Thèse Imagerie Optique Sensible à la Polarisation de la Formation des Organes Sensoriels chez l'Embryon de Poulet H/F

Institut Polytechnique de Paris École polytechnique

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique
École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris
Laboratoire de recherche : LPICM - Laboratoire des Interfaces et des Couches Minces
Direction de la thèse : Tatiana NOVIKOVA ORCID 0000000290489158
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-08-31T23:59:59

Comprendre le développement embryonnaire est un enjeu scientifique majeur, car la formation des organes repose sur des processus biophysiques étroitement coordonnés impliquant la déformation des tissus, la croissance, la différenciation et la réorganisation cellulaire. Au début du développement, l'embryon est essentiellement plat, ou légèrement courbé. Le développement embryonnaire s'effectue par une série d'événements de pliage qui transforment rapidement le blastodisque (blastula précoce chez l'embryon de poulet) en une petite structure tubulaire orientée selon l'axe antéro-postérieur. Des invaginations tubulaires secondaires donnent naissance aux organes sensoriels tels que les yeux, les oreilles, le nez et la bouche. Les premiers motifs de clivage fournissent des repères géométriques qui guident les cellules de l'ectoderme à s'aligner en structures linéaires - « ceintures » ou « câbles » - agissant comme de minuscules actuateurs de force et générant des contraintes planaires qui entraînent le pliage des tissus.
La formation des organes sensoriels implique deux modes de pliage principaux : le pliage in-plane pour créer le tube corporel primaire et le pliage radial pour générer les primordia des organes sensoriels. Au cours de ces processus, les cellules de l'ectoderme s'empilent ou s'alignent en crêtes, renforçant les forces de traction coopératives. La relation causale entre l'alignement cellulaire et le pliage des tissus - si l'alignement déclenche le pliage ou si c'est l'inverse - reste une question ouverte.
La microscopie de Mueller adaptative permettra la réalisation de séries de mesures in vivo en time-lapse de l'alignement cellulaire et de la biréfringence tissulaire, fournissant un outil quantitatif pour étudier ces processus couplés. En cartographiant l'organisation cellulaire et l'activité mécanique pendant le pliage, cette approche vise à identifier et quantifier les paramètres biophysiques sous-jacents à l'organogenèse, offrant de nouvelles perspectives sur la morphogenèse tissulaire et ses applications potentielles en médecine régénérative et chirurgie pédiatrique.

L'organogenèse dans l'embryon est aujourd'hui reconnue comme un processus biophysique, dans lequel des forces mécaniques générées par les cellules pilotent la déformation, la différenciation et la croissance des tissus. Lors du développement précoce, les cellules ectodermiques du blastodisque de l'embryon de poulet s'alignent progressivement en structures de type « câbles », capables de générer des contraintes dans le plan du tissu, conduisant à son repliement.
Cependant, les mécanismes physiques précis reliant l'alignement cellulaire à la morphogenèse restent mal compris. Les techniques d'imagerie optique conventionnelles offrent une résolution spatiale élevée, mais manquent de contraste intrinsèque lié à l'organisation microstructurale.
L'imagerie optique sensible à la polarisation constitue une approche non invasive particulièrement adaptée pour révéler l'anisotropie structurale, la biréfringence induite par les contraintes mécaniques et l'orientation collective des cellules dans les tissus vivants.

L'objectif principal du projet est de comprendre, avec les études in vivo, le couplage entre l'alignement cellulaire et le repliement tissulaire lors de la formation des organes sensoriels (les oreilles, le nez, les yeux) chez l'embryon de poulet.
Les objectifs spécifiques sont :
-Développer un microscope rapide sensible à la polarisation pour l'imagerie in vivo d'embryons vivants.
-Quantifier l'évolution spatio-temporelle de l'alignement cellulaire et de la courbure tissulaire durant l'organogenèse en utilisant les cartes polarimétriques .
-Déterminer si l'alignement cellulaire est la cause ou la conséquence du repliement tissulaire.
-Tester l'existence d'un comportement seuil ou de type transition de phase dans la dynamique d'alignement.
-Comparer les mécanismes de formation entre différents organes sensoriels.

Tâche de recherche 1 - Système d'imagerie optique sensible à la polarisation
Un microscope d'imagerie de la matrice de Mueller à cadence vidéo sera développé sur mesure, en utilisant une source LED à bande étroite, des retardateurs à cristaux liquides à commutation rapide pour la modulation de polarisation, ainsi qu'une caméra à détection polarisée. Cette configuration permettra d'obtenir des cartographies quantitatives de la rétardance, de la dépolarisation et de l'orientation de l'axe optique à des cadences pouvant atteindre 30 images par seconde. Une chambre d'incubation à température contrôlée sera intégrée afin de permettre l'imagerie in vivo d'embryons de poulet vivants.
Afin de maintenir la mise au point lors d'acquisitions prolongées, une lentille liquide adaptative sera intégrée pour assurer une re-focalisation automatique. Des algorithmes rapides de post-traitement, ainsi qu'une méthode de polarimétrie partielle basée sur l'apprentissage automatique, seront mis en oeuvre pour reconstruire la matrice de Mueller complète à partir de mesures réduites (matrice 3×4), permettant ainsi une imagerie à grande vitesse avec une exposition lumineuse minimale.
Tâche de recherche 2 - Expériences quantitatives sur l'embryon
Des embryons de poulet seront cultivés ex ovo et imagés de manière dynamique au cours des premières étapes de la morphogenèse des organes sensoriels. Les paramètres polarimétriques (amplitude de la rétardance, azimut de l'axe optique) seront corrélés à des cartes de déformation obtenues par vélocimétrie par images de particules (PIV) à partir d'images en lumière blanche. Cette approche permettra de quantifier la relation entre l'ordre orientationnel des cellules et les déformations locales du tissu.
En comparant différents organes sensoriels, nous testerons l'hypothèse selon laquelle des dynamiques similaires gouvernent la formation des fosses otique, oculaire et nasale. Des expériences complémentaires exploreront l'effet de stimulations externes (par exemple champs électriques ou chocs osmotiques) afin d'étudier la réversibilité et les mécanismes de contrôle de l'alignement cellulaire.