Une nouvelle étude examine les forces physiques qui aident à façonner les organes en développement. Les scientifiques du passé pensaient que la biochimie à action rapide des gènes et des protéines est responsable de la réalisation de cette chorégraphie. Mais une nouvelle étude de l'Université de Syracuse montre que des flux de tissus stables et puissants pourraient être tout aussi significatifs pour façonner le développement d'un organe en tant que biochimie. En comprenant ce processus physique, les médecins pourraient trouver des moyens de prévenir ou de traiter la maladie humaine.
« Nous avons montré que les interactions mécaniques sont tout aussi importantes que ces interactions biochimiques de signalisation dans le développement d'organes », explique M. Lisa Manning, le professeur de physique du College of Arts and Sciences (A&S) de William R. Kenan, ainsi que le directeur fondateur de l'Institut bioinspiré de l'Université Syracuse. « Les deux travaillent ensemble. Il s'agit d'une idée nouvelle et émergente qui sort de nombreux laboratoires différents à travers le pays – cette mécanique travaillant avec la biochimie qui fait une structure robuste des organes. »
Elle a co-écrit l'étude, récemment publiée dans PNAavec Raj Kumar Manna, ancien chercheur postdoctoral au Département de physique de A&S, Heidi Hehnly, professeur agrégé de biologie à A&S, Jeffrey Amack, professeur de biologie cellulaire et de développement à l'Université d'État de l'État de New York, Emma Retzlaff, un étudiant diplômé de l'Université médicale Upstate, et des membres de l'Amack et du bilan.
Les organes se déplacent, le changement de forme de conduite
Les chercheurs de Syracuse recherchent des réponses dans une minuscule structure en forme de ballon remplie de liquide appelé vésicule de Kupffer (KV) dans des embryons de poisson zèbre. KV, un organe temporaire d'environ 100 cellules, façonne la symétrie corporelle du poisson zèbre. KV dit au poisson de quel côté du corps que ses organes doivent développer.
Au cours de sa brève existence, KV est lentement poussée et tirée par des forces cellulaires auto-générées à travers les tissus environnants dans le bouton arrière du poisson zèbre vers sa queue. Ce mouvement de KV renforce la pression dans les tissus environnants, qui commence également à migrer, lentement mais régulièrement et puissamment.
La plupart des scientifiques pensaient auparavant que les tissus en mouvement ne jouent pas un rôle significatif dans la formation des organes. Mais les tissus à mouvement lent génèrent des forces mécaniques qui peuvent modeler les organes à mesure qu'ils se développent, ont révélé la nouvelle étude.
Il y a un gradient de raideur dans les tissus autour de la vésicule de Kupffer, avec un tissu moins stiff qui coule comme du miel sur le côté plus près de la tête, et un tissu solide plus rigide plus près de la queue. Lorsque vous avez cet organe en forme de ballon se déplaçant à travers des tissus épais en forme de miel et des tissus presque solides, il crée des forces fortes dans les tissus. Et même ces mouvements de tissus très lents peuvent conduire des forces étonnamment grandes. «
M. Lisa Manning, The William R. Kenan, Jr. Professeur de physique au College of Arts and Sciences (A&S)
Avec les modèles mathématiques, l'imagerie en direct et les expériences physiques, les chercheurs ont testé comment le mouvement des tissus lents affecte la forme de KV.
Les modèles ont montré que les tissus à évolution lente génèrent suffisamment de force physique pour aider à sculpter KV. Ensuite, en utilisant des outils laser précis, l'équipe a perturbé ces forces dans les embryons vivants. La forme de l'organe a changé exactement comme prévu leurs modèles.
Potentiel puissant
Ces résultats pourraient aider les chercheurs à comprendre comment des parties du corps se forment, non seulement chez les poissons mais aussi chez l'homme, informant la médecine régénérative et les traitements pour les malformations congénitales dans les organes et autres conditions.
« Je travaille avec des scientifiques qui prolongeront ces idées de recherche aux organoïdes humains, qui sont utiles pour des choses comme les transplantations tissulaires », explique Manning. « Nous étudions également comment ces forces dynamiques affectent les tumeurs cancéreuses. »
