Dynamique des fluides guidée par les données et la simulation numérique pour comprendre la mécanique de la morphogenèse des tissus – FluidEmbryo

Au cours du développement embryonnaire, les cellules doivent développer des mouvements coordonnés à grande échelle pour former des tissus et des organes fonctionnels. Le développement de modèles numériques pour ces écoulements tissulaires pourrait changer radicalement la façon dont nous comprenons et contrôlons la morphogenèse des tissus. Cependant, nous manquons encore de connaissances fondamentales sur les principes mécaniques qui sous-tendent ces processus.

A l'échelle du tissu, ces écoulements résultent d'interactions complexes entre croissance, contraintes actives et propriétés mécaniques complexes. Le rôle des propriétés mécaniques, également appelées rhéologie, a récemment fait l'objet d'une attention croissante à mesure que la rhéologie s'est avérée jouer un rôle clé dans divers événements morphogénétiques. Cependant, il est encore difficile de mesurer avec précision la rhéologie des tissus dans des conditions pertinentes pour la morphogenèse. De plus, le rôle général de la rhéologie tissulaire et de son couplage avec la croissance et les contraintes actives au cours de la morphogenèse reste à éclaircir.

Dans FluidEmbryo, nous visons à tirer parti d'avancées récentes en apprentissage automatique et en dynamique des fluides numérique (CFD) pour déterminer comment les propriétés mécaniques complexes des tissus embryonnaires peuvent guider les écoulements tissulaires qui façonnent les organes, en poursuivant deux objectifs :
- (1) Construire des modèles mécaniques effectifs pour les tissus embryonnaires. Nous inférerons les propriétés rhéologiques et les contraintes actives dans des tissus embryonnaires à partir de données expérimentales microfluidiques à l'aide de réseaux neuronaux informés par la physique (PINN).
- (2) Déterminer comment les propriétés mécaniques peuvent sculpter les tissus. Nous emploierons des simulations CFD à haute performance, couplant rhéologie complexe, croissance et contraintes actives, pour (i) identifier les processus morphogénétiques pouvant être pilotés par la rhéologie des tissus dans des configurations génériques et (ii) déterminer le rôle de la rhéologie des tissus pendant la formation d'axe d'organoïdes embryonnaires.

Ces deux objectifs seront poursuivis en étroite collaboration avec deux groupes expérimentaux reconnus internationalement sur les thèmes de la morphogenèse des tissus et des organoïdes embryonnaires. Dans le prolongement de ce projet, nos modèles mécaniques seront ultérieurement couplés à des modèles bio-chimiques pilotés par les données, ouvrant ainsi la voie à des simulations numériques multi-physiques pour l'ingénierie tissulaire.