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RÉSUMÉ
Une compréhension optimale de nombreux mécanismes biologiques nécessite de disposer de méthodes et outils de modélisation dédiés à l'étude du comportement mécanique du cytosquelette cellulaire. Les systèmes en état de tenségrité sont particulièrement appropriés pour une telle modélisation. Ils sont en effet aptes à représenter de façon bioréaliste l'architecture complexe du cytosquelette, offrent la possibilité de modéliser son processus de structuration lors de l'adhésion cellulaire et ont des propriétés d'assemblage permettant de générer des tissus multicellulaires.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Bernard MAURIN
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Patrick CAÑADAS
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René MOTRO
INTRODUCTION
La modélisation du comportement mécanique du cytosquelette des cellules constitue une étape essentielle pour la compréhension de nombreux mécanismes biologiques. Les systèmes en état de tenségrité (dénommés « systèmes de tenségrité » par la suite) sont particulièrement appropriés pour une telle modélisation. Leur composition structurale est riche tant sur le plan topologique que sur le plan géométrique et permet de simuler l'architecture du cytosquelette ; les résultats ainsi obtenus sont en très bon accord avec les observations expérimentales.
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Approche par tenségrité granulaire
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3. Systèmes de tenségrité bioréalistes
Les premières propositions de compositions structurales, en accord avec un état mécanique reprenant les caractères de l'état de tenségrité, sont restées dans un cadre relativement « pauvre » du point de vue géométrique, que ce soit sur la structure relationnelle ou sur les dimensions des éléments. Les modules élémentaires déjà présentés sont réguliers : toutes les barres ont la même longueur, tous les câbles ont aussi une même longueur. Une analogie destinée à une application en biologie nécessite toutefois des systèmes de tenségrité bioréalistes, caractérisés par une plus grande richesse morphologique. Après avoir mené une approche avec des modèles physiques élémentaires (clouds), une étude basée sur la méthode de recherche de forme par relaxation dynamique a permis de générer des systèmes de tenségrité complexes (figure 9).
On peut ainsi, en prenant comme base morphologique un système à quatre barres, augmenter progressivement le nombre de barres et de câbles, en conservant les propriétés mécaniques et morphologiques associées à l'état de tenségrité : autocontrainte, équilibre, association d'un réseau discontinu de composants comprimés avec un réseau continu d'éléments tendus (figure 10).
Combinée avec des stratégies de contrôle des topologies et des formes ainsi générées, cette approche a été implémentée dans une interface spécifique qui permet de créer un spectre large de systèmes bioréalistes ...
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Systèmes de tenségrité bioréalistes
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KUMAR (S.), MAXWELL (I.Z.), HEISTERKAMP (A.), POLTE (T.R.), LELE (T.), SALANGA (M.), MAZUR (E.), INGBER (D.E.) - * - Viscoelastic retraction of single living stress fibers and its impact on cell shape (2006).
-
(2) - FABRY (B.), MAKSYM (G.), BUTLER (J.P.), GLOGAUER (M.), NAVAJAS (D.), FREDBERG (J.J.) - Scaling the microrheology of living cells. - Physical review letters, 87, 148102 (2001).
-
(3) - LAURENT (V.M.), FODIL (R.), CAÑADAS (P.), FEREOL (S.), LOUIS (B.), PLANUS (E), ISABEY (D.) - Partitioning of cortical and deep cytoskeleton responses from transient magnetic bead twisting. - Ann. Biomed. Eng., vol. 31(10), p. 1263-1278 (2003).
-
(4) - PUIG-DE-MORALES (M.), MILLET (E.J.), FABRY (B.), NAVAJAS (D.), WANG (N.), BUTLER (J.P.), FREDBERG (J.J.) - Cytoskeletal mechanics in adherent human airway smooth muscle cells : probe specificity and scaling of protein-protein dynamics. - Am. J. Physiol., Cell Phys., vol. 287, p. 643-654 (2004).
-
(5) - MATTHEWS (B.D.), OVERBY (D.R.), MANNIX (R.), INGBER (D.E.) - Cellular adaptation to mechanical stress : role of integrins, Rho, cytoskeletal tension and mechanosensitive ion...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Logiciel LMGC90 est une plate-forme de développement dédiée à la modélisation des problèmes d'interaction, par exemple, les matériaux granulaires et les édifices composés de blocs. Les corps peuvent être rigides ou déformables (éléments discrets, éléments finis avec couplage multi-physique) et les interactions de nature quelconque (contact, friction, cohésion, etc.). Il est constitué d'une librairie de composants (des modules) qui peuvent être utilisés via un macro langage en s'appuyant autant que possible sur des librairies du domaine public. Il a été originellement développé par F. Dubois et M. Jean.
OpenGL (Open Graphics Library) est une spécification qui définit une API multi-plate-forme pour la conception d'applications générant des images 3D. Elle utilise les représentations de la géométrie projective.
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EMMERICH (D.G.). – Charpentes Perles (« Pearl frameworks »). Institut National de la Propriété Industrielle, Registration no 59423 (1959).
SNELSON (K.). – Continuous tension, discontinuous compression structures. US Patent, no 3, 169, p. 611 (1965).
FULLER (R.B.). – Tensile Integrity Structures. US Patent no 3, 063, p. 521 (1962).
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