Prolifération des cellules T dans des conditions lymphopéniques : modélisation, estimation des paramètres et analyse mathématique

T cell proliferation in lymphopenia conditions : modeling, parameters estimation and mathematical analysis

• Auteur / Autrice : Houssein Ayoub
• Direction : Bedr'Eddine Ainseba, Michel Langlais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées et calcul scientifique
• Date : Soutenance le 04/07/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Mazen Samir Saad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodolphe Thiébaut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Clairambault, Vitaly Volpert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Estimation de paramètres

Modèles mathématiques

Cellules -- Prolifération

Lymphocytes T

Mots clés libres

Modélisation mathématique

Analyse numérique

Données expérimentales

Identification des paramètres

Etude asymptotique et contrôle optimal

Mathematical modeling

Numerical analysis

Experimental data

Parameter identification problem

Asymptotic behaviour and optimal control

Résumé

Les lymphocytes T sont une composante essentielle du système immunitaire de l'organisme. Ils peuvent reconnaître et répondre à un antigène étranger en vertu de leur récepteur d'antigène. En effet, les cellules T qui n'ont pas encore rencontrées des antigènes, sont appelées "naïves". Lors d'un premier contact antigénique, l'expansion clonale des lymphocytes T spécifiques a un antigène augmente fortement leur fréquence, et déséquilibre transitoirement de façon plus ou moins intense le compartiment lymphocytaire T périphérique. Cet équilibre doit être rétabli pour ne pas menacer à terme le bon fonctionnement du système immunitaire. Outre le risque de réponse explosive lors d'une réexposition à l'antigène, l'accumulation de clones T de taille disproportionnée gênerait considérablement le recrutement de lymphocytes T spécifiques de nouveaux antigènes. Ainsi, après élimination de l'antigène ou son confinement dans l'organisme, différents mécanismes interviennent. Il faut en effet d'une part assurer le maintien d'un compartiment de cellules T naïves de taille suffisante pour faire face à de nouvelles stimulations antigéniques. D'autre part, la constitution d'un panel de cellules T mémoires est nécessaire pour permettre une réponse immunitaire plus rapide et plus efficace lors de réexpositions antigéniques. Donc les mécanismes d'homéostasie des cellules T sont essentielles pour maintenir le nombre de cellules T à un niveau à peu près constant en contrôlant la division cellulaire et la mortalité des cellules. [...]

T lymphocytes are a fundamental component of the immune system that can recognise and respond to foreign antigens by virtue of their clonally expressed T cell antigen receptor (TCR). T cells that have yet to encounter the antigen they recognise are termed 'naive' as they have not been activated to respond. Homeostatic mechanisms maintain the number of T cells at an approximately constant level by controling cell division and death. In normal replete hosts, cell turnover within the naive compartment is very low and naive cells are maintained in a resting state.However, disruption of the homeostatic balance can arise from a wide variety of causes (viral infection (e.g. HIV), or drugs used in peritransplant induction therapy or cancer chemotherapy) and can result in T cell deciency or T lymphopenia. Under conditions of T lymphopenia, naive T cells undergo cell division with a subtle change in the cell surface phenotype (CD44 expression), termed homeostatic proliferation or lymphopenia induced proliferation (LIP). In this thesis, our purpose is to understand the process of T cell homeostatic through mathematical approach. At first, we build a new model that describes the proliferation of T cells in vitro under lymphopenic conditions. Our nonlinear model is composed of ordinary differential equations and partial differential equations structured by age (maturity of cell) and CD44 expression. To better understand the homeostasis of T cells, we identify the parameters that define T cell division by using experimental data. Next, we consider an age-structured model system describing the T cell homeostatic in vivo, and we investigate its asymptotic behaviour. Finally, an optimal strategy is applied in the in vivo model to rebuild immunity under conditions of T lympopenia.