Imagerie corrélative par Génération du Second Harmonique et microscopie Brillouin pour sonder les propriétés mécaniques multi-échelles des cordes vocales – HaBIm

Principalement composés de collagène fibrillaire, hautement organisés à différentes échelles hiérarchiques, les tissus conjonctifs (cartilage, peau, os, cornée…) fournissent un support structurel à de nombreux organes. Malgré des constituants communs, ces tissus présentent des comportements mécaniques et des fonctions très différents. Bien qu'il existe une littérature abondante traitant de la caractérisation mécanique des fibrilles de collagène individuelles ainsi que de l'évaluation de la réponse macroscopique des tissus, le lien entre ces échelles reste incompris, principalement en raison du manque de techniques appropriées pour les sonder simultanément. Ainsi, l'origine de la rigidification non-linéaire du réseau de collagène en fonction de la déformation reste méconnue, sans même parler de la manière dont ce comportement macroscopiques découlent de la microarchitecture. Dans ce contexte, le décryptage du rôle complexe de l'organisation du réseau de collagène dans la formation des propriétés biomécaniques macroscopiques des tissus vivants est du plus haut intérêt, notamment pour comprendre son implication dans la détermination du comportement physio-pathologique de ces tissus.
Récemment, la microscopie par génération du second harmonique (SHG) s'est imposée comme la référence pour visualiser le collagène dans des tissus épais, permettant de sonder sans marquage la distribution fibrillaire, avec une excellente spécificité intrinsèque et une résolution micrométrique. Parallèlement, l'avènement de l’imagerie Brillouin a révolutionné le domaine de la biomécanique, en permettant une cartographie sans contact et non invasive des propriétés élastiques, avec une résolution sub-cellulaire, dans des milieux hétérogènes.
S'appuyant sur ces avancées, HaBIm vise à développer un outil innovant, couplant microscopie SHG et Brillouin, tout en réalisant des essais mécaniques simultanés. En combinant contrainte/déformation macroscopique, viscoélasticité microscopique et réorganisation nanoscopique du tissus, cet instrument de pointe offrira de nouvelles informations sur la relation multi-échelle entre l'architecture du collagène et la réponse mécanique du tissu. En outre, un spectromètre Raman, permettant de cartographier la composition chimique de l'échantillon, sera ajouté pour contextualiser ces informations. Une fois opérationnelle, cette plateforme sera validée sur des échantillons de cordes vocales de souris soumises à différentes déformations macroscopiques, afin de caractériser en profondeur, l'organisation du collagène et les propriétés viscoélastiques dans les différentes couches du tissu. Enfin, le suivi des changements associés à des lésions induites par laser démontrera le potentiel de cette méthode pour caractériser l'altération locale du tissu, à l'échelle microscopique, et les propriétés mécaniques défectueuses qui en résultent.
Situé à l'interface entre microscopie optique avancée et biomécanique des tissus conjonctifs, HaBIm vise à combler le fossé instrumental entre l'imagerie SHG et la microscopie Brillouin afin de corréler mesures mécaniques multi-échelles et imagerie structurelle. Associé à des approches d'analyse d'images avancées, ce projet ouvrira la voie à une caractérisation mécanique complète des tissus conjonctifs et mettra en place un cadre analytique pour relier les multiples échelles impliquées dans la relation morpho-fonctionnelle complexe des tissus vivants. Cette approche permettra d’étudier le rôle des propriétés viscoélastiques dans la détermination des comportements tissulaires physiologiques (développement, vieillissement…) et pathologiques (maladies génétiques, cicatrisation…). Les applications potentielles inclus le suivi des altérations précoces impliquées dans les processus de formation tumorale et d’invasions métastatiques. En outre, ces approches pourraient guider la conception et la validation d'échantillons biomimétiques utilisés en ingénierie tissulaire.