Roles of intercellular adhesion and mechanical perturbations as structuration factors of biomimetic emulsions

Propriétés d'adhésion intercellulaire et contraintes mécaniques comme facteurs de structuration dans les émulsions biomimétiques Au cours de la morphogénèse, le signalement biochimique et les contraintes mécaniques jouent un rôle important dans l'établissement des formes et des fonctions des futurs tissus, ces deux paramètres s'influençant mutuellement et se régulant en permanence. Cependant, le rôle exact de l'application de forces extrinsèques sur l'émergence de structure demeure mal compris. En particulier, dans les tissus biologiques ou dans les agrégats cellulaires, on sait que les hiérarchies de l'adhésion inter-cellulaire, combinée à la motilité des cellules, peut à elle seule être le moteur d'auto-organisation de structures bien identifiées. Mais ce genre de processus ont principalement été étudiés dans le cadre des systèmes biologiques in vivo et in vitro, où séparer l'influence exacte de multiples paramètres représente encore un certain challenge. Pour étudier ce problème, nous avons choisi de travailler dans un cadre simplifié. Nous utilisons des émulsions adhésives comme une approche biomimétique de tissus épithéliaux dans lesquels chaque goutte représente une cellule, et nous introduisons dans ces émulsions des différentiels d'adhésion via l'utilisation de séquences ADN palindromiques comme ligand entre les gouttes. Les « proto-tissus » ainsi obtenu sont ensuite mécaniquement perturbés de manière périodique via des systèmes de canaux micro-fluidiques dont la géométrie à elle seule contrôle le champ de contrainte. Nous cherchons ensuite à déterminer expérimentalement et théoriquement le rôle des déformations ainsi que des réarrangements à l'échelle locale sur le comportement de l'émulsion à l'échelle locale. Nous nous intéressons également à corréler ces observations à l'évolution de la structure de l'émulsion tout au long du canal et ceux en fonctions de ses propriétés d'adhésion. Nous avons pu observer des phénomènes non-triviaux d'accumulation de déformation et de polarisation le long du canal dans des cas de grand différentiel d'adhésion, ce qui conduit en particulier à une progressive perte de l'ordre local. Ce phénomène n'étant pas du tout observé dans le cas d'émulsions homogènes. Dans l'optique d'expliquer ces observations, nous avons décomposé le cisaillement observé dans l'écoulement de l'émulsion pour plusieurs conditions expérimentales et plusieurs positions dans le canal. Nous avons ainsi pu déterminer que le paramètre principal contrôlant le comportement élasto-plastique de l'écoulement était la densité de l'émulsion, la condition expérimentale contrôlant en fait l'éventuelle évolution de cette densité au long du canal. De ces observations nous avons conclu qu'une émulsion hétérogène pouvait être décrite par une émulsion homogène présentant du vieillissement à mesure qu'elle était périodiquement perturbée, une approche que nous avons pu confirmer via des simulations de vertex model polydisperse cisaillés où la dynamique de réarrangement a été utilisée comme proxy pour reproduire les effets de la densité de l'émulsion.