Un nouveau modèle informatique développé par des chercheurs du City College de New York et de Yale donne une image plus claire de la structure et de la mécanique des matériaux souples, des cellules qui changent de forme et qui pourraient permettre de mieux comprendre la croissance des tumeurs cancéreuses, cicatrisation des plaies, et le développement embryonnaire.

Mark D. Shattuck, professeur de physique au Benjamin Levich Institute du City College, et les chercheurs de Yale ont développé le nouveau modèle informatique efficace. Il permet aux particules simulées de changer de forme de manière réaliste tout en conservant le volume lors des interactions avec d'autres particules. Leurs résultats figurent dans la dernière édition de Lettres d'examen physique .

Développer des simulations informatiques de particules, tels que les grains de sable et les roulements à billes, est simple car ils ne changent pas facilement de forme. Faire de même pour les cellules et autres particules déformables est plus difficile, et les modèles informatiques que les chercheurs utilisent actuellement ne capturent pas avec précision la façon dont les particules molles se déforment.

Le modèle informatique développé par Shattuck et le chercheur principal de Yale, Corey O'Hern, suit des points sur les surfaces des cellules polygonales. Chaque point de surface se déplace indépendamment, en fonction de son environnement et des particules voisines, permettant à la forme de la particule de changer. Il est plus exigeant en calcul que les simulations actuelles, mais nécessaire pour modéliser correctement la déformation des particules.

« Nous avons maintenant un modèle de calcul précis et efficace pour étudier comment discret, pack de particules déformables, " a déclaré Shattuck. Cela permet également aux chercheurs d'ajuster facilement les interactions cellule-cellule, considérer le mouvement dirigé, et peut être utilisé pour les systèmes 2D et 3D.

Un résultat inattendu du modèle montre que les particules déformables doivent s'écarter d'une sphère de plus de 15 % pour remplir complètement un espace.

"Dans notre nouveau modèle, si aucune pression externe n'est appliquée au système, les particules sont sphériques, " dit O'Hern. " Au fur et à mesure que la pression augmente, les particules se déforment, augmentant la fraction de l'espace qu'ils occupent. Lorsque les particules remplissent complètement l'espace, ils seront déformés de 15%. Que ce soit des bulles, gouttelettes, ou des cellules, c'est un résultat universel pour doux, systèmes de particules."

Entre autres applications, cette technologie peut donner aux chercheurs un nouvel outil pour examiner comment les tumeurs cancéreuses se métastasent. « Nous pouvons maintenant créer des modèles réalistes du tassement des cellules dans les tumeurs à l'aide de simulations informatiques, et poser des questions importantes telles que si une cellule dans une tumeur doit changer de forme pour devenir plus capable de bouger et éventuellement quitter la tumeur. »