Expliquer par les mathématiques et la mécanique les processus de la vie tels que le développement de l’embryon, la migration cellulaire et la croissance, pourrait ouvrir de nouveaux horizons à la biologie, avancent de nombreux chercheurs. D’après la vision dominante en biologie, le comportement cellulaire est, en très large partie, chimiquement dirigé.

Des travaux sont actuellement menés concernant les modalités d’utilisation de la mécanique dans l’étude et l’explication des phénomènes biologiques. La mécanique, une des branches les plus anciennes de la physique, est l’étude de la manière dont les forces affectent la matière. Les recherches de Krishna Garikipati, professeur assistant au Département d’Ingénierie Mécanique de l’Université du Michigan, suggèrent qu’il existe des voies simples mais universelles par lesquelles les cellules exploitent les forces, pour contrôler la croissance par exemple. Elles guideraient, en outre, la différenciation des cellules souches en des types variés de tissus dans l’embryon.

Les forces générées au niveau de la cellule pourraient être impliquées par ailleurs dans la progression des cancers dans l’organisme. La capacité des cellules à migrer est centrale dans les métastases de cancers. Il y a peut-être un moyen de prévenir mécaniquement la progression du cancer, déclare Garikipati.

Les données observationnelles de la biologie moléculaire sont aujourd’hui suffisantes pour permettre de construire des modèles signifiants, indique Jacques Dumais, professeur assistant de biologie évolutionnaire et organismique à l’Université Harvard. Les modèles indiquent qu’il y a quelque chose de prédictible dans le système, précise-t-il. Un modèle mathématique de croissance pourrait par exemple aider les chercheurs à comprendre comment un tissu synthétique interagira avec le corps et changera dans le temps.

Une question centrale dans la biologie du développement est désormais de savoir comment la mécanique et la chimie travaillent ensemble dans la formation de l’embryon et la croissance, déclare Larry Taber, professeur d’ingénierie biomédicale à l’Université Washington (Saint-Louis). Taber développe des modèles pour étudier le rôle des forces mécaniques dans la formation des tissus et organes des embryons.

Le rôle de la cellule ne consiste pas uniquement à obéir aux sollicitations des gènes, comme cela est couramment perçu, font remarquer les chercheurs. Les gènes initieraient le processus, mais la mécanique et la chimie prendraient le relais, indique Taber. Les systèmes biologiques doivent certes obéir aux lois de la physique, mais des lois additionnelles interviendraient pour gouverner le comportement des cellules et des protéines, précise Taber. C’est un système très complexe, ajoute-t-il.