Analyse multi-échelle et multi-physique de la déformation d'arrangements cellulaires soumis à un champ électrique : application à l'électroporation

Multiscale and Multiphysics analysis of the deformation of cellular arrangements under an electric-field excitation : application to electroporation

• Auteur / Autrice : Danish Shamoon
• Direction : Christian Brosseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/06/2020
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Tristan Montier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Brosseau, Tristan Montier, Marie Frenea-Robin, Abderrahmane Beroual, Sophie Lasquellec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Frenea-Robin, Abderrahmane Beroual

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Champs électriques

Cellules

Mots clés libres

Électrodéformation

Électroporation

Cellule biologique

Modélisation par éléments finis

Arrangements cellulaires

Analyse multi-physique et multi-échelle

Electrodeformation

Electroporation

Biological cell

Finite element modeling

Cellular arrangements

Multiphysics and multiscale analysis

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié la déformation d’arrangements cellulaires soumis à un champ électrique par simulation numérique. Grâce à la méthode des éléments finis, les phénomènes d’électrodéformation et d’électroporation ont été examinés sur les membranes de N-cellules en modifiant les caractéristiques des tensions appliquées. Les effets de proximité et de symétrie ont fait l’objet d’une étude. Notre approche permet de prévoir le comportement de cellules en suspension ou dans un tissu soumis à un champ électrique. Les résultats numériques sont en accord avec ceux expérimentaux de la littérature. Notre analyse multi-échelle et multi-physique apporte de nouvelles perspectives dans la compréhension de l'électrodéformation d'un tissu biologique.

This thesis concerns the numerical analysis of electric field induced physical processes arising in biological cell membranes in N-cell assemblies with various applied voltage characteristics using finite element modeling. The study allows us to explore how the electrodeformation and electroporation phenomena are affected by cellcell proximity and asymmetry in the N-cell assembly.It is shown that the presented approach has a significant scope for predicting the behavior of cells in suspension or tissue under an electric stimulus.The results are in good agreement with existing literature. Additionally, we propose new results which open up new perspectives towards multiscale and multiphysics analysis of cell assemblies, modelling a biological tissue.