Nos cellules prennent leurs aises dans les courbes —


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  • Comment nos cellules s’organisent-elles pour donner leur forme définitive à nos organes ? La réponse réside dans la morphogenèse, l’ensemble des mécanismes qui régulent leur répartition dans l’espace au cours du développement embryonnaire. Une équipe de l’Université de Genève (UNIGE) vient de faire une découverte surprenante dans ce domaine : lorsqu’un tissu se courbe, le volume des cellules qui le composent augmente au lieu de diminuer. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour in vitro la culture d’organes, une alternative partielle à l’expérimentation animale. Il suggère également de nouvelles perspectives pour la production de certains matériaux. Cette recherche est publiée dans la revue Cellule de développement.

    En biologie, les mécanismes qui déterminent la distribution des cellules dans l’espace pour façonner la forme et la structure de nos tissus et organes sont appelés « morphogenèse ». Ces mécanismes sont à l’œuvre au cours du développement embryonnaire et expliquent comment, par exemple, se forment les plis de nos intestins ou les alvéoles de nos poumons. Autrement dit, ces phénomènes sont à la base de notre développement et de celui de tous les êtres vivants.

    Les cellules gonflent et c’est inattendu

    Dans une étude récente, l’équipe du professeur Roux a étudié comment les cellules qui composent un tissu réagissent et s’adaptent lorsqu’il est courbé. En roulant une monocouche de cellules in vitro, qui est un assemblage compact et plat de cellules disposées les unes à côté des autres, les scientifiques de l’UNIGE ont fait une découverte contre-intuitive. « Nous avons constaté que le volume des cellules situées dans la courbure augmentait d’environ 50 % après cinq minutes au lieu de diminuer, puis revenait à la normale en 30 minutes », explique Aurélien Roux, le dernier auteur de cette étude. C’est l’inverse de ce que l’on peut observer lors de la flexion d’un matériau élastique.

    En courbant cette « feuille » de cellules, semblable à celle qui compose notre peau, les chercheurs ont remarqué plus précisément que cette dernière se gonflait pour prendre la forme de petits dômes. « Le fait que cette augmentation de volume soit échelonnée dans le temps et transitoire montre aussi qu’il s’agit d’un système actif et vivant », ajoute Caterina Tomba, première auteure de l’étude et ancienne chercheuse au Département de biochimie de l’UNIGE.

    Un phénomène mécanique et biologique

    C’est la conjonction de deux phénomènes qui explique cette augmentation de volume. « La première est une réaction mécanique à la courbure, la seconde est liée à la pression osmotique exercée sur la cellule », explique Aurélien Roux. Les cellules évoluent dans un environnement constitué d’eau salée. La membrane semi-perméable qui les sépare de leur environnement laisse passer l’eau mais pas le sel qui exerce une certaine pression sur la cellule. Plus la concentration de sel à l’extérieur est élevée – et donc la soi-disant pression osmotique – plus l’eau traversera la membrane de la cellule, augmentant son volume.

    « Lorsqu’une courbure est induite, les cellules réagissent comme si c’était la pression osmotique qui augmentait. Elles absorbent donc plus d’eau, ce qui a pour effet de les faire gonfler », explique le chercheur.

    Utile pour réduire l’expérimentation animale

    Comprendre comment les cellules réagissent à la flexion est une avancée importante pour la in vitro développement des organoïdes. Ces structures multicellulaires tridimensionnelles, conçues pour mimer la micro-anatomie d’un organe et ses fonctions, peuvent en effet permettre de nombreuses recherches sans avoir recours à l’expérimentation animale. « Notre découverte est un phénomène actif à prendre en compte afin de contrôler la croissance spontanée des organoïdes, c’est-à-dire d’obtenir la forme et la taille souhaitées de l’organe », précise Aurélien Roux. L’objectif à long terme serait de pouvoir « faire pousser » n’importe quel organe de remplacement pour certains patients.

    Ces résultats intéressent également l’industrie. « Aujourd’hui, il n’existe pas de matériaux qui augmentent de volume lorsqu’ils sont pliés. Des ingénieurs ont conceptualisé un tel matériau sans jamais s’en rendre compte, car sa fabrication était extrêmement compliquée. Notre travail offre donc aussi de nouvelles clés pour comprendre l’élaboration de tels matériaux », conclut Aurélien. Roux.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Genève. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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