Une caractéristique clé des tissus biologiques est leur inhomogénéité et leur capacité à se développer via la reproduction cellulaire. Pour étudier ce comportement, il est important de le décrire à l'aide d'équations qui tiennent compte de facteurs tels que les taux de croissance, la signalisation chimique et la structure des tissus.
Des chercheurs parisiens visent à développer des descriptions continues et cohérentes de ces systèmes profondément complexes :prédire avec précision des propriétés telles que les taux de reproduction cellulaire, le désordre et la façon dont leur croissance varie dans différentes directions de l'espace, en fonction de leurs interactions.
Grâce à leur nouvelle analyse publiée dans The European Physical Journal Plus , Joseph Ackermann et Martine Ben Amar de la Sorbonne Université Paris, montrent que le développement tissulaire peut être capturé de manière fiable dans le cadre du « principe variationnel d'Onsager », un cadre mathématique largement utilisé en thermodynamique.
Leur approche pourrait conduire à une compréhension plus approfondie des propriétés des tissus dans un large éventail de scénarios, depuis des processus essentiels tels que le développement de l'embryon jusqu'à des processus nocifs tels que la croissance tumorale.
En thermodynamique, le principe variationnel d'Onsager décrit comment les systèmes tendent vers un état de dissipation minimale lorsqu'ils sont continuellement modifiés par leurs propres transformations et leur environnement. Mathématiquement, le principe exprime ces systèmes sous forme de groupes d'équations interconnectées, chacune décrivant les taux de variation de certaines quantités les décrivant.
À partir du principe variationnel d'Onsager, de nouvelles équations de « quantité de mouvement » et de croissance sont dérivées, qui pourraient mieux décrire le flux de masse et la prolifération, ainsi que les orientations des cellules dans les tissus biologiques. Leurs équations tenaient compte des taux de croissance et de mort des cellules, ainsi que des réactions chimiques qui déterminent leur activité. Cette approche pourrait également illustrer la genèse des modèles dans les organes en croissance.
Dans l'ensemble, les travaux du duo montrent définitivement comment le principe variationnel d'Onsager peut être un outil précieux pour explorer différents scénarios théoriques dans la croissance des tissus, et comment leur croissance dépend des interactions entre différentes propriétés à l'échelle cellulaire.
Plus d'informations : Joseph Ackermann et al, Le principe variationnel d'Onsager dans la prolifération des tissus biologiques, en présence d'activité et d'anisotropie, The European Physical Journal Plus (2023). DOI :10.1140/epjp/s13360-023-04669-9
Fourni par SciencePOD
