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FP7

MORPHOELASTICITY — Résultat en bref

Project ID: 256377
Financé au titre de: FP7-PEOPLE
Pays: Royaume-Uni

La modélisation mathématique de systèmes biologiques

Il reste difficile de concevoir des modèles mathématiques d'une grande exactitude afin d'étudier la croissance, la structure et la fonction de systèmes biologiques et physiologiques. Une solution possible est d'associer la géométrie différentielle, l'élasticité exacte et la thermodynamique non linéaire.
La modélisation mathématique de systèmes biologiques
Les chercheurs du projet MORPHOELASTICITY (Morphoelasticity: The mathematics and mechanics of biological growth), financé par l'UE, ont conçu des modèles capables de représenter les types de croissance à la surface des coquilles, la croissance des moisissures, le repliement des muqueuses, la remodélisation des voies respiratoires, et la remodélisation anisotrope de fibres. L'utilisation de ces modèles pour représenter la croissance et les forces physiques devrait permettre de faire la différence entre les processus pathologiques et les comportements normaux.

Les chercheurs ont réalisé le modèle de croissance et de rotation de la moisissure Phycomyces blakesleeanus en associant une modélisation mécanique continue avec la non linéarité, l'anisotropie hélicoïdale et l'élasticité. Tout comme le modèle de croissance de surface pour les coquilles d'animaux marins, ces travaux ont d'importantes conséquences pour l'étude des processus d'infection par les moisissures, la croissance des plantes et d'autres concepts importants.

Le repliement des muqueuses est fréquent dans les tissus biologiques, conséquence d'une instabilité résultant de la concurrence entre une croissance différentielle et des forces mécaniques comme la pression. Les scientifiques ont aussi conçu un modèle décrivant comment le repliement des muqueuses entraîne un rétrécissement des voies respiratoires chez des patients atteints d'asthme chronique et exposés à une pression critique.

Par ailleurs, la remodélisation anisotrope des fibres peut décrire la morphogenèse dans des tissus et des structures biologiques comme le collagène et la cellulose. Ces tissus sont composés d'une matrice souple renforcée de fibres, et sont très fréquents chez les animaux et les plantes. L'étude des modèles de croissance à partir de l'intensité et de la direction des contraintes élucidera la dynamique complexe des rétroactions.

Les chercheurs ont aussi réalisé un modèle simulant la croissance d'une tumeur et son interaction avec le système immunitaire. Ce modèle intègre les cellules détruisant les tumeurs (lymphocytes T régulateurs), les lymphocytes T auxiliaires, et les cellules dendritiques). Il suggère que pour un taux donné de croissance de la tumeur, il existe une action optimale des antigènes qui maximise la réponse du système immunitaire. Et pour certaines tumeurs, il existe une dose optimale de cellules dendritiques pour cette thérapie.

Les modèles de MORPHOELASTICITY pourraient être utilisés dans divers domaines de recherche comme le cancer, la formation d'anévrismes artériels, et le développement et les invasions de microbes. Ils apporteront de nouvelles informations sur plusieurs processus biologiques, au bénéfice de la recherche dans des domaines aussi divers que la biologie végétale, la médecine, la biophysique et la zoologie.

Informations connexes

Mots-clés

Systèmes biologiques, modèles mathématiques, MORPHOELASTICITY, croissance en surface, tumeur