Mathematical Modeling and Simulations of Organ-on-Chip (OOC) #72

DiengAda · 2025-08-29T00:27:09Z

DiengAda
Aug 29, 2025

Modélisation Mathématique et Simulations d'Organ-on-Chip (OOC) – M2

Étudiant(e) : Adama Dieng
Encadrant académique : Christophe Prud’homme, Micol Pennacchio, Silvia Bertoluzza, Gabriella Bretti
Structure d'accueil : Institut de Recherche Mathématique Avancée (IRMA), Université de Strasbourg
Période : Mars 2025 - Juillet 2025

Contexte

Ce stage s’inscrit dans le développement des Organ-on-Chip (OOC), des dispositifs microfluidiques qui reproduisent les microenvironnements tissulaires humains pour étudier les dynamiques cellulaires, notamment les interactions entre cellules immunitaires et tumorales. L’objectif était de concevoir des outils numériques pour simuler ces interactions, en s’appuyant sur des modèles mathématiques adaptés aux géométries complexes des OOC (chambres 2D et canaux 1D).

Méthodologie

Outils utilisés : Bibliothèque C++ (Feel++), Cluster HPC Gaya (simulations), Gmsh (génération de la géometrie et du maillage), ParaView (visualisation), LaTeX (rapports scientifiques).
Étapes clés :
- Développement d’un modèle basé sur la chimiotaxie (modèle Keller-Segel).
- Implémentation de la méthode Hybrid Discontinuous Galerkin (HDG) pour résoudre les équations aux dérivées partielles (EDP).
- Validation sur un modèle à une chambre avec tests de sensibilité des paramètres.
- Exploration d’un modèle à deux chambres, malgré des défis techniques (bug dans Feel++).

Résultats

Les simulations ont visualisé la migration chimiotactique des cellules immunitaires vers les tumeurs, avec une réduction notable de la densité tumorale grâce à la réponse immunitaire ((\lambda(\varphi))). L’analyse de sensibilité a mis en évidence l’impact majeur de la sensibilité chimiotactique ((\chi)) sur la dynamique cellulaire. Le modèle à deux chambres reste en développement, mais les résultats actuels ouvrent la voie à des validations expérimentales futures.