Encadrement : Jérôme CIESLAK (IMS), David GUCIK-DERIGNY (IMS)
Laboratoire : IMS (CNRS UMR 5218) / Control system group / ARIA team

Contexte :
Le sujet s’inscrit dans le cadre du projet MIMICbio (Mathematical Modelling of human pancreatic Islet electrical aCtivity for bio-inspired and fully automated insulin delivery system), financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR, https://anr.fr/Project-ANR-24-CE51-6734) française. Si les systèmes d’administration d’insuline automatisée (AIA) – également appelés pancréas artificiel – connaissent un grand intérêt [1,2] pour fournir des soins sûrs, fiables et confortables aux patients de diabète de type 1 (DT1), aucune solution ne s’est encore imposée aujourd’hui. En effet, les systèmes AIA restent limités à une automatisation partielle, i.e. il faut annoncer les repas, estimer la quantité de glucides prise pendant les repas, et l’hypoglycémie peut toujours se produire en raison d’une suradministration d’insuline. Le projet MIMICbio vise à lever cette limitation d’automatisation partielle en s’inspirant des mécanismes des ilots pancréatiques, et en apprenant du mode de vie du patient DT1. Notons que le financement de thèse est déjà acquis !

Objectifs/méthodes :
Le DT1 est une maladie auto-immune qui détruit les cellules β du pancréas, de sorte qu’aucune insuline endogène n’est produite. L’objectif du projet de thèse vise à construire des modèles dynamiques d’îlots humains sains (intégrant le mécanisme biologique naturel des cellules β) pour développer un système AIA bio-inspiré, i.e. concevoir un pancréas artificiel basé sur des modèles capables d’imiter les îlots pancréatiques sains. A partir de données expérimentales biologiques réalisées au laboratoire CBMN (Univ. Bordeaux) [3,4], des îlots pancréatiques ont été cultivés sur des électrodes MEA, et soumis à un stimulus de glucose (échelon, etc.). Les îlots ont généré une activité électrique mesurée par les électrodes. Des résultats préliminaires ont été obtenus en utilisant des techniques de sous-espace, couplées à une approche de boîte grise pour modéliser l’activité des cellules β multicellulaires (appelées potentiels lents [3]) des îlots. La modélisation de ces activités est d’un grand intérêt pour le contrôle, car elle caractérise le besoin en insuline. Cependant, le domaine de validité du modèle est limité (une montée de glucose de type échelon). Les contributions ciblées du(de la) doctorant(e) sont donc de i) développer et valider des modèles dynamiques reproduisant les activités multicellulaires des cellules β et leur cinétique spécifique au cours de repas réalistes, ii) considérer l’activité des cellules α, le deuxième type cellulaire principal dans les îlots, et leur rôle physiologique en tant que détecteur d’hypoglycémie, et iii) transposer ces modèles dans des algorithmes de contrôle bio-inspirés [5,6,7] pour une solution entièrement automatisée.