Modélisation et carte phénotypique des organoides : vers une classification des perturbateurs endocriniens – MORPHEUS

Les organoides sont une technologie récente très prometteuse pour de nombreuses applications médicales (caractérisation de l'effet de certaines molécules, choix d'un traitement). Des outils numériques d'analyse d'images et de modélisation sont maintenant nécessaires pour tirer pleinement parti de cette approche. Ce projet vise à combler ce lien dans le cas de l'étude des effets des perturbateurs endocriniens. Ces perturbateurs endocriniens représentent un enjeu important de la communauté européenne dans la prise de décision, notamment en agro-alimentaire. Ce projet est articulé autour de deux objectifs majeurs. Le premier consiste à développer des outils de "machine learning" pour dresser une carte phénotypiques des différents perturbateurs.

Pour ce faire, nous tirerons parti du pouvoir de discrimination des approches de deep learning en développement un réseau de neurones pour classifier les différents phénotypes. Les classes seront ensuite représentées dans l'espace formé par les bottlenecks (avant dernière couche du réseau). Pour gagner en interprétabilité des classes et pour caractériser géométriquement et topologiquement les phénotypes nous définirons un espace de graphes en strates ou chaque point représente un organoide par son graphes (les nœuds étant les cellules et les arêtes les relations d'adjacence entre cellules). Nous définirons ensuite une transformation pour passer de l'espace des "bottlenecks" à l'espace des graphes.

Le second objectif concerne la modélisation de la croissance des organoides aux échelles globale et locale. Cette modélisation s'appuiera sur la carte phénotypique obtenue. La croissance d'un organoide sera alors associée à une trajectoire dans cet espace. Un algorithme de classification permettra aussi
de regrouper les échantillons en fonction de leur morphotype dynamique lors de la croissance. Les effets des perturbateurs endocriniens seront alors caractérisés par des déviations des trajectoires.

Les expérimentations seront effectuées sur deux modèles à savoir les organoides de la prostate et les gastruloides. Ces deux modèles permettront d'obtenir une richesse phénotypiques qui pourra s'élargir du fait du caractère adaptatif de l'approche développée en complétant la description des deux espaces définis.