Pour aider à découvrir la réponse, Mattia Serra, professeur adjoint de physique à l'Université de Californie à San Diego, et ses collègues du Politecnico di Milano (Italie) ont développé une nouvelle méthode capable de manipuler le mouvement des cellules embryonnaires à l'aide d'attracteurs à court terme, un concept que Serra avait déjà développé. développé et adopté pour faciliter les opérations de recherche et de sauvetage en mer.

Leurs travaux apparaissent dans Physical Review Letters. .

Les attracteurs à court terme sont des structures qui influencent la dynamique et le mouvement d'un système pendant une durée limitée, mais ne déterminent pas les comportements à long terme. En modulant la distribution spatiale de la myosine, le moteur moléculaire qui entraîne le mouvement cellulaire, les chercheurs ont pu contrôler le positionnement de ces attracteurs, dirigeant ainsi l'accumulation de cellules vers des zones ciblées de l'embryon.

Alors que la myosine entraîne le mouvement cellulaire au sein de l’embryon, il existe également des forces externes, ou perturbations, qui poussent et tirent également contre l’embryon. Ces perturbations sont imposées plutôt que contrôlées par l'embryon.

C'est une danse délicate. L'embryon doit distribuer la myosine de manière optimale pour que les cellules se dirigent vers les attracteurs nécessaires au développement tout en faisant face aux perturbations imposées.

Grâce à la théorie et aux simulations, les chercheurs ont pu concevoir une stratégie de contrôle optimale pour créer et diriger des attracteurs à court terme dans des flux similaires à ceux trouvés dans le développement de l'embryon.

Pour confirmer leur théorie, des collaborateurs du groupe Weijer de l'Université de Dundee (Écosse) ont manipulé la distribution de myosine d'un embryon de poulet. Normalement, l’embryon développe un attracteur de courte durée sous forme de ligne :c’est là que se forme l’axe principal du corps. Les prédictions de Serra suggéraient qu'avec une distribution particulière de myosine, ils pourraient constituer un attracteur de courte durée en forme d'anneau. Le groupe Weijer a pu mettre en œuvre la distribution suggérée de la myosine dans un embryon vivant et a développé un attracteur circulaire plutôt que linéaire.

Cette nouvelle méthode de contrôle des flux cellulaires peut être utilisée dans l'ingénierie d'organes synthétiques et d'organoïdes et pourrait être utile dans les applications de médecine régénérative.

"Les flux multicellulaires sont complexes et peuvent être difficiles à étudier. Les attracteurs et les répulsifs compressent cette complexité en ses unités essentielles qui peuvent être contrôlées et utilisées pour démêler les principes sous-jacents qui régissent les flux multicellulaires", a déclaré Serra.