Comme la matière active, tels que des assemblages de cellules bactériennes ou épithéliales, parvient à s'étendre dans des espaces étroits dépend en grande partie de leur dynamique de croissance, comme le démontrent les physiciens de LMU dans une étude récemment publiée.

Formes biologiques de la matière active, tels que des biofilms bactériens ou des feuillets de cellules épithéliales, se trouvent souvent dans des micro-espaces confinés. Découvrir comment de tels systèmes colonisent leur environnement et étendent leur aire de répartition en envahissant de nouveaux territoires améliorera notre compréhension de bon nombre des fonctions normales et des états pathologiques observés chez les organismes supérieurs. En coopération avec le Dr Amin Doostmohammadi (Université d'Oxford), Les physiciens de LMU Felix Kempf et le professeur Erwin Frey ont maintenant démontré à l'aide de simulations informatiques que les collectifs cellulaires présentent une variété de modèles de motilité lorsqu'ils s'approchent et traversent des constrictions locales. Les auteurs de la nouvelle étude montrent ensuite que le modèle adopté dépend du niveau de motilité active qui se développe au bord d'attaque de l'assemblage. Les résultats apparaissent dans le journal Matière molle .

Plusieurs publications antérieures avaient suggéré que les mouvements collectifs de la matière biologique sont influencés par la nature du terrain dans lequel se trouvent de tels systèmes. En particulier, des expériences in vitro réalisées avec des cellules épithéliales et bactériennes, et avec des mélanges constitués de biofilaments intracellulaires isolés et de moteurs moléculaires, ont révélé que les limites spatiales ont un impact significatif sur la motilité. "Jusque là, ce type de recherche s'est principalement concentré sur les interactions entre la forme de l'obstacle employé et l'activité motile des particules concernées, " dit Kempf, l'auteur principal du nouveau document. Cependant, dans la plupart de ces systèmes, le nombre de particules ne reste pas constant. Dans des conditions naturelles, les cellules épithéliales ou bactériennes se divisent à intervalles réguliers et, lorsqu'il est confiné dans des tubes capillaires, ils forment un front d'invasion avancé. Par conséquent, afin de comprendre comment ces modèles se forment et évoluent, il est nécessaire de prendre en compte la dynamique de croissance de ces systèmes. Kempf et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques pour explorer les effets de ce facteur.

Ils ont observé trois modes d'invasion fondamentalement distincts, qui peuvent être distingués sur la base de l'activité globale du système de croissance et du comportement du front d'invasion à l'approche de la constriction. Si le niveau d'activité mobile est faible, le front d'invasion conserve son contour lisse et nettement défini alors qu'il avance à vitesse constante. À des niveaux d'activité plus élevés, le bord d'attaque prend un contour irrégulier. Finalement, dès que le niveau d'activité dépasse un certain seuil, de petits amas de cellules se détachent du front avançant, qui peuvent alors se frayer un chemin à travers l'espace étroit. Les simulations ont également permis aux chercheurs de caractériser les processus qui conduisent les transitions observées au fur et à mesure de l'évolution du front d'invasion, et de quantifier leur impact sur la vitesse à laquelle les cellules avançaient dans l'espace de plus en plus confiné. "Ces résultats apportent une contribution significative à notre compréhension de la matière active, et ont plusieurs implications qui peuvent être testées dans des expériences futures, " dit Kempf.