Thèse soutenue

Modélisation physique de la motilité et de la morphodynamique cellulaire
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Auteur / Autrice : Ido Lavi
Direction : Raphaël VoituriezMatthieu PielJaume Casademunt Viader
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 15/11/2019
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Jean Perrin (Paris ; 2009-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-François Joanny
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Recho, Benoît Ladoux
Rapporteurs / Rapporteuses : Rhoda Hawkins, Karsten Kruse

Résumé

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Cette thèse introduit un modèle hydrodynamique minimal de polarisation, migration et déformation d'une cellule vivante confinée entre deux surfaces parallèles. Le cytoplasme cellulaire, décrit comme une goutte visqueuse, est entraîné par une force active contrôlée par un soluté diffusif. Une analyse de stabilité linéaire révèle que l'activité du soluté déstabilise d'abord un mode global de polarisation et de translation, induisant une motilité cellulaire par rupture spontanée de symétrie. Pour une activité plus grande, le système traverse une série de bifurcations de Hopf conduisant à des oscillations couplées de la forme de la goutte et de la concentration de soluté. Nous trouvons également des solutions non linéaires de type onde progressive associées à des formes polarisées ressemblant à des observations expérimentales. De plus, nous avons développé des simulations numériques de ce problème basées sur la méthode des éléments finis. L'étude numérique a mis en évidence la stabilité des solutions de type onde progressive, l’existence d’attracteurs oscillants et l’apparition d’une singularité du bord à temps fini. En intégrant des interactions mécaniques avec l'environnement extérieur, nous avons exploré la diffusion cellulaire en présence de parois et d'obstacles stationnaires, la migration à travers des micro-géométries imposées et les collisions cellule-cellule. Ces simulations ont capturé une gamme de motifs non triviaux résultant de la mémoire intrinsèque et de la déformabilité de la cellule. Globalement, notre étude fournit un paradigme mathématique de systèmes actifs déformables qui couplent l'hydrodynamique de Stokes à des transducteurs de force diffusifs.