Nématiques cellulaires actifs

Active Cellular Nematics

• Auteur / Autrice : Guillaume Duclos
• Direction : Pascal Silberzan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/12/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Bartolo, Hélène Delanoë-Ayari, Raphaël Voituriez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules -- Motilité

Cristaux liquides nématiques

Mots clés libres

Nématiques actifs

Matière active

Cellules

Cristaux liquides

Mouvements collectifs cellulaires

Confinement

Active nematics

Cells

Résumé

Des cellules allongées et apolaires cultivées à confluence s'alignent les unes avec les autres. Dans cette thèse, nous utilisons des concepts de la théorie de la matière active ainsi que de la physique des cristaux liquides afin d'étudier quantitativement l'émergence de cet ordre mésoscopique nématique pour des monocouches de cellules à deux dimension, avec et sans confinement. Il a été montré que les défauts topologiques jouent un rôle crucial durant l'auto-organisation de systèmes biologiques actifs. Ici, nous étudions la dynamique de ces défauts qui se forment dans le tissu nématique contractile. Étant intrinsèquement hors équilibre à cause de la consommation d'énergie par les cellules, la monocouche est parcourue par de complexes courants de cellules due à la migration spontanée des défauts et leur annihilation avec des défauts de charges opposées. En comparant nos résultats expérimentaux avec un modèle théorique, nous montrons que l'auto-organisation de la monocouche est liée à la minimisation de l'énergie de courbure du tissu.

Elongated, weakly interacting, apolar cells cultured at confluence align together, forming large domains where they are perfectly ordered. Using concepts from the active matter theory and the physics of liquid crystals, we study the emergence of this mesoscopic nematic order by quantifying the ordering dynamics in two-dimensional infinite monolayers or under confinement. Topological defects have been found to play a crucial role in the self-organization of active biological systems. We study the dynamics of the disclinations that form in these cellular contractile nematics. Being driven out of equilibrium by the consumption of energy by individual cells, the monolayer exhibits complex flow patterns as defects migrate spontaneously and annihilate pairwise. By comparing our experimental results to a nematic drop model, we show that the self-organization of the cellular nematic layer with no boundary conditions or under circular confinement is dictated by the minimization of the splay and bend distortions of the tissue.