Le développement embryonnaire des mammifères : quand la physique rencontre la biologie

Le développement des mammifères : un processus complexe

Le développement des mammifères est un processus complexe, difficile à étudier en raison de l’implantation de l’embryon dans l’utérus. Durant l’embryogenèse, les cellules s’organisent d’abord pour établir les axes corporels, notamment les axes antéro-postérieur et dorso-ventral, avant de former les organes. Ce processus est généralement attribué à des signaux biochimiques régulés par des voies de signalisation. 

Dans l’embryon implanté, les cellules reçoivent différentes quantités de signaux, en partie issus des tissus extra-embryonnaires. Ces doses variables provoquent la formation de gradients, qui guideraient la différenciation des cellules en fonction de leur position pour structurer l’organisation spatiale des futurs organes.

Le rôle clé des mécanismes physiques d’auto-organisation

Dans une étude publiée dans la revue Nature Physics, les scientifiques ont enrichi cette vision en révélant le rôle clé de mécanismes physiques d’auto-organisation, notamment les flux tissulaires issus du mouvement collectif des cellules. Les scientifiques ont étudié des gastruloïdes qui miment les premières étapes du développement, y compris la formation des axes corporels. Ces gastruloïdes sont obtenus à partir de cellules souches embryonnaires de souris, cellules qui sont dites pluripotentes, car capables, en fonction de leur environnement, de donner naissance à l’ensemble des types cellulaires présents dans un organisme adulte. Ces agrégats sphériques de cellules pluripotentes brisent spontanément leur symétrie et s’allongent selon un axe rappelant l’axe antéro-postérieur. Cet allongement s’accompagne de gradients de différenciation : certaines cellules restent pluripotentes, d’autres deviennent de l’endoderme (précurseur de l’intestin ou des poumons) ou du mésoderme (précurseur du cœur ou des vaisseaux).

Identification des flux tissulaires dans la rupture de symétrie de l’embryon

L’innovation majeure de cette étude réside dans l’identification de flux tissulaires à grande échelle, analogues aux flux de Marangoni observés dans les liquides. Ces mouvements sont causés par des différences de tension à la surface des cellules, elles-mêmes dues à la différenciation cellulaire. Grâce à des techniques de microscopie avancées et à la modélisation physique, les scientifiques ont montré que ces flux jouent un rôle central dans la rupture de symétrie, cruciale pour l’établissement de l’axe corporel.

Des expériences de fusion entre gastruloïdes ont confirmé que ces tensions varient selon l’expression de gènes clés, comme T/Brachyury. Ces différences de tensions génèrent des flux qui stabilisent l’axe antéro-postérieur des gastruloïdes.

Cette découverte met en lumière le rôle des interactions physiques dans l’auto-organisation embryonnaire, en complément des signaux biochimiques. Elle approfondit notre compréhension de la formation du plan corporel chez les mammifères et ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des organoïdes et la médecine régénérative.

Figure :  Au centre, un gastruloïde de 72 heures, imagé par microscopie biphotonique, avec les interfaces cellule-cellule et les espaces intercellulaires visualisés en jaune. Autour, une séquence vidéo en accéléré illustre la rupture de symétrie au cours du développement, entre 72 et 86 heures. L’expression du gène T/Brachyury, en bleu, forme progressivement un gradient associé à l’élongation du gastruloïde.

Référence : Gsell, S., Tlili, S., Merkel, M. et al. Marangoni-like tissue flows enhance symmetry breaking of embryonic organoids. Nat. Phys. 21, 644–653 (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-02802-2