Des chercheurs décrivent une nouvelle forme géométrique trouvée dans des cellules épithéliales et qui favoriserait leur stabilité lors des torsions des tissus. Comme cette structure n'avait pas de nom mathématique, elle a été appelée « scutoïde », en référence au scutellum des insectes.
Lors du développement de l'embryon, les tissus se transforment. Ils se courbent, se plient, se tordent, pour se structurer en formes complexes qui donneront les organes. Les cellules épithéliales sont comme des briques emboîtées les unes aux autres et qui forment des couches de tissus, par exemple au niveau de la peau, de l'intestin...
Entassées de manière resserrée, les unes contre les autres, les cellules épithéliales possèdent une forme souvent décrite comme ressemblant à un prisme avec des faces polygonales à chacune des deux extrémités. Mais au cours du développement embryonnaire, cette structure se modifie. Par exemple, lors de la neurulation, l'étape au cours de laquelle se forme le tube neural, les cellules perdent leur forme « en colonne » pour ressembler à une bouteille.
De manière schématique, la forme en bouteille des cellules ressemble à un frustum (ou tronc de pyramide), c'est-à-dire le solide correspondant à la partie du bas d'une pyramide coupée par deux plans parallèles. Les frustums ont des faces polygonales aux deux extrémités, avec le même nombre de côtés mais une surface différente.
Une modélisation informatique pour comprendre l'organisation des tissus
Un groupe de chercheurs des universités de Séville (Espagne) et Lehigh (États-Unis) a voulu comprendre l'organisation géométrique des tissus grâce à une modélisation informatique.
Javier Buceta, un des auteurs de ces travaux, a expliqué dans un communiqué :
« Au cours du processus de modélisation, les résultats que nous avons vus étaient étranges.
Notre modèle a prédit que lorsque la courbure du tissu augmente, les colonnes et les bouteilles ne sont pas les seules formes que les cellules peuvent développer.
Ainsi, à notre grande surprise, la forme supplémentaire n'avait même pas de nom en mathématiques ! »
La nouvelle forme géométrique rappelle le scutellum des insectes
La nouvelle forme identifiée ressemble à un prisme, avec à une extrémité un polygone à six côtés et à l'autre extrémité un polygone à cinq côtés ; sur le bord allongé, se trouve aussi une face triangulaire. L'équipe a décidé de nommer cette nouvelle forme géométrique « scutoïde », à cause de sa ressemblance avec le scutellum du thorax d'un insecte.
Vue dorsale d'un coléoptère avec, en pointillé, la forme rappelant un scutoïde. © Gómez-Gálvez et al., Nature Communications, 2018
Pour vérifier les prédictions du modèle informatique, l'équipe a étudié des tissus de différents animaux, comme les glandes salivaires de la drosophile. Les données expérimentales confirment que les cellules épithéliales adoptent des formes similaires à celles prédites par le modèle informatique.
L'équipe pense que les scutoïdes stabilisent l'emballage tridimensionnel des cellules épithéliales et les maintiennent bien resserrées malgré les mouvements du tissu : les scutoïdes sont une solution trouvée par la nature pour permettre la courbure et la déformation des tissus, en utilisant le moins d'énergie possible.
Ces résultats parus dans Nature Communications améliorent nos connaissances fondamentales sur l'organisation des épithéliums. Ils pourraient aussi trouver des applications dans l'ingénierie tissulaire et inspirer de nouveaux types d'échafaudages pour la fabrication d'organes artificiels.
- Lors du développement embryonnaire, les épithéliums se déforment, se courbent.
- Les cellules épithéliales adoptent une nouvelle forme qui favorise leur stabilité.
- Cette forme jamais décrite auparavant a été appelée « scutoïde ».
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Le scutoïde, cette nouvelle forme géométrique identifiée dans nos cellules
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