La physique de l’épithélium

Une question clé liée à la biologie des systèmes est celle de comprendre comment les tissus atteignent leur taille et forme finales durant le développement et comment ils préservent ou modifient leur morphologie tout au long de leur vie. Les chercheurs de ce projet RTD visent à répondre à ces questions en créant des modèles des processus physiques et biologiques déterminant la forme et la taille d’un organe durant le développement.

Les épithéliums sont les tissus tapissant les cavités, glandes et surfaces du corps. La peau ainsi que les systèmes intestinal et respiratoire en sont des exemples importants. Dû aux épithéliums, on croyait pouvoir réduire les questions liées à la croissance à un problème bidimensionnel. Pourtant, les épithéliums sont présents dans un monde à trois dimensions. Les tensions mécaniques ainsi que les variations de la densité des cellules, générées par la croissance, peuvent forcer le tissu à envahir la troisième dimension. En contrepartie, la tension cellulaire pourrait influencer les propriétés de croissance des épithéliums.

Etudes à plusieurs échelles

Comment la croissance influe sur la mécanique et comment la mécanique influe sur la croissance sont des sujets de recherche d’actualité. Mais le progrès a été entravé: d’une part par manque d’une approche exhaustive et quantitative s’étendant sur plusieurs échelles, allant par exemple de la mécanique des membranes cellulaires à l’organe; et d’autre part parce qu’un modèle informatique puissant et flexible, intégrant des paramètres physiques et biologiques à plusieurs échelles, n’était pas disponible. 

Technologies innovatrices

De nombreux systèmes seront examinés, dans le but de comprendre exhaustivement les mécanismes formant les épithéliums. Ces systèmes vont de cellules uniques et de cultures primaires d’épithélium de drosophile et de poisson zébré à la peau reptilienne en cours de développement. Des technologies innovatrices, tels que des biocapteurs rapportant les paramètres physiques des tissus, la micro-imagerie et des systèmes micromécaniques et robotiques, seront développées et utilisées à cette fin.

Expériences et modèles

Le projet EpiPhysX nécessite un échange continuel entre les études expérimentales et la modélisation. Les modèles combineront des paramètres d’importance à l’échelle cellulaire, dans le but de décrire l’évolution et l’émergence de propriétés à des échelles plus grandes. Ils seront parallélisés à l’aide d’ordinateurs multi-cœurs à haute performance, et seront mis à disposition de la communauté de biologie systémique pour l’analyse d’un grand nombre d’autres problèmes à grande échelle.

Mis à jour en juin 2013