Mieux prédire les effets secondaires des traitements grâce à une ''artère virtuelle''

Des chercheurs ont développé ce qu''ils appellent une «artère virtuelle», un modèle multi-échelle intégrant des données physiques, chimiques et biologiques. Ils sont parvenus à reproduire l''activité d''une cellule individuelle dans la paroi artérielle (cellules endothéliales, cellules musculaires lisses) et dans le flux sanguin (globules rouges, plaquettes, globules blancs).

Ils ont étudié la tunica media (la couche intermédiaire de l''artère, composée de muscle et de tissu) qui, dans le modèle, était composée de cellules sphériques formant un réseau hexagonal compact, conçu pour reproduire la mécanique des cellules musculaires lisses quiescentes (SMC).

Les traitement de la sténose, qui se produit lorsqu''un canal corporel se rétrécit de façon anormale, nécessite souvent l''utilisation d''une angioplastie par ballonnet et la mise en place d''un stent. Ce traitement peut déboucher sur ce que l''on appelle une ''resténose intra-stent'', c''est-à-dire au développement de cellules musculaires lisses quiescentes dans une artère coronaire. L''équipe de recherche a mis au point une méthode pour prévoir la probabilité qu''un patient développe ce dangereux effet secondaire post-traitement, qui peut souvent nécessiter une intervention chirurgicale corrective.

Une ''artère virtuelle'' modélisant les cellules individuelles et leurs interactions

La recherche, partiellement financée par l''UE, a été récemment présentée dans un article publié dans ''Royal Society Publishing''. Il y est expliqué comment, après de précédentes applications du modèle pour des simulations bidimensionnelles, la version tridimensionnelle a maintenant été validée sur des données tirées d''essais réalisés sur des bandes découpées dans la tunica media.

Le système de modélisation de l''équipe a traité des SMC individuelles comme des entités interagissant les unes avec les autres, tout en tenant compte du fait que chaque cellule est soumise à ses propres cycles. Ils ont ainsi pu représenter de façon plus complète l''environnement mécanique et biochimique des cellules.

Les essais d''étirement modélisés ont été comparés à ceux effectués in vitro, qui ont consisté à étirer dans les directions longitudinales et circonférentielles des bandes découpées dans la tunica media.

L''informatique haute performance change la donne

En utilisant cette approche de modélisation, l''équipe a pu étudier le transport de plaquettes dans les anévrismes, en simulant les propriétés mécaniques de globules rouges et de plaquettes isolés, et en les couplant avec le flux de plasma sanguin. Les chercheurs s''efforcent actuellement d''intégrer davantage les apports biologiques et chimiques, ce qui leur permettra de capturer les processus liés à la thrombose.

L''applicabilité de la méthodologie à divers processus biomédicaux reflète les objectifs des projets COMPBIOMED et COMPAT, financés par l''UE, dont les travaux ont contribué aux résultats présentés.

Le projet COMPBIOMED (A Centre of Excellence in Computational Biomedicine) a été spécialement mis en place pour exploiter la puissance croissante des ordinateurs haute performance, afin d''étendre la précision de la modélisation et d''améliorer nos connaissances en médecine cardiovasculaire, moléculaire et neuro-musculosquelettique. L''objectif final est de mettre au point un flux de travail automatisé dans lequel les données d''un patient individuel pourront être entrées et traitées pour générer des résultats de santé prévus, offrant la perspective d''une médecine plus personnalisée.

L''un des problèmes inhérents à l''élaboration de ces modèles prédictifs est la complexité liée à la réplication des variables spatiales et temporelles inhérentes aux processus physiques multi-échelles. Le projet COMPAT (Computing Patterns for High Performance Multiscale Computing) a enrichi nos connaissances grâce à ses algorithmes réutilisables de calcul haute performance multi-échelles, évolutifs jusqu''à des systèmes à l''échelle exa (au moins un milliard de milliards de calculs par seconde). Le projet vise à développer un logiciel qui transformera les simulations informatiques en une vraie science prédictive.

Pour plus d''informations, veuillez consulter:
site web du projet COMPBIOMED
site web du projet COMPAT