Modèles mathématiques de la dynamique du tissu adipeux – MATIDY

Ces dernières années, les maladies liées à l’obésité sont devenues un enjeu majeur de santé public. Le tissu adipeux (gras) joue un rôle central dans la pathophysiologie de ces maladies : les cellules adipeuses peuvent croître, et leur nombre peut aussi augmenter. Il est donc crucial de comprendre l'évolution des tailles des cellules adipeuses pour définir de nouveaux traitements. Nous proposons d’étudier différents mécanismes de cette dynamique grâce à des modèles mathématiques s’appuyant sur des données biologiques obtenues dans différentes situations physiologiques (contrôle, obèse, maladie rénale). Ce projet interdisciplinaire est rendu possible grâce à une étroite collaboration entre biologistes, médecins et mathématiciennes.

Les cellules adipeuses stockent l’énergie sous forme de lipides et adaptent leur taille en fonction des besoins de stockage. Lorsque l’afflux de lipides est plus important que la dépense énergétique, ces cellules compensent ce déséquilibre grâce à deux mécanismes. En premier lieux les cellules grossissent, et dans un second temps le nombre de cellules augmente. Le lien entre l’augmentation du nombre de cellules et l’élargissement de celles-ci reste à comprendre et à déterminer. De plus, quand la masse adipeuse augmente de façon importante le tissue adipeux est modifié, en particulier au niveau de la matrice extracellulaire avec le développement de fibrose. La chirurgie bariatrique est l’un des traitements les plus utilisés contre l’obésité sévère. Cette chirurgie vise à réduire la capacité gastrique et à limiter la prise alimentaire : après la chirurgie, la perte de poids a été corrélée avec une diminution de la taille moyenne des cellules adipeuses.

Dans ce projet, nous proposons de développer un modèle mathématique décrivant l’évolution de la taille des cellules adipeuses, se basant sur les échanges de lipides, et prenant en compte l’augmentation du nombre de cellules ainsi que le développement de fibrose. Le modèle sera calibré avec nos données expérimentales (déjà disponibles) au moyen de méthodes d’estimation de paramètres que nous développerons. Nous serons capables de décrire l’évolution temporelle des tailles de cellules adipeuses dans les situations suivantes : contrôle pour plusieurs espèces animales, après un régime gras, après une réduction calorique et chez des patient.e.s obèses après chirurgie bariatrique. Dans un premier temps nous comparerons les valeurs des paramètres du modèle pour différentes espèces animales afin d’identifier les paramètres les plus dépendants de l’espèce. Ensuite, nous déterminerons les mécanismes présents dans notre modèle qui sont les plus impactés par les différentes pathologies. En nous basant sur les simulations numériques du modèle nous pensons pouvoir prédire les suites post-opératoires des patient.e.s après une chirurgie bariatrique et explorer de nouveaux traitements. Enfin nous construirons et réaliserons un protocole expérimental pour valider nos hypothèses de modélisation.

Avec ce programme ambitieux, les résultats de nos recherches auront un impact sur la société en permettant une meilleure prise en charge des patient.e.s obèses. Les outils numériques et mathématiques d’aide à la prise de décisions cliniques présentent un avantage à la fois pour les patient.e.s et leurs soignants, et pour les coûts financiers liés à la prise en charge de ces patient.e.s. Des opportunités de collaborations avec des partenaires industriels, pour le développement et la fabrication de tels outils, pourront également voir le jour. Nous ouvrons ainsi la voie à de nouvelles méthodes et options de modélisation, ainsi qu’à de nouvelles pistes thérapeutiques pour les maladies associées à l’obésité.