Biomécanique de l'endométriose : modéliser la croissance et le remodelage pour comprendre la pathologie

Endometriosis biomechanics: modeling growth and remodeling tounderstand the pathology

• Auteur / Autrice : Ghuncha Ghuncha
• Direction : Vittorio Sansalone
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MSME - Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biomécanique (BIOMECA)

Mots clés

Mots clés libres

Endométriose

Biomécanique

Croissance

Remodelage

Modélisation et simulation

Endometriosis

Biomechanics

Growth

Remodelling

Modelling and Simulation

Résumé

L'endométriose est une maladie chronique et inflammatoire qui touche environ une femme sur dix en âge de procréer. Elle se caractérise par la présence et la prolifération pathologique d'un tissu de type endométrial en dehors de l'utérus. L'endométriose perturbe le fonctionnement normal des tissus et altère de manière significative les propriétés mécaniques des tissus affectés. Elle se manifeste par des douleurs pelviennes et la stérilité. L'endométriose, et en particulier l'endométriose profonde, présente différents phénotypes. Le premier prend la forme de nodules, qui sont des structures macroscopiques attachées aux organes existants. Leur taille peut atteindre plusieurs centimètres. Leur aspect ressemble à celui des nodules cancéreux, avec une surface très irrégulière. Le deuxième type principal est l'infiltration de glandes endométriales microscopiques dans le tissu pelvien à l'extérieur de l'utérus. Ces glandes ressemblent à la muqueuse utérine et sont invisibles à l'œil nu. Il a été montré que ces deux types de structures sont moins déformables que les tissus normaux. Cette thèse vise à combler les lacunes dans la compréhension de la relation entre les propriétés mécaniques du tissu endométrial et leurs implications pathologiques grâce à des techniques avancées de traitement d'images 3D et de modélisation mécanique. En reconstruisant la géométrie 3D du tissu endométrial, nous comprendrons l'organisation microstructurale des deux phénotypes et saisirons comment ces structures influencent et sont liées au comportement mécanique au niveau microscopique. Avec les données disponibles des essais mécaniques effectués au laboratoire MSME, nous serons en mesure de valider nos résultats. La principale valeur d'un tel modèle sera de fournir une plate-forme pour tester des scénarios de chargement complexes. L'avantage de la construction d'un modèle numérique sera la possibilité de collecter des informations sur les déformations et les contraintes à l'échelle submillimétrique. Les résultats nous permettront d'estimer les forces ressenties par les cellules in vivo dans cet environnement pathologique. En outre, la thèse se concentrera sur la description de la mécanobiologie du tissu endométrial. Les défis consistent à saisir les déformations finies, la croissance et le remodelage du tissu au niveau macro, tout en tenant compte de son hétérogénéité et de l'interaction entre la mécanique et la biologie cellulaire au niveau micro. L'objectif principal de la thèse est d'évaluer l'influence de l'endométriose sur la distribution des forces dans l'abdomen, ainsi que les contraintes et les déformations locales au sein des tissus pathologiques par le biais d'une modélisation et d'une simulation à plusieurs échelles. Une telle quantification peut s'avérer utile pour résoudre les problèmes liés au diagnostic et à la guérison de cette maladie débilitante, ainsi que pour encourager les échanges interdisciplinaires entre la mécanique, la biologie et l'informatique.

Endometriosis is a chronic and inflammatory condition impacting approximately 1 in 10 women of reproductive age. It is characterized by the presence and pathological proliferation of endometrial-like tissue outside the uterus. Endometriosis disrupts normal tissue function and significantly alters the mechanical properties of affected tissues. It manifests in the form of pelvic pain and infertility. Endometriosis - and deep infiltrating endometriosis in particular, exhibits various phenotypes. The first one is the nodule type, which is a macroscopic structure attached to existing organs. Their size can reach several centimeters. Their aspect resembles cancer nodules, with a highly irregular surface. The second main type is the infiltration of microscopic endometrial glands with pelvic tissue outside the uterus. These glands mimic the aspect of the uterus lining and are invisible to the naked eye. Both these structures have been reported to exhibit stiff mechanical properties. This thesis aims to bridge the gap in understanding the relationship between endometrial tissue mechanical properties and their pathological implications through advanced 3D image processing and mechanical modeling techniques. By reconstructing the 3D geometry of endometrial tissue, we will understand the microstructural organization of both phenotypes and grasp how these structures influence and relate to mechanical behavior at the microscopic level. With the data available from the mechanical testing performed at the MSME laboratory, we will be able to develop a mechanical model of endometriosis. The main value of such a model will be to provide a platform to test complex loading scenarios, and its ability to collect information on deformation and stresses at the submillimeter scale. The results will allow us to estimate the forces sensed by cells in vivo in this pathological environment. Furthermore, the thesis will focus on the description of the mechanobiology of endometrial tissue. The challenges lie in capturing the finite deformations, growth, and remodeling of the tissue at the macro-level, while accounting for its heterogeneity and for the interaction between mechanics and cell biology at the micro-level. The overarching goal of the thesis is to evaluate the influence of endometriosis on the distribution of forces in the abdomen, and local stresses and strains within the pathological tissues through multiscale modeling and simulation. Such quantification can prove useful in addressing the issues faced by the diagnosis and cure of this debilitating condition, as well as encouraging interdisciplinary cross-talk between mechanics, biology and computation.