Thèse soutenue

Approches variationnelles en problèmes inverses pour la caractérisation par imagerie de la dynamique cellulaire
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Auteur / Autrice : Aleix Boquet Pujadas
Direction : Jean-Christophe Olivo-Marin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mathématiques appliquées
Date : Soutenance le 26/11/2019
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité d'Analyse d'images biologiques
Jury : Président / Présidente : Benoît Ladoux
Examinateurs / Examinatrices : Arrate Muñoz Barrutia, Dominique Béréziat
Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Blanc-Féraud, Michael Liebling

Résumé

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Nous proposons une méthode pour calculer des grandeurs physiques telles que les gradients de pressions, les forces et les vitesses (p-f-u) nécessaires à la description des dynamiques cellulaires interne et externe et pour étudier les mécanismes biologiques qui les gouvernent. Cette méthode non invasive extrait le mouvement de l'objet biologique d'étude de son observation en microscopie de fluorescence conventionnelle, tout en inférant les variables d'un modèle physique décrivant son comportement. Cette idée est formulée comme un problème d'optimisation avec des dérivées partielles comme contraint. Nous l'abordons par les méthodes adjoint et des éléments finis puis l'étendons dans un cadre Bayésien pour en quantifier les incertitudes. Nous utilisons la dynamique des fluides pour décrire l'écoulement cytoplasmique et obtenons des estimations pour p-f-u qui fédèrent et complètent des résultats précédents sur la mécanique de la migration cellulaire. Les forces sont validées par comparaison avec un système nématique incluant des moteurs moléculaires. Nous montrons aussi comment la vitesse obtenu peut être utilisé dans un schéma de tracking fondé sur l'advection, ce qui permet de suivre des régions moléculaires et de définir mesures globales. Pour compléter l'étude interne avec des mesures extracellulaires, nous reformulons la microscopie de force de traction dans le cadre de la méthode proposée. Ceci permet une réduction de la propagation des incertitudes et fournit des barres d'erreur. Les logiciels et les outils de visualisation sont disponibles dans le programme open-source Icy.