Thèse Allegro Radiobiologie Quantitative Multi-Échelle par Vidéomicroscopie Développement Algorithmique Nouvelles Modalités d'Irradiation et Modélisation Physique de la Réponse Cellulaire Individu H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie Direction de la thèse : Olivier SEKSEK ORCID 0000000230533022 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-10T23:59:59 Le projet ALLEGRO vise à développer une radiobiologie quantitative multi-échelle fondée sur l'analyse de la réponse individuelle des cellules à l'irradiation par vidéomicroscopie. Malgré les progrès de la radiothérapie, l'hétérogénéité de la réponse cellulaire demeure un facteur majeur de radiorésistance et de rechute tumorale. Les approches classiques in vitro, basées sur des mesures globales sur des populations supposées homogènes, ne permettent pas d'identifier cette variabilité individuelle.
ALLEGRO propose d'exploiter la vidéomicroscopie temporelle et le suivi algorithmique pour observer des milliers de cellules individuelles et reconstruire leurs arbres de prolifération après irradiation. L'objectif est de relier quantitativement les paramètres physiques d'irradiation à la réponse biologique à l'échelle de la cellule unique.
Le projet s'articule autour de quatre axes : (1) amélioration des algorithmes de segmentation et de suivi cellulaire à l'aide de méthodes de deep learning et extraction de nouveaux paramètres physiques ; (2) extension à plusieurs lignées cellulaires tumorales et normales afin d'identifier des signatures de radiosensibilité ; (3) étude de nouvelles modalités d'irradiation, incluant FLASH, faisceaux hadroniques et nanoparticules radiosensibilisantes ; (4) développement de modèles physiques multi-échelle et d'outils prédictifs basés sur l'intelligence artificielle.
Ce projet interdisciplinaire à l'interface physique-biologie vise à établir une radiobiologie quantitative à l'échelle de la cellule unique et à identifier des biomarqueurs prédictifs pour optimiser la radiothérapie personnalisée. La radiothérapie est un traitement majeur du cancer, mais son efficacité reste limitée par l'hétérogénéité de la réponse cellulaire à l'irradiation. À dose identique, certaines cellules survivent ou conservent leur capacité proliférative, contribuant à la radiorésistance et aux rechutes. Les approches classiques, fondées sur des mesures moyennes de populations cellulaires, ne permettent pas d'analyser cette variabilité individuelle. Les progrès récents en vidéomicroscopie et en analyse algorithmique offrent désormais la possibilité d'observer et de quantifier la réponse de cellules individuelles, ouvrant la voie à une radiobiologie quantitative multi-échelle. Les objectifs du projet ALLEGRO sont de développer une approche quantitative permettant d'analyser la réponse individuelle des cellules à l'irradiation. Il s'agit d'améliorer les algorithmes de suivi cellulaire par vidéomicroscopie, d'étendre l'étude à différentes lignées tumorales et normales, et d'explorer de nouvelles modalités d'irradiation telles que FLASH ou les faisceaux hadroniques. Le projet vise également à élaborer une modélisation physique multi-échelle et à développer des outils prédictifs, afin de mieux comprendre les mécanismes de radiosensibilité et contribuer à l'optimisation de la radiothérapie. Les méthodes envisagées reposent sur une approche interdisciplinaire combinant expérimentation, développement algorithmique et modélisation. Le projet s'appuie sur la vidéomicroscopie temporelle pour suivre individuellement des cellules irradiées sur plusieurs jours. Des algorithmes avancés de segmentation et de suivi cellulaire, notamment basés sur le deep learning et des approches probabilistes, seront développés afin de reconstruire les lignées cellulaires et d'extraire des paramètres physiques quantitatifs.
Ces analyses seront appliquées à différentes lignées cellulaires et à diverses modalités d'irradiation (rayons X, FLASH, faisceaux hadroniques, nanoparticules radiosensibilisantes). Enfin, les données obtenues seront exploitées pour développer des modèles physiques multi-échelle et des approches d'intelligence artificielle permettant de prédire la réponse cellulaire à l'irradiation.

Le(la) candidate devra être titulaire d'un Master 2 en physique, physique médicale, biophysique ou discipline connexe. Des compétences en programmation scientifique (Python) et en analyse d'images seront appréciées. Un intérêt pour les approches interdisciplinaires à l'interface entre physique, biologie et modélisation est fortement souhaité.
Le(la) candidat(e) devra être capable de réaliser les experimentations de biologie/chimie pour l'obtention de ses données ET leur traitement et la modélisation.