Régulation des forces contractiles dans des microtissus auto-organisés – CONTRACTILE

L'architecture et les propriétés mécaniques de la matrice extracellulaire (MEC) contrôlent la fonction des tissus matures, tels que les os, les muscles cardiaques et squelettiques, ou la peau. Ces propriétés de la MEC sont déterminées par les cellules sécrétrices de la MEC, en particulier les fibroblastes. Cependant, les fibroblastes sont eux-mêmes sensibles à leur propre matrice, ce qui donne lieu à une boucle de rétroaction complexe qui, lorsqu'elle est dérégulée, peut mener à la fibrose, par exemple dans le foie, les poumons, les voies respiratoires ou le cœur. Nous et d'autres avons déjà démontré que les forces générées par les cellules rigidifient le collagène environnant et que les fibroblastes exercent des forces de traction plus élevées lorsqu'ils adhèrent à une matrice plus rigide. Ce projet explorera le mécanisme de rétroaction entre la contractilité cellulaire et la rigidité de la matrice pendant la formation et la fibrose des tissus.
Nos deux groupes ont développé des systèmes modèles pour étudier la rétroaction mécanique entre fibroblastes et MEC, en incorporant des cellules dans des réseaux de collagène ou de fibrine avec des conditions aux limites précisément définies. Au fur et à mesure que les cellules s'étalent et se contractent, les fibres du réseau s'alignent et transmettent des forces aux cellules voisines, induisant des réarrangements architecturaux à grande échelle, régulés avec précision par les conditions aux limites, la densité cellulaire et la composition de la MEC. En plaçant deux cantilevers flexibles dans le réseau matriciel, les fibres de la matrice s'alignent parallèlement entre les cantilevers, et le tissu contractile qui se forme ressemble beaucoup au tissu cicatriciel fibrotique. Les forces de ce tissu sont déduites de la déflexion des cantilevers flexibles, et la rigidité du tissu peut être modulée par la raideur des cantilevers. En imposant un étirement permanent ou cyclique au tissu, nous pouvons également mesurer la rigidité passive du tissu et son évolution dans le temps.
Nous utiliserons une lignée cellulaire de fibroblastes, obtenue par ingénierie optogénétique, dont les forces contractiles médiées par la voie de signalisation Rho peuvent être activées par la lumière. Nous déterminerons systématiquement les échelles caractéristiques de la propagation spatiale et de la persistance temporelle des perturbations contractiles induites par la lumière dans des modèles tissulaires 3D complexes, avant d'explorer comment le tissu fibrotique se forme en fonction des propriétés de la matrice (architecturales, mécaniques), des conditions aux limites (rigidité, géométrie), de l'activation contractile induite par des drogues ou la lumière, de la densité cellulaire et de l'alignement des cellules. Nous mesurerons l'évolution des forces générées par des cellules individuelles ainsi que par le tissu entier en utilisant la microscopie de force de traction et la flexion des cantilevers ; nous mesurerons les propriétés mécaniques de la MEC en utilisant l'étirement cyclique du tissu ; et nous mesurerons l'architecture de la MEC en utilisant la microscopie en seconde harmonique et la microscopie d'immunofluorescence. Ces résultats nous permettront de mieux comprendre comment se forme le tissu fibrotique.