ANR - Modélisation théorique de la rhéologie et des instabilités de fluides actifs dans la somitogenèse des vertebrés

Offre de thèse

Date limite de candidature

30-04-2026

Date de début de contrat

01-10-2026

Directeur de thèse

GONZALEZ-RODRIGUEZ David

Encadrement

Le doctorant sera encadré conjointement à l'Université de Lorraine et à l'Institut Curie. L'avancement du travail fera l'objet de réunions régulières avec les encadrants, ainsi que d'échanges suivis avec les partenaires expérimentaux du projet ANR, K. Guevorkian et B. Sorre (Institut Curie). Le doctorant participera aux formations proposées par l'École doctorale C2MP de l'Université de Lorraine et fera l'objet du suivi prévu dans le cadre du doctorat, notamment par le comité de suivi individuel.

Type de contrat

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Candidater à cette offre

école doctorale

C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE

équipe

Ordre, désordre, auto-organisation

contexte

Les tissus embryonnaires peuvent être vus comme des matériaux actifs hors équilibre, dont les propriétés émergent du couplage entre mécanique, forces actives, réarrangements cellulaires et organisation spatio-temporelle. Comprendre comment, à partir de ces dynamiques complexes, un embryon construit de façon robuste sa forme et ses structures est une question centrale en biophysique théorique. Le projet portera sur la modélisation de la rhéologie des tissus et des instabilités de fluides actifs dans la somitogenèse (formation des somites, précurseurs de la colonne vertébrale), avec pour objectif de relier les mécanismes cellulaires aux comportements mécaniques observés à l'échelle du tissu. Au-delà de son intérêt fondamental, ce cadre peut aussi contribuer à mieux comprendre certaines dynamiques tissulaires pathologiques, notamment dans le contexte du cancer.

spécialité

Physique

laboratoire

Laboratoire de Chimie et Physique - Approche Multi-Echelle des Milieux Complexes

Mots clés

Biophysique théorique, Matière active, Rhéologie des tissus, Morphogénèse, Matière molle, Instabilités hydrodynamiques

Détail de l'offre

Comment les embryons construisent-ils des structures robustes et répétables alors même que les tissus s'écoulent, se remodèlent et génèrent activement des forces ? Un exemple remarquable est la somitogenèse : chez les embryons de vertébrés, le mésoderme présomitique (PSM) se segmente périodiquement en agrégats cellulaires appelés somites, précurseurs de la colonne vertébrale.

Inspirée par la ressemblance entre la somitogenèse et l'instabilité de Plateau–Rayleigh dans les jets liquides, cette thèse vise à développer un cadre théorique pour comprendre la formation des somites comme une instabilité d'un tissu viscoélastique actif. Bien que la fragmentation de Plateau–Rayleigh ait été largement étudiée à l'aide de modèles de fluides passifs et viscoélastiques, ces approches négligent souvent des caractéristiques essentielles des tissus vivants, telles que la génération active de contraintes, l'ordre structural et les effets viscoélastiques non locaux. Nous construirons des modèles reliant des paramètres mesurables expérimentalement (viscosité effective, tension de surface, adhésion, contraintes actives) aux seuils d'instabilité, à la sélection de motifs et à la dynamique.

Nous utiliserons la théorie des gels actifs. Dans notre modèle, le PSM est constitué d'un cœur mésenchymateux fluide désordonné entouré d'une fine couche épithéliale, supposée présenter une réponse viscoélastique. La thèse étudiera la dynamique de la frontière libre entre le PSM et son milieu environnant, d'abord dans le régime de petites déformations interfaciales (accessible par analyse de stabilité linéaire et méthodes asymptotiques), puis dans des régimes non linéaires.

En parallèle, la thèse développera une modélisation rhéologique pour interpréter les mesures mécaniques réalisées par les collaborateurs du projet (par exemple des expériences d'aspiration). L'objectif est de dépasser les descriptions standard de matériaux passifs homogènes en intégrant l'hétérogénéité et l'activité, afin d'extraire des paramètres effectifs du tissu contraignant directement la théorie de fluide actif.

Keywords

Theoretical biophysics, Active matter, Tissue rheology, Morphogenesis, Soft matter, Hydrodynamic instabilities

Subject details

How do embryos build robust, repeatable structures while tissues flow, remodel, and actively generate forces? A striking example is somitogenesis: in vertebrate embryos, the presomitic mesoderm (PSM) periodically segments into discrete cell aggregates called somites, the precursors of the vertebral column. Inspired by the resemblance between somitogenesis and the Plateau–Rayleigh instability in liquid streams, this PhD aims to develop a theoretical framework to elucidate somite formation as an instability of an active, viscoelastic tissue. While Plateau–Rayleigh breakup has been widely explored using passive and viscoelastic fluid models, these approaches typically neglect key features of living tissues, including active stress generation, structural order, and non-local viscoelastic effects. We will build models that connect experimentally accessible parameters (effective viscosity, surface tension, adhesion, active stresses) to instability thresholds, pattern selection, and dynamics. We will use the continuum theory of active gels. In our model, the PSM consists of an inner disordered fluid bulk (mesenchymal core) enclosed by a thin outer layer (epithelial shell), which is expected to display a viscoelastic response. The PhD will investigate the dynamics of the free boundary between the PSM and its surrounding medium, first in regimes of small interfacial deformations (amenable to linear stability analysis and asymptotic approaches), and then by exploring nonlinear regimes. In parallel, the PhD will develop rheological modeling to interpret quantitative mechanical measurements performed by project collaborators (e.g., aspiration-based assays). The goal is to go beyond standard homogeneous passive material interpretations and incorporate heterogeneity and activity, in order to extract effective tissue parameters that can directly constrain the active-fluid theory.

Profil du candidat

Master en physique ou domaine proche, avec une solide formation mathématique et de bonnes bases en physique statistique et non linéaire. Des connaissances en matière molle ou systèmes complexes seront appréciées. Intérêt pour les échanges avec des expérimentateurs. Une expérience préalable en biophysique expérimentale n'est pas requise. Un excellent niveau d'anglais scientifique est requis.

Candidate profile

Master's degree in physics or closely related fields with a strong mathematical foundation and proficiency in statistical physics and nonlinear physics. Knowledge in soft matter and complex systems will be an asset. The candidate should be willing to interact closely with experimentalists. Prior knowledge of experimental biophysics is not required. A strong command of scientific English is required. Knowledge of French is useful but not required.

Référence biblio

- O. Pourquié, Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 17, 311-350 (2001).
- E. Hannezo et al, Phys. Rev. Lett., 109, 018101 (2012).
- D. Gonzalez-Rodriguez et al, Phys. Rev. Lett., 115, 088102 (2015).
- K. Kruse et al, Eur. Phys. J. E, 16, 5-16 (2005).