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Quelques idées récentes sur la formation des vaisseaux sanguin

Dossier - Formation des artères et des veines
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L'étude de la morphogenèse est une branche de la physique, comme de la biologie, qui cherche à comprendre par quels mécanismes une forme apparaît et se développe. Il existe bien entendu un nombre illimité de formes possibles, et toutes ne sont pas des objets d'étude pour physiciens.

  
DossiersFormation des artères et des veines
 

La formation de la vasculature (veineuse et artérielle), n'est pas, comme on le croit souvent, une croissance de vaisseaux, mais un remplacement progressif de petits vaisseaux (les capillaires) par des vaisseaux moyens, gros etc. Ce processus de remplacement est lié aux forces exercéees par le liquide circulant sur les cellules de la paroi du vaisseau; ainsi, le processus de morphogenèse, dans ce cas, est lié à la mécanique et à l'hydrodynamique des vaisseaux, et non essentiellement à de la biochimie.

Quelque chose comme "un gène du gros vaisseau" ou un "gène du petit vaisseau" n'existe pas, c'est l'écoulement qui promeut les petits en gros. En invoquant l'écoulement et le remplacement progressif des minuscules capillaires par de plus gros vaisseaux, on peut transposer la croissance des arbres de type dendritique en physique (c'est-à-dire des problèmes comme la progression des éclairs dans le ciel) sur le problème de la formation de la vasculature. Cette transposition signifie que, pour un scientifique, l'écriture mathématique du problème des éclairs dans le ciel ou celle de la croissance des vaisseaux sanguins sont extrêmement proches. Si on comprend un des problèmes, on a quasiment compris l'autre. La formation des vaisseaux est mathématiquement analogue à la propagation d'une étincelle, d'un éclair, le long d'un grillage de brins fins (analogue aux petits vaisseaux capillaires). Ce problème est lui-même voisin de la croissance d'arborescences métalliques, comme on peut les obtenir par électrolyse.

Cristallisation dendritique de silicium
Croissance de fougère électrochimique

Voici un autre exemple, qui illustre la diversité de formes que ce type de phénomène peut produire.

En utilisant l'analogie entre tous ces systèmes, on peut construire une vasculature réaliste dans un cas simple comme celui du sac vitellin de l'embryon de poulet. Le sac vitellin de l'embryon de poulet est une petite peau qui entoure le jaune, on peut la deviner même sur un oeuf de consommation courante, c'est un peu l'équivalent du placenta chez les mammifères. Evidemment, l'oeuf que vous avez dans votre frigidaire ne développe pas de vaisseaux sanguins car il n'est pas fécondé.

Simulation de la formation de la vasculature du sac vitellin de l'embryon de poulet, les ovales noirs représentent schématiquement l'embryon. Les vaisseaux visibles ici (en noir) sont en fait des vaisseaux plus gros obtenus en élargissant les plus fins (non visibles) dans les directions où l'écoulement est plus fort.

En fait, ce mécanisme de formation est assez proche de la formation des rigoles dans le sable, à marée basse, sur les plages, qui donne des "vaisseaux" comme ceux de la figure suivante :

Image de rigoles dans le sable, sur la plage de Jullouville à côté de Granville (Manche)