Ecoulement microfluidique de prototissus de vésicules – LOVETISS

L'objectif du projet LOVETISS est de fournir une description de la rhéologie tissulaire, reliant la physique aux échelles cellulaire et tissulaire, sur la base d'une nouvelle approche biomimétique. Nous caractériserons l’écoulement des prototissues de vésicules, comme un modèle simplifié de l’écoulement de tissus cellulaires.

La rhéologie des tissus biologiques est en relation intime avec les propriétés mécaniques des cellules individuelles. Au cours de l'embryogenèse, les cellules migrent collectivement, conduisant à la formation de différentes couches tissulaires. Dans ce processus dynamique, l'adhésion cellulaire et la contractilité du cortex ont des effets antagonistes, le premier augmentant l’étalement des cellules et le second favorisant la minimisation de leur surface (mais les deux mécanismes étant interdépendants). De même, les propriétés adhésives des cellules dictent la progression des tumeurs dans les métastases, influençant grandement ses capacités invasives. La capacité de changer systématiquement les propriétés physiques des cellules dans les modèles animaux est limitée (car il existe une interdépendance entre les différents composants) et il devient extrêmement difficile de concevoir des expériences qui permettent de dissocier et comprendre le rôle de chacun d'eux. Le projet LOVETISS vise à caractériser l’écoulement de prototissues biomimétiques, en tant que modèle simplifié des écoulements tissulaires. Les vésicules unilamélaires géantes (GUVs) constituent un modèle cellulaire unique avec une complexité intermédiaire, car elles reproduisent les principales caractéristiques mécaniques des cellules, mais ignorent les réseaux de signalisation complexes. Grâce à la possibilité unique offerte par les prototissues de vésicules d'ajuster leurs propriétés physiques de manière indépendante, nous isolerons et déchiffrerons leur rôle individuel sur la rhéologie du tissu.

Pour ce faire, nous optimiserons d'abord l'assemblage des prototissues des vésicules. En tirant parti de la technologie ADN, nous mettrons en œuvre des stratégies d'adhésion GUV-GUV programmable, facilitant le contrôle de la force d’adhésion entre vésicules et de leur dynamique d’assemblage. Nous optimiserons également les propriétés élastiques des vésicules individuelles, et encapsulerons un gel actif à l'intérieur de celles-ci, dans le but d'imiter la mécanique de la membrane et du cytosquelette cellulaire.

Le comportement d'écoulement des prototissues des vésicules sera étudié en confinement microfluidique. Des expériences d'aspiration visent à quantifier les propriétés du matériau (module d'élasticité, viscosité et temps de relaxation). Pour cela, nous mettrons en œuvre les outils d'analyse d'images nécessaires afin de fournir une description complète de l'écoulement à l'échelle globale (déformation et vitesse du tissu) et à l'échelle locale (déformation des GUVs, réarrangements et champ de vitesse). Le rôle de l'adhérence et de l'élasticité du GUV sera testé. Nous pourrons évaluer sélectivement l’influence de l'adhésion sur l'apparition de réarrangements de GUVs sous écoulement, qui se déroule en compétition avec la déformation des GUV. Et en utilisant des prototissues des vésicules actifs, nous pourrons détecter la possible existence d’un écoulement tissulaire autopropulsé.

Enfin, nous établirons l'équation constitutive (viscoélastique ou visco-élasto-plastique) capable de reproduire l'écoulement des prototissues. La comparaison de l’écoulement de prototissus biomimétiques avec celui d'explants tissulaires obtenus à partir d'embryons de Xénope, nous permettra de découpler le rôle des mécanismes physiques des processus de mécano-transduction ou moléculaires présents dans les tissus vivants. En conclusion, les découvertes scientifiques de LOVETISS contribueront de manière significative à la compréhension de la rhéologie tissulaire en démêlant le rôle des paramètres physiques intervenant dans la morphogenèse et la métastase tumorale.