’arrivée du Dr Pascal Hersen⁸  en septembre 2019.

« Ce qui fait la force de l’UMR168 au cours de toutes ces années, c’est sa capacité à se réinventer sans perdre son identité : croiser les disciplines, inventer de nouveaux outils et ouvrir de nouvelles questions sur le vivant. L’enjeu aujourd’hui est de transmettre cet esprit pionnier à une nouvelle génération de chercheurs », estime Pascal Hersen.

Aujourd’hui, trente ans après sa création, l’UMR168 rassemble douze équipes de recherche qui explorent le vivant à de multiples échelles, des protéines et des membranes jusqu’aux cellules, tissus, embryons et tumeurs. Cette diversité s’appuie sur une articulation étroite entre approches théoriques, expérimentales et technologiques, en mobilisant notamment la physique des membranes, l’imagerie avancée, la cryo-microscopie électronique, la microfluidique, la biologie synthétique, la mécanobiologie, les organes et tumeurs sur puce, la nanomédecine ou encore la modélisation.
 

[1] Directrice du Centre de recherche de l’Institut Curie, directrice de recherche CNRS et cheffe de l’équipe Chromosomes sexuels, développement et pathologies (CNRS UMR3244 / Université Paris Cité / Sorbonne Université).

[2] Directeur de recherche émérite au CNRS dans l’équipe Transport intracellulaire : ingénierie et mécanismes (CNRS UMR144 / Sorbonne Université) dirigée par le Dr Franck Perez, membre de l’Académie des sciences, et directeur du Centre de recherche de l’Institut Curie de 1993 à 2013.

[3] Directeur de recherche émérite au CNRS dans l’équipe Approches physiques de problématiques biologiques (CNRS UMR168 / Sorbonne Université) dirigée par le Dr Pierre Sens, membre de l’Académie des sciences, et directeur général de l'ESPCI de 2003 à 2013.

[4] Cofondateur en 1995 de l’unité Biologie cellulaire et cancer (CNRS UMR144 / Sorbonne Université) à l’Institut Curie.

[5] Directrice de recherche CNRS, cheffe de l’équipe Membranes et fonctions cellulaires (CNRS UMR168 / Sorbonne Université) à l’Institut Curie.

[6] Professeur au Collège de France, enseignant-chercheur dans l’équipe Approches physiques de problématiques biologiques (CNRS UMR168 / Sorbonne Université) dirigée par le Dr Pierre Sens, membre de l’Académie des sciences, et directeur général de l'ESPCI de 2014 à 2018.

[7] Professeur à Sorbonne Université, directeur de recherche CNRS, co-chef de l’équipe Physicobiologie aux mésoéchelles (CNRS UMR168 / Sorbonne Université) avec le Dr Pascal Silberzan.

[8] Directeur de recherche CNRS et directeur de l’unité Physique des cellules et cancer (CNRS UMR168 / Sorbonne Université).