Étude expérimentale et théorique des propriétés mécaniques et hydrodynamiques des gels de collagène avec la physique des polymères

Le collagène est le principal constituant des tissus biologiques. Il forme des gels polymériques fibrillaires, poreux aux fluides interstitiels (Fig. 1A). Ce gel est fréquemment utilisé comme matrice pour la fabrication d’organes sur puce. Il a été l’objet de nombreuses études biophysiques pour comprendre ses propriétés élastiques, associées à un module élastique de l’ordre de 10 à 1000 Pa (1), qui sont aujourd’hui bien comprises à l’aide de modèles de solides réticulés (2). Ces gels de collagène sont également poreux aux écoulements liquides et nous avons démontré que la perméabilité de ce matériau est liée à sa déformation (3), un couplage encore méconnu que nous souhaitons mieux comprendre.

Dans ce projet collaboratif entre le LAAS et le LPT, nous souhaitons mener une étude expérimentale avec des outils de microscopie optique de fluorescence et théorique pour tester si et dans quelle mesure les modèles de physique des polymères sont exploitables pour prédire les propriétés des gels de collagène. Nous chercherons de plus à comprendre les possibilités de réorganisation de ce matériau sous l’effet des contraintes mécaniques induites par les cellules (Fig. 1B). La formation de couche basale par les tapis cellulaire implique en effet la réorganisation dynamique des fibres du gel sous l’effet des forces de traction induites par les cellules. Au cours de ce stage, l’étudiant réalisera un travail de modélisation multi-échelle en décrivant les propriétés du réseau de collagène de l’échelle du monomère à celle du réseau polymérique en y intégrant des mécanismes de réarrangement irréversible (déformation plastique).

(1) Motte, Kaufman, Biopolymers 99, 35–46 (2013)

(2) Licup, PNAS 112, 9573–9578 (2015)

(3) Cacheux, Science Advances 9 (31), eadf9775 (2023)

Figure 1 : (A) images de fibres de collagène vues en microscopie optique de fluorescence. (B) Images d’un micro-vaisseau après deux jours de croissance sur du collagène, marqué en vert dans le panneau du haut et en blanc dans le panneau du bas. Le marquage rouge correspond aux liaisons intracellulaires (VE-Cadhérine) et l’ADN est marqué en bleu.