Une étude, dont les résultats intitulés «Roughness and dynamics of proliferating cell fronts as a probe of cell–cell interactions» ont été publiés dans la revue Scientific Reports, a employé des outils de physique statistique pour comprendre à quelles échelles les principaux mécanismes de cicatrisation (soit deux fronts cellulaires qui se rejoignent pour guérir une blessure) agissent lors de la guérison d’un tissu. Elle a ainsi permis d’identifier les échelles lors desquelles de fortes interactions apparaissent entre les cellules. Cette avancée va permettre une meilleure analyse du comportement des fronts cellulaires, tant pour la cicatrisation que pour le développement de tumeur, car elle pourra aider, à l’avenir, à classifier les cancers et mieux adapter leurs traitements.

Relevons tout d'abord que «en se focalisant sur les mécanismes macroscopiques, la physique statistique permet d’extraire d’une masse conséquente de données une vue d’ensemble des systèmes et de leurs mécanismes, indépendamment de leur caractère microscopique spécifique». Cette méthodologie «appliquée à des éléments biologiques, comme les fronts cellulaires bordant une blessure» est en mesure «de dégager les diverses interactions en jeu dans les processus de croissance et cicatrisation des tissus» et «de mettre en exergue leur hiérarchie aux différentes échelles observées».

Concrètement, l'étude ici présentée a «utilisé des cellules épithéliales de rats formant des colonies planes (2D)». Ces cellules, placées dans des boites, «se développent autour d’un insert en silicone amovible» afin que, lorsqu’il est enlevé, «les fronts cellulaires se propagent pour combler le vide laissé par l’insert et faire cicatriser le tissu».

Cinq cas de figures possibles ont été reproduits «en ‘handicapant’ les cellules de différentes manières, afin de voir quel impact cela produit sur le processus de cicatrisation, c’est-à-dire sur la vitesse et la rugosité du front cellulaire». L'objectif était d'observer ce qui se passe en temps normal «lorsque la division cellulaire est bloquée, lorsque la communication entre les cellules voisines est bloquée, lorsque la mobilité des cellules est diminuée ou lorsque les cellules sont sur-stimulées en permanence».

Quelques 300 images par front cellulaire ont été prises «toutes les quatre heures durant environ 80 heures» pour décrire les mécanismes à des échelles très variées. Ensuite, «en appliquant des techniques de calculs haute performance», ces observations expérimentales ont été comparées aux résultats des simulations numériques. Deux niveaux d’observation ont été principalement examinés: «à moins de 15 micromètres, en-dessous de la taille d’une cellule, et entre 80 et 200 micromètres, lorsque plusieurs cellules entrent en jeu».

Plus précisément, il a été analysé «comment l’exposant de rugosité évolue dans le temps pour rejoindre son équilibre dynamique naturel, en fonction des conditions pharmaco-chimiques» imposées aux cellules et «comment cette rugosité augmente en fonction de l’échelle à laquelle on regarde». Alors que «dans un système avec une unique hiérarchie de mécanisme, on s’attend à observer le même exposant de rugosité à toutes les échelles», il a été ici constaté «une rugosité changeante si l’on regarde à l’échelle d’une cellule ou d’une dizaine de cellules».

Globalement, l'étude n'a observé «que des variations mineures de rugosité en-dessous de 15 micromètres, quelles que soient les conditions imposées aux fronts cellulaires» tandis que «entre 80 et 150 micromètres, la rugosité est altérée par les conditions pharmaco-chimiques imposées, réduisant l’exposant de rugosité de manière significative pour toutes les conditions non-standard». En outre, «la vitesse de propagation des fronts variait fortement entre les conditions pharmaco-chimiques» puisqu'elle «était ralentie lorsque la division cellulaire et la mobilité étaient bloquées, et accélérée lorsque les cellules étaient sur-stimulées».

Comme «la vitesse de cicatrisation la plus rapide est atteinte lorsque certaines communications spécifiques entre les cellules sont bloquées», cela laisse penser «que ces communications peuvent être ciblées dans des thérapies de l’avenir, soit pour favoriser la cicatrisation des brûlures ou blessures, soit pour ralentir l’invasion des tumeurs cancéreuses».

Au bout du compte, cette étude, qui démontre «que les interactions à moyenne échelle jouent un rôle primordial lors du processus standard de déplacement d’un front cellulaire», a permis de découvrir «à quelle échelle les biologistes doivent observer les comportements problématiques des fronts cellulaires, qui peuvent conduire au développement de tumeurs».

Ainsi, en se concentrant désormais sur ces échelles clés, on pourra «sonder les fronts de cellules tumorales et comparer directement leurs interactions pathologiques avec celles des cellules saines». De plus, ce travail va contribuer à «identifier de nouvelles cibles pharmacologiques pour la transplantation».