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Modélisaiton sphéroïde

Des vies artificielles pour la recherche biomédicale

  |   Lettre d'information

 

Et si la vie artificielle pouvait apporter sa pierre à l’édifice de la recherche médicale ? Et si, comme le soutient Sylvain Cussat-Blanc, responsable de la nouvelle équipe-projet « Onko3D », on pouvait « non pas de s’affranchir de la paillasse mais guider les biologistes sur les expériences les plus pertinentes » ? A la lumière des progrès réalisés dans la biologie synthétique comme dans l’intelligence artificielle, c’est bien la conviction de cette nouvelle équipe-projet, composée d’informaticiens et nouvellement accueillie à l’ITAV. Une idée dont les racines remontent à plus de 20 ans en arrière…


 

Depuis 1993, l’axe « vie artificielle » de l’IRIT s’attache à modéliser la morphologie et le comportement de créatures artificielles dont l’aspect semble alors bien éloigné de toute réalité biologique. Le rapprochement avec la biologie est naturel car comme l’explique Yves Duthen, son responsable : « Le système le plus capable d’évoluer, de s’adapter, d’apprendre et d’évoluer de manière autonome, c’est la cellule ! ». Progressivement, des forces de l’équipe s’impliquent dans un projet ambitieux : simuler la genèse d’un véritable tissu vivant. Si la littérature sur le sujet est généreuse, les informaticiens n’en sont pas pour autant friands et les outils qu’ils conçoivent en retour ne sont pas toujours accessibles aux biologistes. La collaboration entre ces deux domaines est donc décisive à la fois pour produire un outil ergonomique, échanger des connaissances et finalement vérifier la validité des simulations.

 

 

Le modèle numérique conçu par un logiciel apprenant seul à gauche et la réalisation en ayant découlée sous forme de robot, à droite : La simulation est confrontée au réel.

 

 

« Toute la difficulté est de parvenir au compromis idéal entre temps de calcul et réalisme » reprend Sylvain Cussat-Blanc. Si certaines étapes ne peuvent être éludées, les mécanismes cellulaires sont en revanche d’une telle complexité qu’ils ne sont pas toujours élucidés et ne peuvent de toute manière être intégralement modélisés. Comme pour les sciences économiques et sociales coutumières de ce genre d’exercice, il n’est cependant pas nécessaire de cerner le comportement d’un individu pour prévoir celui de foules. Il en va de même pour les cellules : les spécificités individuelles s’effacent au profit d’un comportement global dès lors que l’on atteint des tailles d’amas suffisamment importantes.

 

 

Les interactions avec les biologistes ont débuté en 2009, dans le cadre d’une thèse portant sur la modélisation d’un cycle cellulaire. Soucieux de la valorisation, cette première phase débouche déjà sur la production d’un programme qui, habillée d’une interface graphique, sera prochainement employé en tant que « serious game* » pour illustrer des travaux pratiques de biologie cellulaire. Les étudiants de licence pourront ainsi tester dans ce simulateur des protocoles expérimentaux tout comme s’ils étaient à la paillasse.C’est aujourd’hui la mécanique entre cellules et la diffusion de molécules en leur sein qui concentrent tous les efforts de l’équipe-projet basée à l’ITAV, avec un objectif en ligne de mire : créer un logiciel permettant de cribler des candidats médicaments anti-cancéreux. Si chaque étape fait l’objet d’une production spécifique, un avantage les reliera toutes : ce qui prendrait quelques jours dans un protocole classique de cultures, ne nécessite en simulation que quelques heures. « La simulation permet d’aiguiller les biologistes sur la plausibilité de son hypothèse, en lui permettant de jouer sur de nombreux paramètres de son protocole telles que le type de cellules ou les drogues utilisées… » détaille Sylvain qui garde toujours à l’esprit le fait « que ce modèle doit pouvoir être utilisé en toute autonomie par les biologistes. » Un projet requérant une étroite collaboration entre informaticiens et biologistes, tel que seul un environnement interdisciplinaire peut l’autoriser…* Logiciel qui combine intention sérieuse et ressorts ludiques.

 

* Logiciel qui combine intention sérieuse et ressorts ludiques.


Témoignages


Sylvain Cussat-Blanc, Maître de conférences Universités à l’UT1 et rattaché à l’IRIT

 

« De nombreuses les techniques de génération de forme et de comportements s’inspirent de la biologie »

 

 

“La biologie m’a toujours motivé et inspiré. Lors de mon post-doc, je travaillais sur des modèles « Evo-devo ». Contrairement à l’écologie, où ils sont employés pour modéliser le réel, c’était dans mon cas pour tester des techniques de génération. En se basant sur des modèles de développement cellulaire, nous avons écrit un programme qui va générer des morphologies de robots adaptées au déplacement. Les problématiques sur l’organisation des divers modules, sur comment générer une morphologie et un comportement permettant au robot de se déplacer s’inspirent toutes de la biologie. C’était cependant très fondamental et à mon arrivée à Toulouse, j’ai eu l’occasion de me tourner vers l’appliqué : c’est important de savoir qu’il y aura après des gens qui pourront réutiliser cela !

 

Basé à l’UT1, nous avions des interactions avec les biologistes mais on ne les voyait que lors des réunions mensuelles. A l’ITAV, on mange avec eux, on boit un café, on les croise dans les couloirs et si on a une question « bête » sur les mécanismes cellulaires, on peut directement leur poser. Pour moi, c’est un confort d’accéder plus facilement aux experts de la biologie et nous restons en ce sens ouverts à la participation de toutes personnes prêtes à faire part de ses problématiques…”

 

 


Yves Duthen, Professeur des Universités à l’UT1 et rattaché à l’IRIT

 

« C’est le problème qui fabrique la solution, le programme lui est aveugle. C’est une nouvelle manière de concevoir les machines, sans à priori. »

 

 

“Avec le criblage et le décryptage haut débit, la biologie connaît un essor fabuleux. On récupère des données sur les systèmes vivants, cela constitue le « Big Data ». Le stockage des données, avec les data center, suivent en parallèle la même évolution. Il y a donc une conjonction entre la capacité à observer et celle à traiter les observations du vivant. Avant, là où ce n’était qu’intuitions, on peut maintenant construire des modèles, que ce soit pour mieux comprendre le vivant comme pour créer et synthétiser de la robotique bio-inspirée.

 

Pour nous, une cellule n’est ni plus ni moins qu’une créature artificielle à laquelle on a intégré certains paramètres afin qu’elle corresponde aux expériences. La simulation permet ainsi en quelques minutes de simuler la croissance d’un ensemble multicellulaire ou l’organisation d’un tissu qui est par nature très lente. On peut ajouter des évènements au simulateur permettant de reproduire un reproduire une expérience qui représenterait un lourd travail d’observation. La machine permet ainsi d’essayer de nombreux protocoles, d’en identifier les plus intéressants, de guider la recherche. Cette approche à un très fort potentiel pour les applications de biologie synthétique.”

 


 

Michel Daydé, Professeur des Universités à l’INPT et directeur de l’IRIT

 

« On est souvent challengé par les demandes des utilisateurs et cela nourrit notre recherche. »

 

 

“Tout comme pour les mathématiques, nos interactions avec les grands domaines applicatifs sont essentielles. On ne concrétise et valorise ce que l’on sait faire qu’au travers de collaborations avec d’autres domaines scientifiques. Bien que par le passé, recherche interdisciplinaire et recherche appliquée étaient peu reconnues, notre domaine a été, par nécessité, un des premiers à évoluer en ce sens.

 

Qui plus est, on est souvent challengé par les demandes des autres disciplines et cela nourrit notre recherche. Dans ces collaborations, chacun apporte sa vision, c’est du gagnant-gagnant. On peut avancer ensemble et mutuellement montrer ce que l’on peut apporter. De plus, la recherche c’est aussi des liens entre les personnes. Déplacer des chercheurs à temps plein sur des projets externes c’est extrêmement difficile, ne serait-ce que pour leur carrière. Le principe de l’équipe-projet, affectée à temps partiel pour une durée déterminée constitue un compromis facilement acceptable par le laboratoire d’origine. Donc, quand ça accroche, il faut qu’il y ait les dispositifs adéquats pour supporter cela et l’ITAV en fait partie. C’est le genre d’initiative qui me plaît car je crois en l’interdisciplinaire.”