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Paris, 20 mai 2008

Artères et veines, un mariage forcé

Une équipe pluridisciplinaire, composée de physiciens et de biologistes français et allemands(1), vient de découvrir comment, chez l'embryon, les artères et les veines se développent en paires parallèles. Grâce à des mesures physiques, des modèles théoriques et des simulations numériques, les chercheurs montrent comment la croissance des artères oriente directement celle des veines par un processus dépendant uniquement des forces mécaniques en présence. Ces travaux sont publiés en ligne sur le site de la revue Physical Review E(2).

Un réseau vasculaire extraordinairement complexe, composé d’artères, de capillaires et de veines, parcourt l'organisme des vertébrés. Il apporte à chaque cellule l'oxygène et les nutriments nécessaires et permet d’évacuer les déchets métaboliques produits. Ce réseau contient un si grand nombre de branches que les positions de chaque vaisseau ne peuvent pas être codées génétiquement. Cependant, la génétique est souvent évoquée pour expliquer le fait que, chez l'adulte, les artères et les veines cheminent très fréquemment par paires parallèles, une artère étant même souvent encadrée par deux veines qui lui sont strictement parallèles. Pendant le développement embryonnaire une «conversation génétique» artères/veines permettrait en effet d’interpréter ce phénomène.

Dans leur article paru dans Physical Review E, les chercheurs montrent comment des phénomènes physiques (mécaniques, hydrodynamiques et élastiques) conduisent à un développement parallèle des artères et des veines.
Une étude détaillée du développent spatial et temporel des artères et des veines au stade embryonnaire montre qu'une métamorphose de l'arborescence vasculaire se produit spontanément en cours de croissance. Au stade embryonnaire précoce, on observe une organisation spatiale en série, où les artères et les veines sont situées dans des régions distinctes de l’espace. Puis rapidement, après quelques jours de développement embryonnaire, de nouvelles veines se développent en parallèle des artères existantes et les territoires vasculaires s’entrelacent.
A partir de visualisations du réseau vasculaire et de la mesure de paramètres mécaniques locaux réalisées in situ, les chercheurs démontrent que cette métamorphose est initiée par la croissance des artères. A leur voisinage, on observe une réponse visco-élastique du tissu vivant, se traduisant par un gonflement. Cette réponse entraîne à son tour une augmentation de la perméabilité du lit capillaire, très localisée dans des zones parfaitement parallèles aux artères précédemment formées. Ces zones de forte conductivité sont sélectionnées par l'écoulement sanguin qui y circule plus favorablement, puis remodelées en veines, dès que le tissu atteint une taille critique, qui a été prédite théoriquement. Des simulations numériques de l’écoulement sanguin réalisées dans des réseaux vasculaires idéalisés d’organes, à différents stades de croissance, ont confirmé ces résultats.

Ce travail apporte un éclairage nouveau sur l’importance de la mécanique dans le développement embryonnaire. Il existe dans les embryons un paysage de forces mécaniques formant une dentelle de régions dures ou molles, qui évolue spontanément sous l’action des poussées exercées par les cellules. Analyser la composante physique des différents actes du scénario du développement embryonnaire permettra de comprendre la cause des aberrations du développement ou des pathologies causées par des gènes défectueux, qui altèrent les propriétés physiques du tissu.

Arteres

© V.Fleury/CNRS (Ce visuel est disponible auprès de la photothèque du CNRS : phototheque©cnrs-bellevue.fr)

Formation des vaisseaux chez un embryon de 4 jours. On observe Le processus de formation des veines (indiquées par des flèches), en parallèle des artères (indiquées par des étoiles).





Notes :

1) Institut de physique de Rennes (CNRS/Université Rennes 1), Institut de mécanique des fluides de Toulouse (CNRS/INP Toulouse/Université Toulouse 3), Laboratoire de physique de la matière condensée (CNRS/Ecole Polytechnique, Palaiseau), Laboratory for Angiogenesis and Cardiovascular Pathology, Max Delbrück Centrum für Molekulare Medizin, Berlin-Buch, Germany.

2) Consulter le site web

Références :

A. Al-Kilani, S. Lorthois, T.-H. Nguyen, F. Le Noble, A. Cornelissen, M. Unbekandt, O. Boryskina, L. Leroy and V. Fleury. “During vertebrate development, arteries exert a morphological control over the venous pattern through physical factors”, Physical Review E (mai 2008)

Contacts :

Chercheurs
Sylvie Lorthois
Institut de mécanique des fluides de Toulouse
(CNRS/INP Toulouse/Université Toulouse 3)
T 05 61 28 58 74
sylvie.lorthois@imft.fr

Vincent Fleury
Institut de physique de Rennes (CNRS/Université Rennes 1)
vincent.fleury@univ-rennes1.fr

Presse
Muriel Ilous
T 01 44 96 43 09
muriel.ilous@cnrs-dir.fr


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