WP2 : Modélisation et caractérisation multi-échelles

Le WP2 concerne la définition, le développement et l’utilisation de modèles expérimentaux et numériques qui auront pour objectif d’étudier les situations complexes du vivant. Le WP2 considérera trois types de modèles intégrant une réflexion tridimensionnelle et fonctionnelle : tissulaires (in vitro et ex vivo de l'échelle cellulaire au mini-tissu), animaux simples (zébra Fish) et numériques (in silico à différentes échelles et pour différentes physiques, biologies).

 

 

 

 

 

La modélisation d’un système fonctionnel, qu’il soit physiologique ou biomimétique, remplit de multiples objectifs pour comprendre la physiologie des tissus vivants des échelles de la cellule à celles du corps entier, pour analyser les mécanismes impliqués dans la survenue de pathologie et pour étudier voire tester des approches thérapeutiques. Elle se nourrit de captations d’informations issues du Vivant (humain, animaux), comme par imagerie à plusieurs échelles, ou par micro-élastographie pour mesurer les paramètres viscoélastiques.

Pour illustrer le principe sur un exemple, citons le cas de la synthèse de prothèses osseuses par fabrication additive personnalisée. A partir de données quantitatives sur la densité, le nombre de cellules, la porosité et la microfluidique en résultant, la modélisation peut permettre de quantifier les évolutions biologiques à l'interface os-implant. Dans le contexte de la synthèse de matériaux résorbables favorisant une régénération et le remplacement d’un tissu, la modélisation numérique doit s’inscrire dans une approche réductionniste reflétant un ou plusieurs événements singuliers vues comme des briques informatives, qui sont ensuite compilées ou non dans un système intégratif. Elle est favorablement nourrie par toute information provenant de modèles in vitro définis selon l’état de synthèse, d’équilibre ou de dégradation des sous-systèmes concernés. Les informations requises obtenues à partir des modèles biologiques concerneront l’état cellulaire (croissance, quiescence), l’état structurel de la matrice extracellulaire apportée (« scaffold ») ou créée définissant les constantes mécaniques locales, ainsi que les cinétiques et densités. Dans les deux cas, les études pourront bénéficier de procédés reconnus pour agir favorablement sur les tissus de façon non pharmacologique. Par exemple, la composition des « scaffolds », la stimulation par des ultrasons « thérapeutiques » ou l’électromagnétisme sont déjà utilisés en routine pour stimuler la croissance des tissus. Les modèles biologiques mimant les trois situations citées pourront donc être utilisés pour acquérir des données différentielles utiles à la modélisation numérique. La conjonction des deux types de modèles pourra aussi permettre de comprendre la mécanistique sous-jacente explicitant les effets positifs de ces stimulations.