Un nouveau programme informatique imite le comportement des cellules pour créer un "laboratoire virtuel" en biologie

Des scientifiques ont développé un programme informatique capable de simuler le comportement des cellules humaines et animales dans n'importe quelle partie du corps. Ce projet, mené par des équipes de l'Université d'Indiana, de la Johns Hopkins Medicine, de l'Université du Maryland School of Medicine et de l'Oregon Health & Science University, vise à améliorer les méthodes de test et de prédiction des processus biologiques, des réactions aux médicaments et des dynamiques cellulaires avant d'entreprendre des expériences coûteuses avec des cellules vivantes. Selon Genevieve Stein-O'Brien, professeure de neurosciences à la Johns Hopkins, le projet a commencé lors d'un atelier sur un logiciel antérieur, PhysiCell, créé par Paul Macklin, professeur d'ingénierie à l'Université d'Indiana. PhysiCell utilise des "agents", des "robots mathématiques" qui suivent des règles basées sur l'ADN et l'ARN des cellules. Chaque type de cellule est associé à un agent, puis modélisé pour interagir avec son environnement, comme les thérapies ou l'oxygène, dans le but de comprendre la formation des tissus et des organes, ou encore le développement du cancer. Le logiciel a introduit une nouvelle "grammaire" qui simplifie l'utilisation pour les biologistes non experts en programmation. Au lieu de coder manuellement, les chercheurs peuvent maintenant utiliser un tableau Excel où chaque ligne correspond à une cellule et à une règle biologique. Le programme traduit ensuite ces règles en équations mathématiques, permettant de simuler des comportements cellulaires. David Zhou, étudiant en neurosciences à la Johns Hopkins, et Zachary Nicholas, doctorant en génétique humaine, ont contribué à la modélisation du développement cérébral à partir des données de l'Allen Brain Atlas. Cette avancée permet de reconstituer des interactions cellulaires en 3D, ce qui est crucial pour étudier les maladies humaines. Les modèles de comportement des cellules cancéreuses ont été testés à partir de données sur des tumeurs pancréatiques humaines et d'expériences sur des souris. Dans une expérience, Jeanette Johnson, chercheuse postdoctorale, a simulé l'invansion des macrophages dans des tumeurs du sein en activant un chemin génétique appelé EGFR, ce qui a conduit à une augmentation de la mobilité cellulaire et à une croissance tumorale. Des expériences en laboratoire avec des cellules cancéreuses ont confirmé ces résultats. Ce logiciel, décrit comme un "laboratoire virtuel de cellules", permet de tester des hypothèses et des cibles thérapeutiques avant de réaliser des expériences biologiques. Les chercheurs espèrent que, avec l'ajout de plus de données sur le comportement cellulaire, il pourra devenir un "jumeau numérique" pour des études avancées. Le projet continue d'intégrer l'intelligence artificielle pour automatiser la création de modèles, facilitant ainsi l'adaptation aux nouvelles données et améliorant les recherches médicales. Cette approche pourrait révolutionner la manière dont les études biologiques sont menées, en réduisant les coûts et en accélérant les découvertes.