Modelling and Simulating Complex Systems in Biology

Ballet, Pascal; Rivière, Jérémy; Pothet, Alain; Théron, Michaël; Pichavant, K.; Abautret, Frank; Fronville, Alexandra

doi:10.4018/978-1-5225-1756-6.ch006

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“…Cet exercice de modélisation n"a pratiquement pas fait l"objet de l"attention soutenue des scientifiques du domaine avec un faible nombre de publications (cf. par exemple : Kupiec et Sonigo, 2003 ;Kupiec, 2008 ;2009 ;Ballet et al, 2011 ;Chen et al, 2019 a ;Peters et al, 2018 ;Furfaro, 2018 ;Wolpert, Tickle et Arias, 2017 ;Boudon et al, 2015 ;Danzo et André, 2020). Lors du développement d"un organisme, les cellules se différencient et les tissus s"autoorganisent spatialement pour former une structure vivante complète.…”

Section: Bases De Modélisationunclassified

Changement d’échelle entre organoïde et organe appliqué au traitement de maladies graves

Vauris,

André

2023

Entropie

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Le bio-printing est un principe de fabrication additive dans lequel des cellules vivantes peuvent être imprimées ou disposées de manière organisée en 3 dimensions. Cette technique pourrait être utile dans la fabrication d'organes fonctionnels (et qui pourrait par exemple remplacer des organes déficients chez des personnes malades) dès lors que les verrous liés au bon développement de ces organes seront débloqués. Cependant, elle peut déjà nous servir dans la compréhension des effets de substances anticancérigènes sur un amas cellulaire sain ou malin (organoïde). Ce travail met en évidence l'influence de certains paramètres sur la disparition cellulaire souhaitée. Par exemple, la forme que prend l'amas, la diffusion du produit anticancérigène et son élimination naturelle dans le temps influent largement sur la quantité de cellules restantes au cours du temps. Ainsi, le comportement à l'échelle microscopique (de l'organoïde) a pu être étudié numériquement sous différents angles tandis que le passage à l'échelle macroscopique n'a été possible qu'avec des simplifications (système à 2 dimensions, non-prolifération), mais qui permettent de comparer deux paramètres importants, l'élimination naturelle du produit anticancérigène avec la disparition cellulaire. Alors, la hiérarchie de produits de chimiothérapie issue de travaux avec des organoïdes, dans une logique de médecine personnalisée, peut être mise en défaut par d'autres effets qui ne peuvent pas être pris en compte sur ces bio-construits de petite taille. ABSTRACT. Bio-printing is a principle of additive manufacturing in which living cells can be printed or arranged in an organized manner in 3 dimensions. This technique could be useful in the manufacture of functional organs (and which could for example replace deficient organs in sick people) as soon as the locks related to the good development of these organs are unlocked. However, it can already be used to understand the effects of anti-carcinogenic substances on a healthy or malignant cell cluster (organoids). This work highlights the influence of certain parameters on the desired cell death. For example, the shape of the cluster, the diffusion of the anticarcinogen and its natural elimination over time largely influence the amount of cells remaining over time. Thus, the behavior at the microscopic scale (of the organoid) could be studied numerically from different angles while the passage to the macroscopic scale was only possible with simplifications (2-dimensional system, non-proliferation), but which allow to compare two important parameters, the natural elimination of the anticarcinogen with the cell disappearance. Thus, the hierarchy of chemotherapy chemicals resulting from work with organoids, in a logic of personalized medicine, can be challenged by other effects that cannot be taken into account on these small bio-constructs. MOTS-CLÉS. Bio-printing, organoïdes, fabrication additive, modélisation mathématique, cancer, changement d'échelle.

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