Un aperçu du sens du toucher d'une cellule
Détecter l'architecture des tissus et le changement de destin des cellules
La construction des tissus et des organes est l'une des tâches les plus complexes et les plus essentielles que les cellules doivent accomplir au cours de l'embryogenèse. Dans cette tâche collective, les cellules communiquent par le biais de diverses méthodes de communication, notamment des signaux biochimiques - semblables à l'odorat de la cellule - et des signaux mécaniques - le sens du toucher de la cellule. Les chercheurs de diverses disciplines sont fascinés par la communication cellulaire depuis des décennies. Le professeur Otger Campàs et ses collègues du pôle d'excellence "Physics of Life" (PoL) de la Technische Universität Dresden et de l'université de Californie Santa Barbara (UCSB) ont pu élucider un autre mystère concernant la manière dont les cellules utilisent leur sens du toucher pour prendre des décisions vitales pendant l'embryogenèse. Leur article a été publié dans la revue Nature Materials.
Image confocale du mésoderme présomitique d'un embryon de poisson zèbre. Les molécules d'adhésion N-cadhérine sont représentées (elles apparaissent en noir car l'image est inversée). Cela montre les frontières cellulaires.
Campas Lab
Tester l'environnement
Dans leur article, les chercheurs expliquent comment les cellules d'un embryon vivant testent mécaniquement leur environnement et quels paramètres et structures mécaniques elles perçoivent. "Nous savons beaucoup de choses sur la façon dont les cellules détectent et répondent aux signaux mécaniques dans un plat. Cependant, leur microenvironnement est très différent dans un embryon et nous ne savions pas quels signaux mécaniques elles perçoivent dans un tissu vivant", a déclaré M. Campàs, titulaire de la chaire de dynamique tissulaire et directeur général du PdL.
Les cures mécaniques aident les cellules à prendre des décisions importantes, comme celle de se diviser ou non, de se déplacer ou même de se différencier, le processus de différenciation par lequel les cellules souches se transforment en cellules plus spécialisées capables de remplir des fonctions spécifiques. Des travaux antérieurs ont révélé que les cellules souches placées sur un substrat synthétique s'appuient fortement sur des indices mécaniques pour prendre des décisions : Les cellules placées sur des surfaces dont la rigidité est similaire à celle des os sont devenues des ostéoblastes (cellules osseuses), tandis que les cellules placées sur des surfaces dont la rigidité est similaire à celle du tissu cérébral sont devenues des neurones. Ces découvertes ont fait progresser considérablement le domaine de l'ingénierie tissulaire, car les chercheurs ont utilisé ces indices mécaniques pour créer des échafaudages synthétiques afin d'inciter les cellules souches à se développer pour obtenir les résultats souhaités. Ces échafaudages sont utilisés aujourd'hui dans une variété d'applications biomédicales.
Du plat à l'embryon vivant
Cependant, une boîte de conserve n'est pas l'habitat naturel de la cellule. Lors de la construction d'un organisme, les cellules ne sont pas en contact avec des échafaudages synthétiques dans une boîte plate, mais plutôt avec des matériaux vivants complexes en trois dimensions. Au cours de la dernière décennie, le groupe de recherche du professeur Campàs a découvert les signaux mécaniques qui guident les cellules dans les tissus complexes d'un embryon. Au cours de la dernière décennie, le groupe de recherche du professeur Campàs a découvert les signaux mécaniques qui guident les cellules dans les tissus complexes de l'embryon. "Nous avons d'abord étudié comment les cellules testent mécaniquement leur micro-environnement au fur et à mesure qu'elles se différencient et construisent l'axe du corps d'un vertébré", a déclaré Campàs. "Les cellules utilisaient différentes protubérances pour pousser et tirer sur leur environnement. Nous avons donc quantifié la vitesse et la force avec lesquelles elles poussaient." En utilisant une gouttelette d'huile ferromagnétique qu'ils ont insérée entre les cellules en développement et en la soumettant à un champ magnétique contrôlé, ils ont pu imiter ces forces minuscules et mesurer la réponse mécanique de l'environnement des cellules.
Détecter l'architecture des tissus et le changement de destin des cellules
L'état physique collectif de ces cellules embryonnaires est crucial pour leurs actions. Campàs et son groupe de recherche l'ont décrit dans un article précédent comme étant celui d'une mousse active, dont la consistance est similaire à celle de la mousse de savon ou de la mousse de bière, avec des cellules agglutinées les unes aux autres par l'adhésion cellulaire et se tirant les unes les autres. Campàs et son équipe ont découvert que les cellules sondent mécaniquement l'état collectif de cette "mousse vivante" - sa rigidité et le degré de confinement de l'assemblage. "Et juste au moment où les cellules se différencient et décident de changer leur destin, il y a un changement dans les propriétés matérielles du tissu qu'elles perçoivent." Selon lui, au moment où les cellules au sein du tissu décident de leur destin, le tissu perd de sa rigidité.
Aller de l'avant
Ce qui n'est pas encore prouvé dans cette étude, c'est la question complexe de savoir si - et si oui, comment - le changement de la rigidité dans l'environnement embryonnaire entraîne le changement de l'état cellulaire. "Il existe une interaction entre les caractéristiques mécaniques des structures que les cellules construisent collectivement, comme les tissus ou les organes, et les décisions qu'elles prennent individuellement, car celles-ci dépendent des indices mécaniques que les cellules perçoivent dans le tissu. Cette interaction est au cœur de la façon dont la nature construit les organismes."
Les résultats de cette étude pourraient également avoir des implications importantes pour l'ingénierie tissulaire. Les matériaux potentiels qui imitent les caractéristiques de type mousse du tissu embryonnaire, par opposition aux échafaudages en gel ou en polymère synthétique largement utilisés, pourraient permettre aux chercheurs de créer en laboratoire des tissus, des organes et des implants synthétiques plus robustes et plus sophistiqués, présentant les géométries et les caractéristiques mécaniques appropriées pour les fonctions souhaitées.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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