Les tissus mous du corps présentent un large éventail de propriétés mécaniques, telles que la rigidité et la résistance, qui sont essentielles pour remplir leur fonction. Par exemple, les tissus du tractus gastro-intestinal sont mous pour permettre le transit et la digestion des aliments, tandis que les tendons sont relativement plus rigides pour transmettre la force du muscle à l’os nous permettant de bouger.

La capacité de mesurer avec précision les propriétés mécaniques de ces tissus, qui sont susceptibles de changer au cours des processus de développement ou en raison de maladies, a de profondes implications pour les domaines de la biologie et de la médecine. Les méthodes pour mesurer ces propriétés sont actuellement inadéquates, et leur précision et leur fiabilité restent limitées – jusqu’à présent.

Une nouvelle recherche impliquant des chercheurs de l’Université de Cambridge et du MIT Institute for Medical Engineering and Science (IMES) a abouti à un dispositif qui repose sur l’actionnement magnétique et la détection optique, permettant ainsi potentiellement une imagerie en direct du tissu sous un microscope inversé. De cette façon, des informations peuvent être obtenues sur le comportement du tissu sous des forces mécaniques au niveau cellulaire et moléculaire. Les résultats sont publiés dans la revue Avancées scientifiques.

Un électroaimant exerce une force de traction sur l’échantillon de tissu qui est monté sur le dispositif, tandis qu’un système optique mesure le changement de taille ou de forme de l’échantillon.

« L’une des exigences les plus critiques pour les tests mécaniques des tissus biologiques mous est la nécessité d’imiter le plus possible les conditions physiologiques de l’échantillon biologique (par exemple, la température, les nutriments), afin de maintenir le tissu en vie et de préserver ses propriétés biomécaniques », a déclaré le Dr Thierry Savin, professeur associé en bioingénierie, qui a dirigé l’équipe de recherche. « À cette fin, nous avons conçu une chambre de montage transparente pour mesurer les propriétés mécaniques des tissus – à l’échelle millimétrique – dans leur environnement physiologique et chimique natif. Le résultat est un appareil plus polyvalent, précis et robuste qui fait preuve d’une grande fiabilité et reproductibilité. »

Pour évaluer directement les performances de leur dispositif électromagnétique, les chercheurs ont mené une étude sur la biomécanique d’un œsophage de souris et de ses couches constitutives. L’œsophage est le tube musculaire reliant la gorge à l’estomac et il est composé de plusieurs couches de tissus. Les chercheurs ont utilisé l’appareil pour mener la première enquête biomécanique de chacune des trois couches individuelles du tissu œsophagien de la souris. Leurs découvertes ont montré que l’œsophage se comporte comme un matériau composite à trois couches semblable à ceux couramment utilisés dans plusieurs applications d’ingénierie. A la connaissance des chercheurs, ce sont les premiers résultats acquis sur les propriétés mécaniques de chaque couche individuelle de l’œsophage.

« Notre étude a démontré la fiabilité accrue de l’appareil électromagnétique, produisant des erreurs dans la réponse contrainte-déformation inférieures à 15 % – un niveau de précision jamais vu auparavant », a déclaré le Dr Adrien Hallou, chercheur postdoctoral au Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon. Institut. « Nous espérons que cet appareil deviendra éventuellement la nouvelle norme dans le domaine de la biomécanique tissulaire, fournissant un ensemble de données standardisé pour la caractérisation de la mécanique des tissus mous de la souris et de l’homme à tous les niveaux. »

Luca Rosalia, doctorant à l’IMES, a ajouté : « Grâce à l’analyse de la biomécanique des tissus sains et de leurs changements au cours de la maladie, notre appareil pourrait éventuellement être utilisé pour identifier les altérations des propriétés des tissus qui sont pertinentes pour le diagnostic, devenant ainsi un outil précieux outil pour éclairer les décisions cliniques.