Caractérisation structurale multi-échelle de l’os à l’état précoce de l’ostéosarcome et modélisation de la morphologie tumorale à l’état avancé : observations de l’activation tumorale dans l’ostéogénèse

Bone multi-scale characterisation of early stageosteosarcoma and late stage tumoral morphology modelling : observations of tumoral activity in osteogenesis

• Auteur / Autrice : Arnaud Bardouil
• Direction : Franck Artzner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/10/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique (Rennes)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Redini, Nadine Nassif, Thomas Bizien, Human Rezaei
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Émilie Pouget, Aurélien Gourrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Collagène

Analyse multiéchelle

Ostéosarcome

Mots clés libres

Sarcome

Collagène

Structure hiérarchique

Diffusion des rayons

Microscopie polarisée

Simulation

Sarcoma, Collagen

Hierarchical structure

X-Ray diffusion

Polarized microscopy

Simulation

Résumé

L’ostéosarcome est la principale tumeur primaire de l’os, affectant principalement une population jeune. Bien que la pathologie reste rare, les conséquences sont graves, avec encore aujourd’hui des marges d’excision de 2cm et un taux de décès après traitement de l’ordre de 30% sur le long terme. L’ostéosarcome se caractérise par la production d’une structure osseuse sous la forme d’un réseau qui se développe en conjonction de la progression des cellules tumorales. Le cancer entraîne une dégradation et une production de tissu osseux suivant un mécanisme de détournement du remodelage osseux par les cellules tumorales appelé "cercle vicieux". Dans cette thèse, nous abordons la question de l’ostéosarcome avec les méthodes d’analyse de la physique, dans le but d’explorer de nouvelles opportunités d’étude de cette pathologie. Nous avons étudié la structure de l’os à différents temps de développement, différentes échelles et suivant différentes techniques. Nous avons participé à la mise en évidence de la structure Bouligand à l’interface de construction de l’os en microscopie à lumière polarisée. Nous avons utilisé la structure nanoscopique des phases minérale et biologique mise en évidence par diffraction des rayons X pour proposer un modèle de l’activité de l’ostéosarcome aux temps courts. Et nous avons établi un protocole d’analyse d’image tomographiques de l’ostéosarcome à un stade avancé qui permet la comparaison objective avec les résultats de l’automate cellulaire mis au point dans une recherche des lois de propagation de l’ostéosarcome.

Osteosarcoma is the main bone primary tumor, mainly afflicting a young demographic. Though the illness is remains rare, consequences are dire, with still to this day 2cm margins of excision and a long-term death rate after treatment of the order of 30%. Osteosarcoma is characterized by the creation of a mesh-like bone structure which grows alongside tumor cells progression. This cancer causes a degradation and production of bone tissue through a mechanism of bone remodelling hijacking called "vicious circle". In this thesis, we approach the study of osteosarcoma through physics analysis methods, the goal being to explore new opportunities to study this illness. We studied the bone structure at different development times, different scales and with different technical approaches. We participated in the uncovering with polarized light microscopy of the Bouligand structure of the bone construction interface. We used the nanoscopic structure of mineral and biological phases, revealed through X-ray diffraction, to put forward a model of early stage osteosarcoma activity. And we established a late stage osteosarcoma tomography acquisitions analysis protocol, which enables objective comparison with the results from the cellular automaton developped for the search of the osteosarcoma propagation laws.