GdR d'animation Stic Santé


Thème A : Physiome, Modélisation (Mathématique, Thérapeutique)



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Thème A : Physiome, Modélisation (Mathématique, Thérapeutique)



Rapport d’activité
Comité de Pilotage

Responsables : THOMAS Randy - MARTIEL Jean-louis

Suppléants : HERNANDEZ Alfredo, CUCHERAT Michel

Objectifs du thème

La modélisation est pratiquée à l'Inserm et au CNRS (SdV) dans de multiples contextes, mais souvent les équipes qui la pratiquent ne réalisent pas leur plein potentiel, soit par manque de partenaires experts dans les domaines du traitement du signal et de l'image, de l'analyse numérique ou des bases de données, soit, au contraire, par manque de contact réel avec les équipes de biologistes/cliniciens. Ce thème vise à catalyser les rencontres et collaborations pour pallier ce manque.


Les domaines visés concernent la modélisation appliquée au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques, incluant aussi bien la pharmacocinétique (surtout quand elle est basée sur des modélisations fonctionnelles) que la modélisation en amont (concernant la physiologie/ physiopathologie et les voies métaboliques) ou l'expression génique envisagée dans une perspective thérapeutique. Nous ne traitons pas ici le domaine de la bioinformatique liée à l'étude du génome et à la modélisation structurale de molécules.
À travers des Journées Thématiques et la constitution de groupes de travail qui en ressortent, nous voulons :

• Recenser les compétences et répertorier les domaines d'activité qui profitent déjà de modélisation, identifiant les interfaces cliniques où la modélisation peut apporter un avantage.

• Mettre à profit ce patrimoine de modèles et techniques de modélisation en constituant une ressource nationale de modélisation biomédicale, d'abord à travers le site Web du GdR et ensuite sur une plate-forme indépendante envisageable à plus long terme. Ce sera aussi une ressource d'experts.

• Développer de nouveaux outils informatiques de gestion et constitution de bases de données et de connaissance (e.g., l'utilisation du XML) et leurs possibilités d'interfaçage avec la modélisation.

Pendant le prochain mandat, nous voulons renforcer certains domaines qui sont en pleine croissance mais qui ne sont pas encore très visibles.
Physiome :

Le défi à long terme pour le Projet Physiome est de construire un cadre de modélisation dans lequel l'effet d'une mutation d'un gène peut être modélisé depuis son effet sur la structure et fonction d'une protéine, en passant par l'effet de ces changements sur des processus cellulaires tels que la transduction des signaux, pour finir par l'explication de l'altération du fonctionnement des tissus et organes. De cette compréhension approfondie, on peut raisonnablement attendre des retombées importantes dans le design d'appareillages médicaux, dans le diagnostic médicale, et dans le développement de nouveaux médicaments.


Pour faciliter le développement et la validation de modèles intégrés, ce projet nécessite la création de bases de données, accessibles via le web, qui hébergeront, d'une part, l'ensemble des mesures nécessaires à l'évaluation des valeurs de paramètres, et d'autre part, les modèles mathématiques eux mêmes, de façon à les rendre accessibles et interactifs. Clairement, ceci implique une hiérarchie de modèles et d'approches de modélisation, mais il faudra également un degré de collaboration interdisciplinaire sans précédent aux niveau international. Nous travaillerons, en concertation avec le "Projet Physiome IUPS", à l'élaboration d'un cadre (framework) capable de gérer la hiérarchie de modèles de calcul (et les données expérimentales et publications qui y sont associées) qui aideront à intégrer les connaissances génomiques et protéomiques dans une compréhension des fonctions physiologiques des organismes.
Dans ce but, il faut une concertation avec les autres thèmes de ce GdR, notamment pour, par exemple, l'élaboration d'ontologies permettant les échanges d'information entre domaines voisins et l'établissement de liens entre la modélisation et l'imagerie fonctionelle (très important en milieu clinique).
Un tel programme ne peut être approché en pratique que par une stratégie progressive, de façon à ce qu'à chaque stade l'utilité soit assurée et les prochaines étapes faisables :
• Encourager le développement d'une approche générique à la modélisation multi-niveaux - En amont de la clinique, il serait utile de disposer à la fois de modèles globaux des grandes fonctions physiologiques et de modèles locaux de fonctions tissulaires, cellulaires, et même subcellulaires pour chaque organe. Ces modèles représenteraient à terme l'état de la connaissance à chaque niveau, et seraient évolutifs afin de permettre des mises à jour. Dans la mesure du possible, ces modèles seraient accessibles de façon interactive via une interface Web. Cette collection de modèles jouerait un rôle dans l'exploration de scénarios thérapeutiques au cours de conception de nouveaux médicaments ou stratégies thérapeutiques.
• Encourager la recherche sur des outils génériques pour l'élaboration de bases de données liées à la physiopathologie et à la modélisation. En accompagnement du développement progressif d'un système complet de modèles physiopathologiques, il est indispensable de développer un système de bases de données "compatibles" pour héberger les données hétérogènes et parfois dispersées nécessaires au support et à l'élaboration de modèles et à l'ensemble des connaissances annexes.
Si la logique de cette approche paraît convaincante, sa mise en œuvre nécessite la concertation d'experts dans tous les domaines concernés, depuis les informaticiens, en passant par les biologistes et ingénieurs modélisateurs et allant jusqu'aux cliniciens. Ce GdR a comme vocation d'être le lieu privilégié de cette concertation.

Organisation de Journées Thématiques



30-03-2004 : "Mouvement et contraintes mécaniques en biologie et médecine." --- organisateurs : JL Martiel, R. Thomas. (participants : 24)

L’installation d’un état pathologique chez un individu, un organe ou une cellule est (souvent) provoquée par les contraintes mécaniques induites par les forces générées, au cours du mouvement, ou bien par l’équilibre dans le corps ou encore par le remodelage du cytosquelette.

Ces forces, et leurs conséquences pour la biologie ou la médecine, résultent de processus physiologiques qui ont des origines différentes, suivant l’échelle à laquelle on s’intéresse. Dans ces cas, le bon fonctionnement de l’organe ou de la cellule est directement dépendant des contraintes induites par forces. Les techniques de modélisation et de simulation numérique peuvent apporter des réponses partielles à ces problèmes biologiques et médicaux.

Programme



  1. P. Merloz (CHU de Grenoble). "Aspects cliniques, mécaniques et tribologiques des arthroplasties prothétiques (Hanche, Genou, cou de pied) en 2004"

  2. MC Ho-Ba-Tho (Université technologique de Compiègne), "La prise en compte du stress mécanique dans la modélisation des prothèses"

  3. S. Laurent (Hôpital Européen George Pompidou, Paris), Pathogenèse des maladies artérielles : aspects mécaniques

  4. J. Ohayon (Université de Savoie, Chambéry) et G. Finet (CHU de Lyon), "Interactions bio-mecaniques entre la pression sanguine, l'épaisseur des parois et la composition lipidique dans la plaque d'athérome coronarien."


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