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Tribologie Physico-chimie et dynamique des interfaces Dynamique des systèmes complexes Mécaniques matériaux et procédés Géomatériaux et constructions durables

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Groupe MMV : Mécanique des Matériaux du Vivant

par BEC Sandrine - 24 avril

Le groupe MMV est constitué de 7 enseignants-chercheurs permanents : 2 PU (Thierry Hoc et Hassan Zahouani), 1 MCF-HDR (Cyril Pailler-Mattéi) et 4 MCF (Marie-Angèle Abellan, Hélène Magoariec, Cécile Nouguier-Lehon, Romain Rieger, R. Chatelin (50%), JC. Roux (20%) ; 2 ingénieurs de recherches (Virginie Dumas à 30%, Roberto Vargiolu) ; 12 doctorants et 2 post-doctorants, 1 ATER : M. Djaghloul. Les membres du groupe sont répartis sur le site de l’ENISE et de l’ECL.

Pour la prochaine période quinquennale, les travaux du groupe MMV auront comme ambition d’approfondir la compréhension du vieillissement des tissus vivants, de modéliser et contrôler les effets de la microstructure sur la réponse mécanique macroscopique des tissus. Deux nouveaux défis ont été identifiés pour ce projet : (i) prise en compte de la modification des trois tissus os, ménisque et cartilage dans le problème d’arthrose (ii) introduction du système nerveux autonome et du système vasculaire dans l’étude du vieillissement et la perception tactile. Les travaux du groupe s’articuleront autour de trois projets.

Projet 1 : Prise compte des altérations tissulaires dans l’arthrose du genou.

L’origine de l’arthrose en augmentation constante dans la population étant encore mal connue, l’objectif est de prendre en compte la modification de deux tissus, os et ménisque, sur le comportement global de l’articulation du genou en fonction du degré d’arthrose.

  • Modèle numérique d’adaptation osseuse (R. Rieger). Aucun consensus n’est encore établi concernant les critères d’initiation et les mécanismes d’adaptation de l’os. Un modèle numérique multi-physique d’interaction fluide-structure sera développé. Il sera ensuite couplé à un modèle d’activité cellulaire pour définir des critères mécaniques d’initiation et tester différentes stratégies d’adaptation osseuse.
  • Cartilage. Le comportement tribologique de l’articulation résulte de l’interaction entre le cartilage et le liquide synovial. Le rôle du cartilage est de transmettre et de répartir les charges lors des mouvements. Son organisation à l’échelle microscopique est responsable du comportement du cartilage et de ses propriétés mécaniques. L’étude isolée du cartilage et du liquide synovial permettra d’identifier les propriétés de chacun de ces éléments, avant d’explorer leurs interactions en les réunissant. Le cheval est un modèle pertinent pour l’étude du cartilage, puisque l’épaisseur de son cartilage est comparable à celle de l’homme. Ce modèle a été choisi en collaboration étroite avec Vet’Agrosup.


Projet 2 : Mécanique et vieillissement des tissus cutanés, perceptifs et vasculaires

Tissus cutanés et perception
Dans l’espèce humaine, la peau est l’organe le plus lourd et le plus étendu de l’organisme. Chez l’adulte, la peau pèse environ 4 kg et représente une surface moyenne de 2 m². La perte de la densité d’élastine et de collagène est un des facteurs clé de son vieillissement. La qualité mécanique du réseau de fibres de collagène et d’élastine est une condition de base de la vie de l’homme : sans elle, nos artères, notre cœur, nos poumons, notre intestin, nos muscles nos ligaments, notre cartilage, nos cordes vocales et de nombreux autres tissus ou organes subissent une forte altération.

La compréhension du comportement mécanique du réseau de fibres de collagène et d’élastine durant le vieillissement est un axe fort de notre activité. En effet, la démarche développée essaie de répondre à une question fondamentale : « est-ce que la peau humaine par son accessibilité, peut être considérée comme un marqueur représentatif du vieillissement de la majorité des tissus humains ?  ». Pour répondre à cette question, plusieurs approches couplant expérimentation mécanique, simulation numérique, biologie et imagerie multi-échelles sont en plein développement à la fois in-vivo et sur des peaux artificielles issues de l’ingénierie tissulaire.
Le système nerveux autonome (SNA) est aujourd’hui un des marqueurs le plus puissant du vieillissement global de l’organisme, en particulier du vieillissement artériel, vasculaire cérébral et cardiaque. La peau et le système nerveux, comme tout organe, dépendent du bon comportement de leurs capillaires pour leur survie. Ces capillaires sont sous la dépendance de l’activité du SNA. La peau et le système nerveux ont la même origine embryologique et la peau est richement innervée. La question d’un vieillissement parallèle du système nerveux autonome, et de la peau, est posée. La peau est richement innervée en nerfs autonomes et en raison de la simplicité de son observation, pourrait permettre l’étude du SNA. Le rapport entre le dysfonctionnement du SNA et les altérations cutanées correspondantes est déjà connu dans le cadre des maladies cutanées où un dysfonctionnement du SNA peut causer une altération du débit sanguin et de l’immunité locale qui détermine un érythème, une hyperémie, une inflammation. On propose donc de rechercher un parallélisme entre, d’une part, l’activité du système nerveux autonome, et d’autre part le vieillissement cutané. Le projet s’articulera autour de 3 questions cadres :

  • Comment la tension mécanique et le mécanisme de transduction de la peau évoluent-ils au cours du vieillissement ?
  • Est-ce que la tension des fibres de collagène et d’élastine pourrait représenter un âge très proche de l’âge neurologique, en particulier de la désactivation du SNA ?
  • Tissus vasculaires : propriétés mécaniques des artères (H. Magoariec) Les critères cliniques de diagnostic des anévrismes sont actuellement peu prédictifs. L’objectif est de développer un dispositif expérimental permettant d’étudier l’effet d’un chargement physiologique sur la réponse de l’artère saine et pathologique. Ce dispositif sera utilisé pour caractériser l’effet des traitements médicamenteux préventifs du risque anévrismal sur les propriétés de l’artère.

Projet 3 : Procédés biologiques

Des progrès importants ont été obtenus sur les formulations pharmacologiques et en thérapie cellulaire. Si les principes sont maintenant bien décrits, le challenge repose sur l’obtention de procédés fiables et reproductibles compatibles avec une utilisation de grade clinique. Ce projet est en collaboration étroite avec les biologistes du B2OA, de l’IGFL, de l’université du Texas et les pharmaciens travaillant sur les comprimés au LAGEP.

Comprimés pharmaceutiques (C. Nouguier-Lehon)

Le procédé de compression directe de poudre permet de mettre en forme les comprimés qui pour certaine formulation induit une modification du principe actif (transformation de phase). L’objectif est d’identifier une formulation qui limite ces transformations et de mieux prédire le chargement à l’échelle du grain qui induit ces changements de phase.

Ingénierie tissulaire

Les cellules au sein des bioréacteurs permettant d’obtenir différents tissus sont stimulées par les contraintes mécaniques (mécanotransduction). L’objectif sera de s’appuyer sur les dispositifs de sollicitations mécaniques développés depuis 6 ans (compression, cisaillement, stretching) pour mieux appréhender et optimiser la réponse biologique et génique des CSM, ostéoclastes … Ces expériences 2D reproduisent fidèlement les bioréacteurs à particules ou la configuration cellulaire.


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