Une étude, dont les résultats intitulés «Buckling of an Epithelium Growing under Spherical Confinement» ont été publiés dans la revue Developmental Cell, a permis de prouver l'hypothèse proposée il y a plus d’un siècle stipulant que le mécanisme dominant qui déclenche le phénomène d’invagination dans l'embryon de l’animal est le flambage, «un terme qui désigne une déformation latérale d’un matériau soumis à une compression».

Le but de ce travail était «de savoir comment on donne une forme à un tissus cellulaire» alors que «l'observation du développement des embryons a permis de décrire plusieurs mécanismes qui sont à l’œuvre», dont l'un d’eux «est la constriction apicale c’est-à-dire une incurvation locale de la surface de l’embryon sous l’effet d’une déformation coordonnée des cellules elles-mêmes (leur «sommet» se resserre et leur «base» se détend)».

Comme «ce mécanisme est loin d’être assez puissant pour expliquer l’apparition des invaginations importantes durant le développement du blastocyste (un des stades précoces de l’embryon)», il y a un siècle, des biologistes ont «proposé que le mécanisme physique qui permet de générer ces plis profonds est le flambage». Ce phénomène s'observe «lorsqu’on met une feuille de papier à plat et qu’on rapproche les deux bords opposés: le milieu de la feuille se soulève», mais «dans le cas des embryons, la force latérale vient des cellules qui, en proliférant, exercent une pression croissante sur la surface, une surface qui est par ailleurs confinée dans une enveloppe vitelline, certes élastique mais qui empêche toute expansion spatiale».

Si cette explication «a facilement obtenu le consensus parmi la communauté des biologistes», il a longtemps été inimaginable de mesurer les forces minuscules «en présence à la surface des embryons afin de vérifier que c’est véritablement le phénomène de flambage (qui obéit à des lois bien connues de la physique des matériaux) qui est en jeu et pas un autre mécanisme».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée est parvenue «à fabriquer de petites enveloppes ayant toutes les propriétés physiques de la vitelline naturelle et à faire pousser, sur la surface interne, une monocouche formée d’une centaine de cellules». Ces petits modèles de moins d’un demi millimètre de diamètre, «parfaitement contrôlés dans des conditions de laboratoire», ont «permis de recréer in vitro et d’étudier à l’aide du microscope le phénomène d’invagination». Grâce «aux petites variations de l’épaisseur de l’enveloppe de ces embryons artificiels», les forces en présence «ont notamment pu être déterminées».

Ces mesures de forces et de formes ont permis «montrer que la relation entre force et forme de ces embryons artificiels était celle attendue pour le flambage». Ainsi, à l’aide des équations de la physique des matériaux, «les paramètres mécaniques macroscopiques des tissus cellulaires tel que leur rigidité» ont pu être extraits.

En outre, «afin de relier ces caractéristiques macroscopiques aux processus biologiques à l’échelle cellulaire», le développement de l’embryon a été simulé par ordinateur «en le considérant comme un ensemble de cellules indépendantes», ce qui a permis de «comprendre comment les processus biologiques (prolifération, contractilité) mis en jeu à l’échelle de la cellule modifient les paramètres mécaniques du tissu».

Au bout du compte, cette étude démontre «que le flambage est un mécanisme possible pour expliquer la formation d’invagination dans les embryons», mais «il est probable que d’autres mécanismes, comme la constriction apicale, amorcent le phénomène de pliage et que le flambage l’accentue pour obtenir finalement le résultat escompté».