Mécanique cellulaire et tissulaire
Comment les cellules et les tissus entiers se déforment, s'écoulent et récupèrent sous l'effet d'une force, considérés comme des matériaux viscoélastiques souples dont la rigidité reflète leur structure interne.
Definition
La mécanique cellulaire et tissulaire est la description de la manière dont les cellules et les tissus répondent aux forces et déformations appliquées, caractérisée par des modules élastiques et un comportement de relaxation viscoélastique.
Scope
Ce sujet couvre la caractérisation mécanique des cellules et des tissus : les concepts de contrainte, de déformation, d'élasticité et de viscoélasticité appliqués à la matière biologique molle, le rôle du cytosquelette et de la matrice extracellulaire dans la détermination de la rigidité, et les techniques utilisées pour mesurer la réponse mécanique. La mécanique cytosquelettique à l'échelle moléculaire et la détection de force sont traitées dans des sujets voisins ; ici, l'accent est mis sur le comportement matériel des cellules et des tissus dans leur ensemble.
Core questions
- Comment la contrainte, la déformation et le module d'élasticité sont-ils définis pour les matériaux biologiques souples ?
- Pourquoi les cellules et les tissus sont-ils viscoélastiques plutôt que purement élastiques ?
- Quelles structures internes déterminent la rigidité d'une cellule ou d'un tissu ?
- Comment la réponse mécanique des cellules et des tissus est-elle mesurée ?
Key theories
- Réponse viscoélastique des tissus mous
- Les cellules et les tissus combinent le stockage élastique et la dissipation visqueuse ; leur réponse à la déformation dépend donc du taux et du temps, engendrant des phénomènes tels que la relaxation de contrainte et le fluage qu'un module d'élasticité unique ne peut pas saisir.
- Rigidité déterminée par la structure
- La rigidité mesurée d'une cellule ou d'un tissu reflète son architecture interne — réseaux cytosquelettiques, tension membranaire et matrice extracellulaire — plutôt qu'une constante matérielle intrinsèque ; ainsi, la mécanique renseigne sur la structure.
Mechanisms
Les matériaux biologiques souples se déforment sous contrainte avec une composante élastique immédiate et une composante visqueuse dépendante du temps, car leurs éléments porteurs sont des réseaux de polymères et des fluides plutôt que des solides rigides. Dans les cellules, le cytosquelette et la membrane déterminent la réponse ; dans les tissus, la matrice extracellulaire et les adhésions cellule-cellule ajoutent une structure supplémentaire. Des sondes telles que la microscopie à force atomique, l'aspiration par micropipette et la rhéométrie appliquent une déformation contrôlée et enregistrent la force ou la relaxation résultante, produisant des modules qui varient avec le taux et l'historique de la charge.
Clinical relevance
La rigidité tissulaire change avec la fibrose, le vieillissement et la progression tumorale, et le phénotype mécanique cellulaire est étudié comme marqueur d'état. Ainsi, la mécanique présentée ici constitue un contexte éducatif pour la mécanobiologie et la pathologie, plutôt qu'un conseil diagnostique ou thérapeutique.
History
La biomécanique des milieux continus des tissus, systématisée par Fung dans la seconde moitié du XXe siècle, a été étendue aux cellules individuelles lorsque la micromanipulation et la microscopie à force atomique ont permis de mesurer directement l'élasticité cellulaire et la relaxation viscoélastique.
Key figures
- Y. C. Fung
- Donald Ingber
- Dennis Discher
Related topics
Seminal works
- fung1993
- boal2012
Frequently asked questions
- Que signifie le fait qu'un tissu soit viscoélastique ?
- Il répond à la force en partie comme un solide élastique qui reprend sa forme et en partie comme un fluide visqueux qui s'écoule ; son comportement dépend donc de la vitesse et de la durée d'application de la force.
- La rigidité cellulaire a-t-elle une signification biologique ?
- Oui ; la rigidité d'une cellule reflète son organisation et son état cytosquelettiques, et les changements de rigidité accompagnent des processus tels que la différenciation, la migration et la maladie, en faisant un indicateur physique informatif.