Les cellules se déplacent souvent en groupe. Ils adoptent parfois une stratégie qui les conduit à évoluer dans des directions antiparallèles, comme l'expliquent les travaux de l'équipe Biologie-inspirée de physique à MesoScales dirigée par Pascal Silberzan à l'Institut Curie, Paris.

Tout comme il y a plusieurs façons de marcher, les cellules peuvent se déplacer de plusieurs manières. Souvent en groupe, les cellules migrent au cours du développement embryonnaire ou de la progression tumorale. Ces migrations sont entravées par de nombreux obstacles (navires, fibres musculaires ou nerveuses ou fibres de la matrice extracellulaire), qui les obligent souvent à se déplacer dans des espaces confinés. Les physiciens de l'équipe de Pascal Silberzan (Institut Curie/CNRS/UPMC) reproduisent de façon très contrôlée un tel environnement, pour mieux comprendre ces comportements cellulaires collectifs, avec des résultats parfois surprenants....

Déplacements antiparallèles

« Dans de nombreux tissus biologiques, les cellules sont à haute densité dans un espace physique limité. Nous avons reproduit ce confinement par des techniques de microfabrication, " explique Pascal Silberzan. Ces modèles in vitro permettent de confiner un ensemble de cellules allongées dans des pistes dont la largeur varie d'une taille cellulaire à plus d'un millimètre. En collaboration avec une équipe du Francis Crick Institute en Grande-Bretagne, L'équipe de Pascal Silberzan a mis en évidence divers comportements, en fonction de la largeur de la piste :

• Sur des pistes plus larges que 50 µm environ, les alvéoles s'alignent et forment spontanément un angle avec la direction de la piste. À la fois, les cellules proches des bords se déplacent collectivement dans des directions opposées, de manière antiparallèle.
• Sur des pistes plus étroites que ce seuil de 50µm (mais toujours bien plus larges qu'une taille de cellule), les alvéoles s'alignent parfaitement avec la direction de la bande et les déplacements antiparallèles disparaissent.

"Des déplacements cellulaires antiparallèles avaient été observés au cours du développement embryonnaire ou de l'évolution tumorale, mais ni le mécanisme ni la fonction n'étaient compris, " ajoute Guillaume Duclos, un doctorat étudiant au moment de l'étude. En d'autres termes, si le mouvement global des cellules est dirigé de la tumeur vers l'environnement extérieur, certaines cellules migrent également en sens inverse, c'est-à-dire vers la tumeur.

L'hydrodynamique des fluides actifs fournit un cadre pour expliquer ce phénomène. Cette théorie physique permet de comprendre comment l'activité cellulaire induit des mouvements antiparallèles sur des pistes larges. Elle explique aussi la transition entre la phase où les cellules font un angle avec la piste et développent des écoulements antiparallèles, et la phase sans ces caractéristiques :C'est une transition mécanique contrôlée par l'activité cellulaire. "Cette théorie physique est très générale, il repose sur le caractère actif des cellules, sur les symétries et sur les lois de conservation du système", explique le théoricien Carles Blanch-Mercader, puis doctorat étudiant dans l'équipe Approches Physiques des Problèmes Biologiques. Il fournit donc un mécanisme très générique pour l'interprétation des observations correspondantes in vivo.

L'interface entre la physique et la biologie met une nouvelle fois en lumière un mécanisme cellulaire encore mal compris, dans ce cas des déplacements cellulaires inattendus allant à l'encontre de la migration collective.