Mesurer in vitro et in vivo les propriétés mécaniques du tissu musculo-tendineux
Publié par Adrien le 30/07/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
En utilisant les techniques d'AFM (microscopie à force atomique) et d'élastographie par ultrasons, une équipe du laboratoire Biomécanique et bioingénierie propose des méthodologies expérimentales innovantes qui permettent de caractériser les propriétés mécaniques des tissus musculo-tendineux. Les résultats sont publiés dans Nature Scientific Reports.

Faire le lien entre les propriétés biologiques des tissus et leurs caractéristiques mécaniques permet de mieux comprendre leur comportement. C'est pour faire progresser ce type de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) qu'une équipe du laboratoire Biomécanique et bioingénierie (BMBI, CNRS/UTC/Sorbonne Universités), en collaboration avec la Mayo Clinic (Rochester, États-Unis) a développé une approche multiphysique pour caractériser les propriétés mécaniques du tissu musculo-tendineux. Les chercheurs ont mis au point (Graphie) une méthodologie inédite qui s'appuie sur deux techniques de mesure: la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) atomique (AFM) et l'élastographie par ultrasons.


Cartographies d'élasticité (15 μm × 15 μm) obtenues à partir du protocole AFM pour les fibres, musculaires (A, B) et tendineuses (C, D), contrôles et dépourvues du gène TIEG1. Le gradient de couleurs représente les faibles (bleu / vert) et fortes (rouge / orange) élasticités.
© BMBI

Ces nouveaux protocoles expérimentaux ont été appliqués à l'étude d'une souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de...) dépourvue du gène TIEG1, gène qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle essentiel dans le développement du système musculo-squelettique. Il s'agissait alors d'évaluer les changements des propriétés mécaniques au sein des muscles et des tendons de ces souris.

La microscopie à force atomique mesure, par indentation (Une indentation est un retrait par rapport à la norme. Cela peut se comprendre de quatre manières :) du tissu prélevé, l'élasticité transversale de fibres musculaires ou tendineuses. Le nouveau protocole s'affranchit de l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent...) ou de résine pour fixer les fibres étudiées, ce qui garantit une plus grande fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) des mesures. Un système d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) rapide permet d'établir une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur...) de l'élasticité de la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.), que l'on peut alors mettre en rapport avec sa structure et ses composants.

L'élastographie par ultrasons a l'avantage de pouvoir être pratiquée sur les animaux vivants. Les chercheurs du BMBI ont pour la première fois mesuré in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un...) des valeurs d'élasticité sur les fibres musculaires et tendineuses de ces souris. Des modifications de l'élasticité (variations du module d'Young) des fibres ont été mises en évidence chez la souris privée du gène TIEG1.

Ces nouveaux protocoles de mesure permettront de suivre l'effet de traitements thérapeutiques, et d'étudier le lien entre les variations des propriétés mécaniques des fibres et certaines pathologies musculaires. Par ailleurs, les chercheurs du BMBI veulent élargir les possibilités de leurs nouveaux protocoles expérimentaux. Les mesures de l'élasticité transversale par AFM pourraient être pratiquées sur des fibres en conditions actives - par exemple sur des fibres étirées. Enfin les méthodologies développées peuvent être adaptées à l'étude d'autres tissus.

Références

Development of a novel multiphysical approach for the characterization of mechanical properties of musculotendinous tissues,
M. Kammoun, R. Ternifi, V. Dupres, P. Pouletaut, S. Même, W. Même, F. Szeremeta, J. Landoulsi, J.-M. Constans, F. Lafont, M. Subramaniam, J. R. Hawse & S. F. Bensamoun.
Nature Scientific Reports, 9, 7733 (2019)
DOI: 10.1038/s41598-019-44053-1
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