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Modelisation - Systèmes biologiques

Marie Odin - 13/05/2011

Comprendre la production de cellules sanguines pour mieux traiter leur dysfonctionnement

Portrait Mostafa Adimy, responsable de l'équipe Dracula

L’équipe Dracula, créée en janvier 2011 en partenariat avec le CNRS et l'université Claude Bernard de Lyon, est la première équipe installée à la nouvelle antenne Inria Lyon La Doua. À l’interface entre les mathématiques et les sciences du vivant, l’équipe rassemble des mathématiciens et des biologistes pour modéliser la production des cellules sanguines. Mostafa Adimy, directeur de recherche Inria et responsable de l’équipe Dracula en présente les enjeux scientifiques et domaines d’applications.

Quelle est la thématique de recherche de l’équipe Dracula ?

Mostafa Adimy :  L'objectif de l'équipe Dracula est d'explorer différentes approches de modélisation multiéchelle pour mieux comprendre les phénomènes à l'œuvre dans l'hématopoïèse. L'hématopoïèse correspond au processus de fabrication et de régulation dans la moelle osseuse des cellules du sang (globules rouges, globules blancs et plaquettes) à partir de cellules souches. Grâce à des interactions avec des protéines, ces cellules se renouvellent et se différencient, et ce n'est qu'une fois parvenues à maturité qu'elles sont libérées dans le sang. Nos approches sont multiéchelles car elles prennent en compte simultanément des réseaux intracellulaires et extracellulaires, mais aussi la dynamique des populations de cellules.

Nous nous concentrons dans un premier temps sur la production des globules rouges, dont les mécanismes sont mieux connus des biologistes, mais cette modélisation multiéchelle s’applique également au système immunitaire dont les principaux acteurs sont des globules blancs. Dans le cadre de la fondation FINOVI notamment, nous menons un travail de modélisation de la réponse immunitaire décrivant à la fois les mécanismes de régulations permettant l’activation des cellules du système immunitaire, et la dynamique des populations de cellules réagissant à une infection.

Quels sont les enjeux scientifiques liés à ces travaux ?

Mostafa Adimy :  Nous situant à l’interface entre mathématiques et biologie, nous nous trouvons confrontés à deux types de difficultés. D’une part, les données biologiques évoluent constamment et les nouvelles connaissances viennent remettre en cause ou modifier les modèles établis. D’autre part, la modélisation nous contraint à simplifier un processus très complexe, s’éloignant ainsi de la réalité, mais permet d’accéder à une certaine compréhension du processus.

L’enjeu est donc de mêler les deux approches, biologique et numérique, pour avoir une meilleure compréhension des mécanismes à l’œuvre dans le cas de l’hématopoïèse normale et de l’hématopoïèse pathologique. Ainsi, nous testons différents types de modèles, basés principalement sur des équations aux dérivées partielles, pour une meilleure appréhension des causes de la déstabilisation de ces populations cellulaires. Les partenaires biologistes de l’équipe réalisent les expériences nécessaires pour affiner la modélisation.

Quelles sont les perspectives d’applications ?

Modelisation de l'hématopoïèse par l'équipe Dracula Modélisation de la production des globules rouges - © EPI Dracula

Mostafa Adimy :  L’hématopoïèse est un des processus biologiques les plus stables. Néanmoins, il arrive que son fonctionnement soit altéré menant à des anomalies sanguines telles que les leucémies. Nos travaux trouvent une application directe pour une meilleure compréhension de ces maladies et donc un meilleur traitement. Nous travaillons en collaboration directe avec des cancérologues spécialistes de la leucémie à l’hôpital Edouard Herriot de Lyon.

Nos modèles sont physiologiques: nous analysons les conséquences de la maladie et non ses origines. C’est une approche plus qualitative que quantitative. Nous cherchons à comprendre comment les anomalies sont générées. À partir des observations, nous essayons de construire un modèle qui reproduise ces anomalies et nous cherchons à identifier les paramètres responsables.

Quelles sont vos motivations pour ce sujet de recherche ?

Mostafa Adimy :  Cet axe de recherche a débuté un peu par hasard à l’université de Pau avec deux étudiants en DEA (master 2), Laurent Pujo-Menjouet et Fabien Crauste, aujourd’hui membre de l’équipe Dracula. De fil en aiguille, ils ont poursuivi en thèse, travaillé avec des équipes initiatrices de la thématique comme l’équipe de M. Mackey de l’université McGill au Canada et celle de G. Webb de l’université Vanderbilt aux USA puis ils ont été recrutés à Lyon.

J’ai ensuite engagé une action de recherche collaborative (ARC ModLMC) pour la modélisation d’un type de leucémie, en impliquant des équipes Inria de Bordeaux et de Rocquencourt, ainsi que des équipes du CNRS et de l’Inserm de Lyon. La création  d’une équipe de recherche sur la modélisation de l’hématopoïèse s’est alors rapidement imposée de par la forte dynamique sur le sujet, la concentration de spécialistes à Lyon et l’intérêt des enjeux pour la société.

Par rapport à mes activités précédentes, je me concentre davantage sur les applications de mes recherches en mathématiques. Nous faisons cependant encore souvent des mathématiques fondamentales, lorsque nous nous concentrons sur l’analyse qualitative des équations obtenues. Etudes mathématiques permettant de poser les modèles sur des solides bases théoriques.

Mots-clés : Dracula Mostafa Adimy Antenne Inria Lyon la Doua Hématopoïèse Santé Inria Grenoble - Rhône-Alpes

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