Mécanique des système biologiques intégrés et artificiels

La thématique MEBS s’articule autour de 4 axes complémentaires, tous centrés sur la mécanique de systèmes biologiques intégrés et artificiels.

Nous étudions d’une part les processus de transduction mécanique depuis l’échelle macroscopique jusqu’aux échelles moléculaires et cellulaires, en combinant approches biomimétiques et un système biologique simple. 

  • A l’échelle macroscopique, nous étudions la perception tactile humaine de fluides complexes (émulsions, suspensions) par le système langue-palais. Sur ce sujet, nous collaborons avec le groupe Nestlé et son Centre de Recherches basé à Lausanne en Suisse, et avons développé un dispositif qui reproduit le fonctionnement de la cavité orale. Nous cherchons en particulier à mieux comprendre comment la structuration de surface de la langue, sous forme de papilles, participe au filtrage mécanique de l’information tactile avant tout codage par le système nerveux central.
  • Aux échelles moléculaires et cellulaires, nous cherchons à mieux comprendre comment fonctionnent les mécanorécepteurs sous-cutanés (présents chez l’humain sous la surface de la peau des doigts, mais également dans la langue…) et ce qui détermine notamment leurs propriétés de réponse fréquentielle. Nous développons pour cela des mécanorécepteurs modèles constitués d’une membrane lipidique (de type Droplet Interface Bilayers) décorée de canaux ioniques mécanosensibles, ou des assemblées de cellules modèles connectées entre elles par ces mêmes canaux, stimulés dans des conditions d’excitation mécanique contrôlées. Nous utilisons pour cela des techniques d’expression in-vitro de type TX-TL de protéines mécanosensibles.
  • Nous explorons également les processus de mécanotransduction chez un micro-organisme unicellulaire eucaryote mécanosensible, la paramécie, en développant des expériences de comportement (suivi optique de trajectoires) couplées à des mesures des flux ioniques à travers la membrane, par imagerie calcique et électrophysiologie. Il s’agit plus particulièrement de comprendre comment la réponse comportementale de la paramécie dépend des propriétés géométriques et mécaniques d’obstacles qu’elle rencontre.
  • Nous étudions d’autre part depuis peu un nouveau sujet dédié à la mécanique de tissus biomimétiques modèles. Il s’agit ici d’étudier la réponse élasto-plastique d’émulsions soumises à des perturbations mécaniques contrôlées, afin de mieux comprendre les bases physiques qui sous-tendent le remodelage collectif de tissus biologiques, notamment pendant la morphogénèse. Ces émulsions, qui sont l’analogue de tissus biologiques, sont formés de gouttelettes d’huile en milieu aqueux, dont la surface peut être fonctionnalisée pour mimer l’adhésion cellule-cellule.