Soutenance de thèse : Analyse connectomique des réseaux cellulaires multiéchelle dans les tissus minéralisés - Lucas Chatelain (OPTIMA, LIPhy)

La dent est un organe complexe sensible aux perturbations physiques extérieures (e.g. thermiques et mécaniques) en conditions physiologiques. Selon la théorie hydrodynamique, ces stimuli sont propagés jusqu’aux corps cellulaires des odontoblastes et aux terminaisons nerveuses situés dans la pulpe via les écoulements fluidiques dans la porosité dentinaire. Cette porosité est principalement formée par de longs tubules microscopiques parallèles allant de la pulpe à l’émail, mais il existe également des ramifications secondaires formant des connections entre tubules. Ces fines branches sub-micrométriques sont difficiles à imager sur de larges volumes et leur impact sur les interconnexions entre tubules reste donc méconnu. Or, la topologie et la géométrie de la porosité dentinaire déterminent les écoulements du fluide dentinaire. La fonction mécanosensorielle de la dent pourrait donc être plus complexe qu’actuellement décrite dans la littérature.

 

La porosité imagée par microscopie confocale de fluorescence confirme une importante densité de branches et d’interconnexions avec les tubules, qui varie selon la localisation dans la dent. La modélisation de la porosité sous forme de graphe a ainsi permis de démontrer que la porosité dentinaire forme un ensemble fortement connecté dont les caractéristiques topologiques sont distinctes d’autres types de réseaux physiques biologiques. Une analyse poussée des biais dans la modélisation du graphe a été réalisée afin de déterminer les marges d’erreur sur les métriques de graphe et de prédire leur évolution suivant les conditions expérimentales et de traitement d’image. Ceci offre un cadre utile pour évaluer la pertinence statistique de mesures acquises dans des conditions plus variées que les nôtres. La comparaison d’acquisitions colocalisées de microscopie de fluorescence confocale et à deux photons illustre ainsi la richesse d’interprétation de l’analyse de graphe dans le déchiffrage de phénomènes complexes. Les résultats obtenus dans différentes zones anatomiques de cinq échantillons ont permis de confirmer nos observations initiales. Une comparaison des métriques de graphes et de paramètres histologiques est aussi proposée afin de faciliter le transfert en recherche biomédicale. Ces travaux préliminaires ouvrent également la voie vers des analyses plus complexes de simulations d’écoulements fluidiques sur graphe, ou à des recherches cliniques sur des pathologies ou de traitements impactant la dentinogénèse.