Thèse Année : 2024

Study of the rheology of 3D biological tissues and development of a microfluidic technology

Étude de la rhéologie de tissus biologiques 3D et développement d'une technologie microfluidique

Résumé

Biological tissues exhibit complex mechanical properties at the intersection of elastic solids and viscous fluids. These properties emerge at the multicellular scale, due to interactions and dynamic rearrangements of cells and the extracellular matrix. Understanding these rheological characteristics is crucial for biological processes such as morphogenesis, wound healing, and tumor progression. In my doctoral research, I significantly enhanced the micropipette aspiration technique by integrating it into an innovative microfluidic chip. This technology enables more efficient characterization of tissue rheology, increasing experimental throughput while providing precise control of the physicochemical environment during experiments. Using this method, I investigated the viscoelastic properties of 3D tissue models and examined the links between these properties and their microscopic origins. By combining oscillatory aspiration experiments, numerical simulations, and advanced theoretical models, this work highlighted the critical role of interstitial flows in tissue mechanics, thereby emphasizing the importance of poroelasticity. Finally, applying this technique to more complex biological models, such as cortical organoids or vertebrate embryonic tissues, generated new findings and contributed to the study of fundamental mechanisms in developmental biology.
Les tissus biologiques présentent des propriétés mécaniques complexes, à la frontière entre solides élastiques et fluides visqueux. Ces propriétés émergent à l'échelle multicellulaire, en raison des interactions et des réarrangements dynamiques des cellules et de la matrice extracellulaire. La compréhension de ces caractéristiques rhéologiques est cruciale pour des processus biologiques tels que la morphogenèse, la cicatrisation et la progression tumorale. Dans le cadre de ma thèse, j'ai considérablement amélioré la technique d'aspiration par micropipette en l'intégrant dans une puce microfluidique innovante. Cette technologie permet de caractériser la rhéologie des tissus de manière plus efficace, en augmentant le débit expérimental tout en offrant un contrôle précis de l'environnement physicochimique pendant les expériences. Grâce à cette méthode, j'ai exploré les propriétés viscoélastiques de tissus modèles en 3D et étudié les liens entre ces propriétés et leurs origines microscopiques. En combinant des expériences d'aspiration oscillante, des simulations numériques et des modèles théoriques avancés, ces travaux ont mis en évidence le rôle crucial des écoulements interstitiels dans la mécanique des tissus, soulignant ainsi l'importance de la poroélasticité. Enfin, l'application de cette technique à des modèles biologiques plus complexes, tels que des organoïdes corticaux ou des tissus embryonnaires de vertébrés, a permis de générer de nouveaux résultats et de contribuer à l'étude des mécanismes fondamentaux en biologie du développement.
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Dates et versions

tel-04890473 , version 1 (16-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04890473 , version 1

Citer

Sylvain Landiech. Étude de la rhéologie de tissus biologiques 3D et développement d'une technologie microfluidique. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. UPS Toulouse, 2024. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04890473⟩
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