In vitro angiogenesis assays have shown that the couplings between fibrin gel and cell traction forces trigger biogel pre-patterning, consisting in the formation of lacunae which evolve toward capillary-like structures (CLS) networks. Depending on the experimental conditions (number of seeded cells, gel elasticity, …), this pre-patterning can be enhanced or inhibited. A theoretical model based on a description of the cell–biogel biochemical and mechanical interactions is proposed as a basis for understanding how integrating these interactions can lead to the pre-patterning of the biogel. We showed that the critical parameter values corresponding to the bifurcation of the model solutions correspond to threshold values of the experimental variables. Furthermore, simulations of the mechanocellular model give rise to dynamic remodelling patterns of the biogel which are in good agreement both with the lacunae morphologies and with the time and space scales derived from the in vitro angiogenesis assays. Special attention has been paid in the simulations to cell proteolytic activity and to the amplitude of cell traction forces. We finally discussed how modelling guided experiments can be inferred from these results
Les modèles d’angiogenèse in vitro ont montré que les couplages existant entre les gels de fibrine et les forces de traction cellulaires pouvaient induire une pré-structuration du biogel sous la forme de lacunes évoluant ensuite vers un réseau de structures de type capillaires (CLS). Selon les conditions expérimentales (concentration en fibrine du gel, nombre de cellules déposées, …) cette pré-structuration du biogel peut être activée ou inhibée. Nous proposons un modèle théorique basé sur une description des interactions biochimiques et mécaniques cellules-biogels en tant que support permettant de comprendre comment l’intégration de ces interactions peut induire une pré-structuration du biogel. Nous montrons que les valeurs critiques de paramètres correspondant aux bifurcations des solutions du modèle mécano-cellulaire sont en très bon accord avec les valeurs seuil des variables expérimentales. De plus, ce modèle permet de simuler un remodelage dynamique du biogel qui correspond à la fois à la morphologie des lacunes et aux échelles de temps et d’espace déterminées dans les expériences in vitro. Nous avons particulièrement analysé dans ces simulations l’influence de l’activité protéolytique des cellules et de l’amplitude des forces de traction cellulaires. Nous discutons en conclusion comment ces résultats peuvent contribuer à la mise au point de nouveaux protocoles expérimentaux guidés par la modélisation.