Théorie hydrodynamique des tissus épithéliaux

Publié par Isabelle le 03/10/2022 à 13:00
Source: CNRS INC
Une nouvelle théorie hydrodynamique pour expliquer comment s'écoulent les tissus épithéliaux qui tapissent nos organes

Nos organes sont protégés par de fines couches de cellules appelées tissus épithéliaux. L'apparition de fractures dans ces tissus est associée à de nombreuses pathologies, dont l'asthme (L'asthme (phon. : [asm]) du latin asthma signifiant « respiration...) ou des atteintes de la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une...). Une équipe de chimistes, biologistes et physiciens a récemment développé une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) hydrodynamique d'écoulement de ces couches de cellules adhérant à un substrat courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...), ce qui est le cas de la plupart des organes. Ces travaux, parus dans la revue Physical Review Letters, devraient permettre de mieux comprendre et soigner de nombreuses pathologies liées à des instabilités d'écoulement de ces tissus.


(a) Les cellules épithéliales ne s'orientent pas toutes de la même façon en fonction de la courbure de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). Ici, on considère un type cellulaire (MDCK) qui s'oriente de façon à ce que le corps cellulaire soit orienté suivant les lignes de de crêtes.
(b-c) Modèle hydrodynamique: le signe et l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) de la courbure du substrat détermine si l'écoulement de cisaillement est simple (cas de gauche, b) ou plus complexe (cas de droite, c).
© Jean-François Rupprecht

L'épithélium, ou tissu épithélial, est présent dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de l'organisme et entre dans la composition de la plupart des organes. Constitué d'une ou plusieurs couches de cellules similaires étroitement liées les unes aux autres, il protège les surfaces internes et externes du corps et tapisse les organes creux, les cavités ainsi que les canaux. Ce tissu assure de nombreuses fonctions, notamment de protection et de barrière, mais aussi de moyen d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) entre le corps et son environnement interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) et externe. Ces tissus sont dynamiques. En particulier, l'épithélium des villosités intestinales, ces replis de la paroi intestinale dont la finesse permet aux nutriments de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) facilement vers le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le...), est soumis à un écoulement permanent pour permettre un renouvellement complet de ses cellules en quelques jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...).

De nombreux écoulements tissulaires plans ont été décrits avec succès par une théorie hydrodynamique dite active, c'est-à-dire modifiée pour prendre en compte le travail mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) généré à l'échelle cellulaire par les moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) moléculaires.* Ces travaux prévoient que, pour un tissu de taille finie, il existe un seuil minimal d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) au-delà duquel les cellules sont capables de déformer leurs voisines et générer un mouvement de cisaillement à l'échelle du tissu tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) entier.

Dans un article publié le 6 septembre 2022 dans la revue Physical Review Letters, des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) ont développé une théorie hydrodynamique des tissus épithéliaux adhérant à un substrat courbe. Leurs travaux montrent que la courbure du tissu facilite l'apparition des écoulements - si bien que le seuil d'activité minimal nécessaire à l'écoulement tissulaire devient nul au-delà d'une courbure critique. Courbure et activité favorisent l'apparition de cisaillements complexes. Une perspective de ce travail est de mieux comprendre le renouvellement des villosités intestinales. Des expériences récentes dans des systèmes in vitro (organoïdes) suggèrent que ces écoulements peuvent être très régulés, ou, au contraire, turbulents. De telles instabilités hydrodynamiques pourraient jouer un rôle bénéfique, dans le renouvellement normal des tissus, ou bien délétère, dans l'apparition de pathologies.

*G. Duclos, C. Blanch-Mercader, V. Yashunsky, G. Salbreux, J.-F. Joanny, J. Prost, and P. Silberzan, Nat. Phys. 14, 728 (2018)

Référence:
Active Nematic Flows over Curved Surfaces
Samuel Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935....), Shao-Zhen Lin, Jean-François Rupprecht et Jacques Prost (Jacques Prost, né le 21 janvier 1946 à Bourg-en-Bresse est un physicien français,...), Phys. Rev. Lett. 6 septembre 2022.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.118001
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