Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de Melina Durande effectuée sous la direction de Hélène Delanoë-Ayari et de François Graner.

Soutenance le vendredi 28 Août à 14h00.

Lieu : bâtiment Condorcet,amphithéâtre Pierre-Gilles de Gennes (niveau -1). La soutenance sera suivie d’un pot au 6e étage.

Migration cellulaire par forçage d’hétérogénéité.

Résumé : La migration cellulaire est essentielle dans divers processus biologiques tels que l’embryogenèse, la cicatrisation ou les invasions métastatiques. L’objectif de cette thèse était d’identifier et d’extraire les paramètres utiles à l’établissement de modèles physiques ainsi qu’à la compréhension biologique de la migration collective. Pour cela, nous étudions la migration cellulaire autour d’un obstacle. Cela induit des hétérogénéités qui sont discriminantes pour l’établissement de modèles. Nous voulions mesurer dans cette géométrie les champs de vitesses, de déformations et de forces exercées par les cellules sur le substrat.

La géométrie initiale du motif protéique sur lequel nos cellules sont déposées est celle d’une bande avec un obstacle sur laquelle des cellules sont confinées par un bloc qui, une fois retiré, permet au tissu d’envahir l’espace libre. La géométrie en bande à l’avantage de forcer l’écoulement et d’être très contrôlée mais a le désavantage de nécessiter la pose d’un bloc qui n’est pas possible sur un substrat de faible rigidité pour l’étude des forces. Pour contourner ce problème nous avons fermé les conditions aux limites et travaillé sur une géométrie en hippodrome qui possède deux obstacles aux milieux de chacun des bras. Nous avons parié sur la génération spontanée d’un écoulement à grande échelle, ce qui s’est révélé exact.

À partir d’un objectif initial qui était d’étudier la migration autour d’un obstacle, le développement d’un système à grande échelle sur des hippodromes permet de mieux comprendre les ingrédients sous-jacents de la migration, tout en développant le cadre expérimental qui permet de faire des comparaisons quantitatives entre systèmes.

Abstract : Cell migration is essential in various biological processes such as embryogenesis, wound healing or metastatic invasions. The objective of this thesis was to identify and extract parameters useful for the establishment of physical models and the biological understanding of collective migration. To do this, we study cell migration around an obstacle. Indeed, the presence of an obstacle in a flow induces heterogeneities which are discriminating for the establishment of models and we wanted to add to the information of velocities and deformations those of the forces exerted by the cells on the substrate.

Initially, the protein pattern geometry on which our cells are deposited is that of a band with an obstacle. Cells are confined by a block which, once removed, allows the tissue to invade free space and flow around the obstacle. The strip geometry has the advantage of forcing the flow and being very controlled but has the disadvantage of requiring the installation of a block. It is not possible to lay the block on a substrate of low rigidity for force measurements, and to get around this problem we closed the boundary conditions and worked on a racetrack geometry that has two obstacles in the middle of each arm. We wagered on spontaneous generation of large-scale flow, which proved to be correct.

Keeping in mind our first goal to study the migration around an obstacle, the development of a large-scale system on racetracks allows us to better understand the underlying ingredients of migration while developing the experimental framework that allows quantitative comparisons between systems.