Elasticité et Dissipation des tissus en croissance – MecaTiss

Les formes de la nature, de celles du chou-fleur à celle du cerveau, émergent de la croissance des tissus. La croissance génère intrinsèquement des déformations et des contraintes. Réciproquement, par le biais de mécanotransduction, les contraintes régulent aussi la croissance. Comprendre l'émergence des formes, en particulier dans les tissus biologiques, nécessite d’appréhender les propriétés mécaniques qui sont à la fois inhérentes au matériel vivant et liées à la croissance. La question abordée ici est: quelle est la description mécanique des tissus en croissance la plus appropriée à une échelle mésoscopique? Notre plan de travail est de commencer par une théorie de l'élasticité finie puis de la raffiner en introduisant des effets dissipatifs et de rétroaction mécanique afin de fournir un cadre théorique unificateur. Dans cet objectif, nous étudierons expérimentalement deux tissus en croissance, qui partagent la caractéristique commune d'être une monocouche cellulaire à 2D à leurs stades précoces de développement, et qui diffèrent dans la mesure où l’un est in vivo (le disque d'aile de la Drosophile ) et l'autre est fabriqué in vitro (le cyste encapsulé). Les propriétés mécaniques des épithélia seront sondées à l'aide d'une méthode "tout optique" qui permet de d’obtenir une cartographie spatio-temporelle des déformations. La théorie sera confrontée à ces mesures mécaniques de haute précision et raffinée lors de tests critiques par des expériences perturbatives utilisant les outils génétiques et pharmaceutiques de la biologie cellulaire et du développement. Enfin, la manipulation chimique et génétique de ces systèmes 2D nous permettra d'induire des instabilités hors du plan et d'étudier les transitions 2D vers 3D dans les épithélia. Considérant que le flambage et le pliage sont des caractéristiques de l'élasticité, nous sommes convaincus que le modèle d'élasticité finie dérivé itérativement des données 2D précédentes sera adéquat pour décrire l'ensemble du comportement mécanique des tissus en croissance. La partie théorique sera gérée par le coordinateur (Prof. M. Ben Amar, ENS-LPS, Paris), qui possède une expertise reconnue en mécanique des milieux continus. Le consortium est complété par deux équipes d'expérimentateurs en biophysique, avec une activité soutenue en mécanobiologie du développement (L. Le Goff, Institut Fresnel, Marseille) et en ingénierie tissulaire (P. Nassoy , LP2N, Bordeaux). En bref, ce projet interdisciplinaire aborde un problème fondamental en biomécanique dans une perspective théorique et expérimentale commune. Cependant, nous prévoyons également qu'une meilleure compréhension de la dynamique couplée à la morphologie des tissus en croissance puisse fournir des orientations nouvelles pour une conception optimisée des organes artificiels.