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May 26, 2024

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Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 263 (2023) Citer cet article 1404 Accès 3 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics La fermeture du tube neural (NTC) est un processus complexe de développement embryonnaire

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 263 (2023) Citer cet article

1404 Accès

3 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

La fermeture du tube neural (NTC) est un processus complexe de développement embryonnaire impliquant des mécanismes moléculaires, cellulaires et biomécaniques. Bien que les facteurs génétiques et la signalisation biochimique aient été largement étudiés, le rôle de la biomécanique tissulaire reste largement inexploré en raison du manque d’outils. Ici, nous avons développé une modalité optique capable de réaliser une imagerie mécanique accélérée du tissu de la plaque neurale lorsque l'embryon subit une neurulation. Cette technique est basée sur la combinaison d'un microscope confocal Brillouin et d'une culture ex ovo modifiée d'embryons de poulet avec un incubateur sur scène. Avec cette technique, nous avons pour la première fois capturé l’évolution mécanique du tissu de la plaque neurale avec des embryons vivants. Plus précisément, nous avons observé l'augmentation continue du module tissulaire de la plaque neurale au cours de la NTC pour les embryons cultivés ex ovo, ce qui concorde avec les données de la culture in ovo ainsi qu'avec les études antérieures. Au-delà de cela, nous avons constaté que l’augmentation du module tissulaire était fortement corrélée à l’épaississement et à la flexion des tissus. Nous prévoyons que cette technique sans contact et sans étiquette ouvrira de nouvelles opportunités pour comprendre les mécanismes biomécaniques du développement embryonnaire.

La fermeture du tube neural (NTC) est une procédure centrale de la neurulation des vertébrés où la plaque neurale planaire sera surélevée et fusionnée pour former un tube neural creux. Un échec de cette procédure peut entraîner de graves anomalies du tube neural, qui représentent l’une des malformations congénitales humaines les plus courantes1. Les processus génétiques et moléculaires qui guident la NTC ont été étudiés de manière approfondie depuis de nombreuses décennies2,3,4. D’un autre côté, les mécanismes biomécaniques pouvant être impliqués dans les NTC attirent de plus en plus l’attention ces dernières années5,6,7. Au niveau cellulaire et tissulaire, la morphogenèse du tube neural peut être considérée comme le résultat de l'interaction entre la force générée et la résistance mécanique du tissu embryonnaire8,9 : la fermeture réussie du tube neural nécessite que la force intrinsèque puisse surmonter la tension tissulaire opposée qui repose sur sa propriété élastique. Ainsi, l’altération de la biomécanique tissulaire peut entraîner un échec de fermeture et donc une malformation du tube neural10. Bien que la production de force et le changement mécanique des tissus au cours de la procédure de NTC aient été observés dans des expériences10,11,12, la contribution quantitative de processus biomécaniques spécifiques pour assurer une neurulation robuste reste largement inconnue. L’une des principales raisons est le manque d’outils permettant de cartographier la biomécanique du tissu de la plaque neurale in situ et en temps réel au cours du développement de l’embryon.

De nombreuses techniques importantes ont été développées pour quantifier les propriétés mécaniques du tissu embryonnaire13, qui peuvent être approximativement classées en trois catégories : (1) les techniques basées sur le contact, notamment la microscopie à force atomique (AFM)14,15 ou les indentations basées sur un microcantilever11,16,17. pour mesurer le module d'Young apparent à l'échelle nm à µm, l'aspiration par micropipette pour mesurer la tension tissulaire à l'échelle µm18 et le test de traction des tissus à l'échelle ~ mm19. Bien que les techniques basées sur le contact puissent fournir une quantification directe des propriétés viscoélastiques des tissus dans des conditions quasi statiques ou à basse fréquence, elles nécessitent un accès physique à l'échantillon et doivent appliquer une force pour déformer l'échantillon pendant la mesure. Étant donné que le tissu du tube neural a une forme irrégulière en 3D et est mécaniquement interconnecté, des explants isolés sont généralement nécessaires pour des tests mécaniques sans ambiguïté. (2) Capteurs à base de billes/gouttelettes, y compris une pince optique/magnétique20,21 et une microgouttelette22. La pince optique/magnétique utilise des billes rigides entraînées par force (~ µm de diamètre) pour détecter les propriétés rhéologiques des tissus localisés, et les microgouttelettes utilisent des gouttelettes déformables (4 à 80 µm de diamètre) pour quantifier la contrainte tissulaire. Ces capteurs peuvent mesurer quantitativement les propriétés mécaniques avec une résolution subcellulaire ou cellulaire après un étalonnage minutieux. Cependant, ils nécessitent l’injection de billes ou de gouttelettes dans les tissus, ce qui les rend invasifs et à faible débit. (3) Ablation/dissection de tissus. Cette méthode utilise soit un faisceau laser pulsé ultrarapide10, soit une lame23 pour disséquer une partie du tissu et évaluer la tension du tissu en fonction de la réponse de relaxation. Il s’agit d’une technique intéressante en raison de sa simplicité d’installation. Cependant, en raison de la connexion mécanique des tissus embryonnaires en 3D, cette méthode fournit principalement une évaluation globale à une échelle relativement grande (taille ~ 100 µm à ~ mm). Pour résumer, les méthodes existantes peuvent quantifier divers aspects des propriétés mécaniques des cellules et des tissus à différentes échelles spatiales et temporelles et ont considérablement fait progresser l’évaluation de la biomécanique des tissus embryonnaires. Cependant, en raison des limitations techniques, la cartographie mécanique in situ du tissu de la plaque neurale au cours de la procédure de NTC chez des embryons vivants n'a pas été rapportée.