Thèse soutenue

Etude exploratoire et transdisciplinaire par analogie des mouvements de cellules et d'humains au sein d'architectures équivalentes
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Auteur / Autrice : Maxime Bonnefoy
Direction : Martial BallandThomas BoudouPhilippe Liveneau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
Date : Soutenance le 31/01/2022
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Philippe Peyla
Examinateurs / Examinatrices : Aysegül Cankat Louet
Rapporteurs / Rapporteuses : Alexander Verkhovsky, Denis Bruneau

Mots clés

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Résumé

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Cette recherche transdisciplinaire propose une collaboration synergique entre deux disciplines : la biophysique et l’architecture. Elle porte sur l’observation des interactions entre un être vivant et l’environnement spatial dans lequel il évolue à deux échelles conjointement : celle microscopique d’une cellule épithéliale et celle macroscopique d’un être humain. Bien que la biophysique et l’architecture manient des concepts en apparence éloignés et héritent d’outils et méthodes radicalement différents, elles se révèlent confrontées à des problématiques similaires. Nous nous proposons ici d’explorer la pertinence d’une mise en perspective scientifique de protocoles de recherche analogues au sein des deux disciplines.En plaçant les cellules et les humains dans des espaces à la géométrie contrôlée et en observant leurs mouvements, nous faisons l’hypothèse qu’il nous est possible d’identifier des phénomènes récurrents ou invariants dans leurs organisations spontanées, que ces phénomènes peuvent nous renseigner sur certaines de leurs capacités de mouvement ou de perception et enfin, qu’il est possible de qualifier spatialement les environnements en retour, c’est-à-dire en fonction des potentiels d’actions qu’ils offrent aux cellules ou aux humains. Pour chaque être-vivant, l’étude est faite à trois échelles : celle d’un corps en mouvement, dans des couloirs aux parois pliées, celle du groupe, dans des intersections de couloirs et celle du territoire, à l’aide de plans urbains. Nous étudions plusieurs séries d'environnements en faisant varier leurs largeurs, leurs longueurs, la géométrie de leurs angles ou de leurs intersections.Concrètement, nous cultivons des cellules kératocytes que nous plaçons dans des microarchitectures fabriquées par photolithographie aux UV. Notre protocole permet de réaliser des environnements sur de grandes surfaces (mm²) pouvant accueillir de nombreuses cellules avec une résolution spatiale élevée (µm²). Parallèlement, à échelle humaine, nous invitons des participants à se déplacer dans des dispositifs architecturaux construits dans un espace de recherche dédié. Dans les deux cas, nous concevons les environnements à l’aide d’outils de modélisation paramétrique et, le cas échéant, nous nous appuyons sur des résultats d’expériences publiés par des tiers. Nous observons les trajectoires des cellules à l’aide de techniques de microscopie à fluorescence et les analysons avec des programmes de suivi (TrackMate, ImageJ). Nous reproduisons ensuite ce système d’acquisition et ce protocole d’analyse à l’échelle humaine avec des caméras et un équipement pour les participants.Nos expérimentations produisent un ensemble de résultats : nous mesurons notamment un biais de direction de la migration chez les cellules kératocytes et un biais de vitesse du déplacement chez les humains dans les géométries de couloirs aux parois pliées. Également, dans les intersections de couloirs, nous identifions, au-delà de phénomènes propres à chaque être vivant, deux types de mouvement communs, à savoir un blocage des déplacements et un phénomène de stop-and-go. En outre, la mise en perspective de nos protocoles de recherche se révèle utile pour l’amélioration de la fabrication de microenvironnements à grande échelle, le développement de variantes de culture cellulaire adaptées aux configurations spatiales étudiées, la production d’un dispositif architectural pour l’étude de déplacements humains et la caractérisation des spatialités en fonction des mouvements cellulaires ou humains.