Modélisation et Imagerie de la mobilité séminale en vue de la conception de tests de fertilité automatisés – MOTIMO

L’objectif de ce projet est de développer les concepts nécessaires à la réalisation de tests automatisés de fertilité d’échantillon de semences animales. L’observation au microscope des échantillons de semence met en évidence une turbulence induite par le mouvement d’ensemble des spermatozoïdes, dite motilité massale. Il a été établi que la motilité massale est un excellent critère de fertilité de l’échantillon (alors que la motilité individuelle ne l’est pas). Le projet a pour but de développer des techniques d’imagerie et de scoring qui permettront d’automatiser la sélection des échantillons fertiles et le rejet des autres par l’observation de cette motilité. Ces techniques seront dans un deuxième temps améliorées par l’utilisation de modèles adéquats. La modélisation des mécanismes collectifs en jeu dans le mouvement d’ensemble de la semence pourra donner des pistes pour comprendre pourquoi la motilité individuelle des spermatozoïdes n’est pas bien corrélée avec la motilité massale. L’ensemble du projet, qui devrait déboucher sur un procédé industrialisable, sera supervisé par un industriel leader du secteur de l’Insémination Artificielle (IA), la société IMV-Technologies. Le consortium rassemble des équipes qui couvrent l’ensemble de la chaine allant de l’expérimentation biologique et l’imagerie à l’analyse statistique et la modélisation. Le ‘laboratoire de Physiologie de la Reproduction et du Comportement’ de l’INRA-Tours sera en charge des mesures par microscopie et de la validation du procédé par la réalisation d’une campagne d’IA avec des échantillons notés. L’ ‘Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT)’ réalisera des expériences complémentaires et aura en charge l’analyse des images obtenues, notamment par technique de ‘Particle Imaging Velocimetry’ (PIV) et de ‘Optical Flow Reconstruction’ (OFR). Ces techniques permettent de reconstituer le flot. Le ‘Laboratoire d’Informatique Signaux et Systèmes (I3S)’ de Sophia-Antipolis sera en charge de l’étape de learning-scoring, qui à partir des flots reconstruits, donnera une note automatique à l’échantillon observé. Enfin, l’ ‘Institut de Mathématiques de Toulouse (IMT)’ sera en charge de la modélisation, qui permettra d’accéder à une compréhension détaillée et conduira à une meilleure reconstruction du flot. Plusieurs types d’enregistrements microscopiques seront considérés. Tout d’abord, l’observation par microscopie par contraste de phase à l’INRA permettra d’observer directement les vagues au sein de la semence. Une autre technique développée à l’INRA consiste à observer le mouvement de billes passives mélangées à l’échantillon. Enfin, des mesures de motilité individuelles seront également réalisées à l’INRA. A l’IMFT, des expériences complémentaires permettant d’observer simultanément les spermatozoïdes et les billes seront réalisées. Parallèlement, l’IMFT sera en charge du traitement d’image par PIV et également, en collaboration avec l’IMT et l’I3S, par OFR. L’I3S développera la technique de scoring et l’apprentissage à l’aide de notes subjectives fournies par les professionnels de l’IA. L’IMT, en partenariat avec l’IMFT établira et mettra en œuvre les modèles. Deux modèles seront établis et développés. L’un, de nature microscopique (Individual-Based Model ou IBM) sera élaboré à partir du mouvement individuel des spermatozoïdes et leur interaction hydrodynamique. L’autre, de nature macroscopique, sera obtenu à partir du premier par des techniques s’inspirant de la théorie cinétique et représentera le fluide dans son ensemble. Après validation et calibration, ces modèles serviront à améliorer la reconstruction du flot par OFR. Ce projet multi-disciplinaire débouchera d’une part sur des avancées scientifiques permettant de mieux comprendre les mécanismes de la fertilité, et d’autre part, sur un procédé dont la capacité à être industrialisé pourra être établi.