Physique des tissus biologiques

Après un cours sur la matière active en 2019, les deux cours de 2020 et 2021 seront consacrés à la physique des tissus qui peuvent être considérés comme des exemples de matière active. Les cours mettent en avant le caractère actif des tissus, mais ils essaient de montrer aussi ce qu’une approche de physicien peut apporter à la biologie des tissus en discutant essentiellement deux types de tissus : les tissus cancéreux et les tissus du développement précoce des animaux. J’ai souhaité dédier ce cours 2020 à la mémoire de Suzanne Eaton qui a fait beaucoup d’expériences décrites dans le cours et qui a été sauvagement assassinée en 2019.

Le cours de 2020 a commencé par une description assez générale de la physique des tissus en présentant les approches physiques classiques, qui ont été utilisées pour décrire les tissus comme la description très géométrique de D’Arcy Thompson de la morphogenèse, ou les mécanismes de régulation de la croissance des tissus par des morphogènes proposés par Turing. Le but général du cours est de discuter le couplage entre la mécanique des tissus et la croissance du tissu, tout en tenant compte de la régulation chimique de la croissance.

La deuxième partie du cours de 2020 a été consacrée à l’étude des tissus épithéliaux par ce que l’on appelle des « modèles de vertex ». Ces modèles décrivent les tissus épithéliaux comme des graphes à deux dimensions dans lesquels les cellules sont des polygones qui pavent l’espace. La structure du tissu est donnée par le graphe qui minimise localement l’énergie du tissu. Les prédictions des modèles de vertex peuvent être comparées directement aux expériences sur les tissus épithéliaux au cours du développement. Les exemples donnés dans le cours sont essentiellement ceux du développement du disque imaginal de l’aile, puis de l’aile de la drosophile. Le cours discute aussi les développements récents pour étendre les modèles de vertex, pour prendre en compte la structure tridimensionnelle des cellules dans les tissus épithéliaux, et la détermination à partir de la structure microscopique du tissu à l’échelle de la cellule de quantités macroscopiques moyennées localement comme une déformation ou un taux de déformation du tissu.

Le cours de 2021 présentera une approche plus macroscopique des tissus un peu considérés comme des matériaux, en insistant sur le couplage entre les propriétés mécaniques et la croissance du tissu.