Cartographie des contraintes mécaniques in situ dans les tissus vivants
Mapping the mecanical stress situ into living tissues
par Alexandre SOUCHAUD sous la direction de François GALLET et de François GRANER
Thèse de doctorat en Physique. Biophysique
ED 564 Physique en Île-de-France

Soutenue le jeudi 17 décembre 2020 à Université de Paris (2019-....)

Sujets
  • Biomécanique
  • Biophysique
  • Contrainte mécanique
  • Contraintes (mécanique)
  • Microcapteurs
  • Tissus (histologie)

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Mots clés
Cartographie, In situ, In vivo, Mesure, Développement, Marquage
Resumé
Les contraintes mécaniques dans les tissus sont aujourd'hui au centre de beaucoup d'études permettant une meilleure compréhension des systèmes vivants. Ainsi, une étude quantitative sur l'impact des effets mécaniques sur le développement des tissus vivants nécessite une connaissance précise des contraintes mécaniques, de l'échelle subcellulaire à l'échelle tissulaire.Dans ce travail, je décris une nouvelle méthode permettant une mesure directe de la distribution des contraintes de cisaillement dans un tissu vivant. La technique consiste à utiliser des microcapteurs sphériques d'une trentaine de microns de diamètre (ordre de grandeur d'une taille cellulaire), constitués d'un gel de PDMS, élastique et déformable. Le micro-capteur est inséré dans le tissu dans le but de mesurer les contraintes de cisaillement locales.Un marquage fluorescent du PDMS a été développé afin de pouvoir imager les capteurs en 3D dans les tissus. Ensuite, grâce à une méthode informatique de contour actif, le contour du capteur peut être détecté. Un ajustement de ce contour par un ellipsoïde permet de déterminer les déformations et les orientations principales du capteur dans le tissu. Connaissant les propriétés mécaniques du gel élastique, le tenseur des contraintes de cisaillement peut être directement déduit des déformations du capteur.Un étalonnage des propriétés élastiques du gel à l'échelle macroscopique a été réalisé à l'aide d'une étude rhéométrique classique. Une calibration indépendante in situ dans des agrégats sphériques a également été effectuée. Les deux calibrations ont fourni des résultats similaires : le module d'Young est d'environ ' 1500 Pa (comparable à celui d'une cellule). Ainsi, de la connaissance des caractéristiques mécaniques du gel, il est possible d'effectuer une mesure absolue de la contrainte de cisaillement sans aucun modèle mécanique du tissu.Les micro-capteurs ainsi développés ont été testés dans des études in vitro et in vivo.L'étude in vitro dans les agrégats cellulaires sphériques au cours de leur étalement a permis d'établir une première carte des contraintes de cisaillement dans les agrégats. Elle a mis en évidence les orientations préférentielles radiales et orthoradiales des directions des contraintes de cisaillement. Également, on observe une variation de la norme de la contrainte de cisaillement totale le long du rayon de l'agrégat.Une étude exploratoire in vivo chez l'embryon de poisson zèbre a également permis d'établir une cartographie préliminaire des contraintes de cisaillement développées dans la plaque pré-chordale durant différents stades de l'épibolie.Ces deux résultats permettent de conclure sur la capacité des micro-capteurs développés d'établir la carte spatio-temporelle des contraintes de cisaillement dans les tissus vivants.