1. Thermodynamique et auto-organisation : Les cellules et les tissus peuvent être considérés comme des systèmes thermodynamiques qui tendent à minimiser leur énergie libre. Ce principe pilote des processus tels que le tri cellulaire et la formation de tissus, au cours desquels les cellules s'organisent de manière à réduire l'énergie libre globale du système.
2. Formation de motifs et rupture de symétrie : Les cellules peuvent présenter des motifs et des symétries dans leurs arrangements. Ces modèles résultent d'interactions physiques et de mécanismes de signalisation qui amènent les cellules à coordonner leur comportement et à se différencier en types de cellules spécifiques. La rupture de symétrie, où un état symétrique initial donne naissance à des motifs asymétriques, est cruciale pour la morphogenèse et le développement des tissus.
3. Adhérence et tri différentiel : Les cellules interagissent entre elles et avec leur environnement extracellulaire via diverses molécules d'adhésion. L'adhésion différentielle, dans laquelle les cellules ont des affinités différentes les unes pour les autres, entraîne le tri cellulaire et la formation de populations cellulaires distinctes. L'adhésion sélective entre les cellules détermine leur organisation spatiale et l'assemblage des tissus.
4. Inhibition des contacts et forces mécaniques : L'inhibition de contact est un phénomène dans lequel les cellules cessent de bouger et de se diviser lorsqu'elles entrent en contact avec d'autres cellules. Ce comportement, associé aux forces mécaniques générées par les interactions cellulaires et la croissance tissulaire, influence le tri cellulaire et la morphogenèse des tissus.
5. Chimiotaxie et gradients : Les cellules peuvent réagir aux gradients chimiques de leur environnement et se rapprocher ou s’éloigner de molécules de signalisation spécifiques. La chimiotaxie joue un rôle crucial dans le guidage de la migration cellulaire et la formation de structures organisées au cours du développement.
6. Systèmes de réaction-diffusion et modèles de Turing : Les systèmes de réaction-diffusion, qui impliquent l’interaction de réactions chimiques et de processus de diffusion, peuvent générer des modèles complexes. Les modèles de Turing, nommés d'après le mathématicien Alan Turing, sont un type spécifique de système de réaction-diffusion qui peut expliquer comment les cellules forment des modèles réguliers au cours du développement.
En appliquant ces principes physiques, les scientifiques ont réalisé des progrès significatifs dans la compréhension des mécanismes sous-jacents à l’auto-tri cellulaire et à la formation des tissus. La modélisation mathématique et les simulations informatiques basées sur ces principes ont également fourni des informations sur la dynamique et l'auto-organisation des systèmes cellulaires au cours du développement.
