Déplacez-vous sur le triangle, le cercle, le carré et le rectangle: Il y a une nouvelle forme en ville.

Javier Buceta, professeur agrégé de bioingénierie et d’ingénierie chimique et biomoléculaire, et ses collaborateurs espagnols ont découvert une forme géométrique jusqu’alors inconnue, qui est adoptée par des cellules épithéliales tassées au cours du développement embryonnaire.

Ils l’appellent le scutoïde.

Le scutoïde ressemble à un prisme tordu, ou, comme Buceta l’a décrit au New Yorker, « un prisme avec une fermeture éclair. »Et même si elle était auparavant inconnue, la forme se retrouve partout sur les êtres vivants.

Sur les principaux médias, les médias sociaux et la télévision de fin de soirée, le scutoid est devenu une sensation mondiale l’été dernier. Stephen Colbert l’a décrit dans un monologue du début du mois d’août comme la « nouvelle forme chaude qui brûle Internet. »Il a son propre limerick sur NPR »Attendez, Attendez, Ne me dites pas. »La forme a été présentée dans le New York Times, Newsweek, Popular Science, Smithsonian et Forbes, entre autres médias, et Twitter était en effervescence avec des nouvelles de son existence.

Plus important encore, la découverte pourrait ouvrir la voie à la compréhension de l’organisation tridimensionnelle des organes épithéliaux et conduire à des progrès dans l’ingénierie tissulaire.

Au fur et à mesure qu’un embryon se développe, les tissus se plient en formes tridimensionnelles complexes qui mènent aux organes. Les cellules épithéliales sont les éléments constitutifs de ce processus, formant, par exemple, la couche externe de la peau. Ils tapissent également les vaisseaux sanguins et les organes de tous les animaux.

Ces cellules s’emballent étroitement. Pour s’adapter à la courbure qui se produit pendant le développement embryonnaire, on a supposé que les cellules épithéliales adoptent des formes en colonne ou en forme de bouteille.

« Les études sur les cellules épithéliales se sont principalement concentrées sur un côté de ces cellules, en partie en raison de limitations techniques, et ont extrapolé cette surface comme indicateur de leur structure tridimensionnelle”, a déclaré Buceta à Newsweek en juillet.

Buceta et ses collègues ont approfondi ce phénomène et ont découvert que, lors de la flexion des tissus, les cellules épithéliales adoptent une forme non décrite auparavant qui permet aux cellules de minimiser leur consommation d’énergie et de maximiser la stabilité de l’emballage. Ils ont d’abord fait la découverte grâce à une modélisation informatique utilisant le diagramme de Voronoï, un outil utilisé dans un certain nombre de domaines pour comprendre l’organisation géométrique.

« Pendant le processus de modélisation, les résultats que nous avons vus étaient étranges”, explique Buceta. « Notre modèle a prédit qu’à mesure que la courbure du tissu augmentait, les colonnes et les formes de bouteilles n’étaient pas les seules formes développées par les cellules. À notre grande surprise, la forme supplémentaire n’avait même pas de nom en mathématiques! On n’a normalement pas la possibilité de nommer une nouvelle forme. »

Le groupe a nommé la nouvelle forme « scutoïde » pour sa ressemblance avec le scutellum — la partie postérieure du thorax ou de la section médiane d’un insecte.

Pour vérifier les prédictions du modèle, le groupe a étudié l’emballage tridimensionnel de différents tissus chez différents animaux. Les données expérimentales ont confirmé que les cellules épithéliales adoptaient des formes et des motifs d’emballage tridimensionnels similaires à ceux prédits par le modèle de calcul.

En utilisant des approches biophysiques, l’équipe soutient que les scutoïdes stabilisent l’emballage tridimensionnel et le rendent énergétiquement efficace. Comme le dit Buceta: « Nous avons débloqué la solution de la nature pour obtenir une flexion épithéliale efficace. »

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans Nature Communications dans un article intitulé  » Les scutoïdes sont une solution géométrique à l’emballage tridimensionnel des épithéliums. »

L’étude est le résultat d’une collaboration entre les équipes de Buceta et Luis M. Escudero de l’Université de Séville en Espagne. Pedro Gomez-Galvez et Pablo Vicente-Munuera sont les premiers auteurs de ce travail, qui comprend également des scientifiques du Centre Andalou de Biologie du Développement et du Centre Severo Ochoa de Biologie Moléculaire, entre autres.

« En plus de cet aspect fondamental de la morphogenèse”, écrit le groupe, « la capacité de concevoir des tissus et des organes à l’avenir repose de manière critique sur la capacité de comprendre, puis de contrôler, l’organisation 3D des cellules. »

Ajoute Buceta: « Par exemple, si vous cherchez à faire pousser des organes artificiels, cette découverte pourrait vous aider à construire un échafaudage pour encourager ce type d’emballage cellulaire, imitant avec précision la manière dont la nature développe efficacement les tissus. »

La revue Nature a publié un article écrit par Guy Blanchard, chercheur associé principal au département de physiologie, développement et neurosciences de l’Université de Cambridge, qui a souligné l’importance de la découverte. Blanchard écrit qu’avec le travail de l’équipe pour caractériser le scutoïde « … nous commençons à reconnaître les types de formes et d’arrangements 3D à rechercher dans les épithéliums, et à développer des outils pour les quantifier. »

Il demande: « Où d’autre dans la nature devrions-nous nous attendre à des scutoïdes? Je ne parierais pas contre la présence de scutoïdes dans les plantes, compte tenu de la diversité des architectures végétales. … Nous devrons attendre et voir. »

Current Biology, une revue de premier plan dans le domaine, présentera également un article d’un chercheur de premier plan en morphogenèse sur l’importance du travail dans un prochain numéro.

L’équipe de Buceta aux États-Unis et l’équipe d’Escudero en Espagne planifient d’autres recherches sur les scutoïdes et l’emballage cellulaire et travaillent actuellement à formaliser la découverte à la fois mathématiquement et physiquement.

« Nous examinons également divers tissus de différents organismes”, explique Buceta. « Nous voulons comprendre les différences dans la manière dont les cellules sont emballées et ce qui est à l’origine de ces différences. »

Quant à l’intérêt du public pour la découverte de cette forme jusque-là sans nom, Buceta déclare : « Nous n’avons jamais, jamais pensé que cela aurait ce genre d’impact. Nous savions que la découverte était quelque chose d’important, et nous pensions que cela pourrait être pertinent pour nos collègues. Mais nous ne nous attendions pas à avoir ce genre d’impact et d’intérêt pour la culture populaire. »

Au-delà de son impact potentiel sur l’ingénierie tissulaire, Buceta est enthousiasmé par la découverte nouvelle par le groupe d’une nouvelle forme et de ce qui pourrait avoir une influence durable.

« Dans notre métier, vous n’avez normalement pas beaucoup d’occasions de nommer quelque chose”, a déclaré Buceta au New Yorker. « Honnêtement, au début, nous ne pouvions pas croire que personne avant nous n’avait nommé cette forme. Je veux dire, la géométrie existe depuis toujours – le carré, le cercle. C’est vraiment merveilleux que nous puissions nommer quelque chose d’aussi fondamental. Espérons que ce nom sera là pour toujours et, espérons-le, lié à nos recherches. »

Kelly Hochbein a contribué à ce rapport.

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