INTERACTION DES ULTRASONS AVEC LE MICRO-ENVIRONNEMENT 3D DES CELLULES OSSEUSES : ÉTUDES EXPÉRIMENTALES ET NUMÉRIQUES

INTERACTION OF ULTRASOUND WITH 3D MICRO-ENVIRONMENT OF BONECELLS: EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES

• Auteur / Autrice : Lucille Allegre
• Direction : Cécile Baron, Carine Guivier-curien
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Inscription en doctorat le 02/09/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRPHE - Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre

Mots clés

Mots clés libres

Stimulation par ultrasons in vitro

Mécanotransduction

Flux acoustique

Multi-échelle

Media poreux

Modèle élément finis

In vitro ultrasound stimulation

Mechanotransduction

Flux acoustique

Multiscale

Porous media

Finite Element model

Résumé

L'objectif de ce projet de doctorat est de progresser dans la compréhension de la mécanotransduction des cellules osseuses stimulées par les ultrasons, en réalisant des expériences et des calculs numériques. mécanotransduction des cellules osseuses stimulées par des ultrasons, en modélisant expérimentalement et numériquement l'interaction des ondes ultrasonores avec leur microenvironnement mécanique tridimensionnel. L'un des défis consiste à identifier les phénomènes hydrodynamiques à l'intérieur de ce microenvironnement tridimensionnel, tels que les courants acoustiques, susceptibles d'être impliqués dans la mécanotransduction des cellules osseuses induite par les ondes ultrasonores (Fig. 1). Ces recherches porteront sur I) des études théoriques sur canaux microfluidiques couplées à des expériences de µPIV ; ii) des mesures expérimentales et numériques liées au expérimentales et numériques liées au montage in vitro intégrant l'échafaudage biomimétique et iii) une étude numérique numérique utilisant un modèle d'éléments finis représentant un réseau lacuno-canaliculaire réaliste. Ce sujet fait partie d'un projet plus large en collaboration avec des biologistes pour corréler la réponse biologique des ostéocytes stimulés à des facteurs identifiés. réponse biologique des ostéocytes stimulés aux contraintes mécaniques identifiées

The objective of this PhD project is to to advance in the understanding of the mechanotransduction of bone cells stimulated by ultrasound, by experimentally and numerically modeling the interaction of ultrasound waves with their three-dimensional mechanical microenvironment. One of the challenge is to identify the hydrodynamic phenomena inside this 3D micro environment, such as acoustic streaming, likely to be involved in bone cells mechanotransduction induced by ultrasound waves (Fig. 1). These investigations will concern I) theoretical studies on microfluidics channels coupled with µPIV experiments; ii) experimental and numerical measurements related to the in vitro set-up integrating the biomimetic scaffold and iii) a numerical study using a finite-element model representing a realistic lacuno-canalicular network. This subject is part of a larger project in collaboration with biologists to correlate the biological response of stimulated osteocytes to identified mechanical constraints