Deux axes de recherche principaux:
Ecoulement de fluides biologiques; Interaction avec des parois déformablesChallenges : Etudier les couplages entre les caractéristiques d’une structure déformable ou non & les propriétés de l’écoulement impliqué dans le mouvement de cette structure; Echelles macro & micro
Challenges : Caractériser, sous contraintes, les phénomènes de transport dans les milieux poreux hétérogènes anisotropes, mous, avasculaires et fortement hydratés. Prise en compte de la nutrition cellulaire. Caractériser le comportement visco-hyper-élastique anisotrope hétérogène de tissus mous. Biomimétisme.
Ecoulements de fluides biologiques; Interaction avec des parois déformables
Biomécanique des anévrismes de l'aorte abdominale (AAA)
L’AAA est une pathologie de l'aorte abdominale responsable d'une dilatation localisée permanente de l'artère dont le développement peut notamment se compliquer d’une fissuration ou rupture, menaçant le pronostic vital du patient (décès de 80% des patients en cas de rupture). L'un des objectifs de ces recherches est de contribuer à une meilleure compréhension et modélisation des interactions fluide/structure/cellules au sein des AAA, afin d’identifier et de caractériser aux différentes échelles (AAA, cellulaire) les processus et couplages mécano-biologiques pouvant conduire à l’expansion et au risque de rupture des AAA.
Collaborations:
AP-HM, Service de chirurgie vasculaire de l’hôpital Nord de Marseille; LiPhy, UMR5588 Grenoble, IAB Inserm U823 Grenoble
Permanents impliqués:
Valérie Deplano, Carine Guivier-Curien, Eric Bertrand
Contact:
valerie.deplano@irphe.univ-mrs.fr
Biomécanique des dissections aortiques de type A (DAT)
La dissection aortique de type A est une pathologie de la paroi aortique localisée sur la partie ascendante de l'aorte. Les DAT se caractérisent par la fissuration de la sous couche intimale de la paroi artérielle. L’écoulement sanguin dissèque alors la paroi induisant la formation de deux chenaux circulant séparés par une membrane flottante appelée flap intimal. Ce flap est un obstacle mobile dans l'écoulement qui entraîne des modifications hémodynamiques dans la partie ascendante de l'aorte et peut également altérer la dynamique des feuillets de la valve aortique. De par leur taux de mortalité élevé (50% à 48h et 90% à un mois), les DAT sont des urgences chirurgicales et leur prise en charge est un enjeu de santé publique. Les objectifs de ces travaux de recherche sont (i) de développer un modèle numérique d'interaction fluide-structure (IFS) représentatif de la pathologie, (ii) de comprendre et d'analyser la biomécanique des interactions entre l'écoulement sanguin, le flap intimal et les feuillets de la valve aortique à partir de ce modèle. Les lois de comportements des parois aortiques et du flap seront déterminées à partir de caractérisations mécaniques réalisées dans l’équipe.
Permanents impliqués:
Carine Guivier-Curien, Valérie Deplano
Contact:
carine.guivier@univ-amu.fr & deplano@irphe.univ-mrs.fr
Agrégation érythrocytaire pathologique
Certaines pathologies inflammatoires provoquent des désordres circulatoires sanguins localisés (membres inférieurs pour la thrombose, bifurcation iliaque pour l'athérosclérose ou le pied pour le diabète). Ces pathologies entrainent, en autres, une agrégation érythrocytaire pathologique. L'objectif de nos recherches est de caractériser le comportement de suspensions denses de particules, biomimétiques du sang, lorsqu'elles sont soumises à des écoulements plus ou moins confiné. De particules inertes (PMMA par exemple) à des fantômes de globules rouges (globules rouges sans hémoglobine), de géométries modèles (cône-plan) à des canaux micro-fluidiques de section circulaire, ces travaux permettront de déterminer la taille locale des particules et/ou des agrégats de particules ainsi que leur concentration locale et ce à partir de méthodes optiques.
Collaborations:
LMA UPR7051, Marseille; CINaM UMR 7325, Marseille
Permanents impliqués:
Yannick Knapp, Valérie Deplano, Eric Bertrand
Contact:
yannick.knapp@univ-avignon.fr & deplano@irphe.univ-mrs.fr
Modélisation de dépôts d'aérosol dans les voies aériennes supérieures
Le filtrage des aérosols médicaments dans la région laryngée peut conditionner l’efficacité des thérapies inhalées mises en œuvre pour le traitement des maladies respiratoires. Dans ce contexte, nos travaux ont pour but: (i) la caractérisation in-vivo de la dynamique glottique en phase respiratoire par laryngofibroscopie, (ii) la modélisation numérique des mécanismes de transport d'aérosols dans les voies aériennes supérieures (VAS) en tenant compte des variations de géométrie glottique observées en (i), (iii) la validation in-vitro des modélisations, au moyen de caractérisation d'écoulement et d'aérosols par PIV/PLIF dans des fantômes des VAS de complexité variable.
Collaborations:
Air Liquide Santé International, Centre de Recherche Claude Delorme, Groupe Gaz Médicaux - Jouy-en-Josas ; AP-HM Hôpital La Timone, Département ORL et Chirurgie cervico-faciale – Marseille ; Laboratoire Parole et Langage, UMR7309 CNRS, Aix-Marseille Université - Aix-en-Provence ; Brno University of Technology, Department of Thermodynamics and Environmental Engineering - Brno, République Tchèque
Permanents impliqués:
Olivier Boiron, Eric Bertrand
Contact:
olivier.boiron@centrale-marseille.fr
Tissus Mous
Phénomènes de transport dans les milieux poreux : Biomécanique du disque intervertébral
Les disques intervertébraux (DIV) sont des fibrocartilages qui confèrent au rachis sa mobilité tout en assurant une répartition optimale des contraintes mécaniques entre les corps vertébraux. La teneur en eau des DIV est un composant essentiel à leur viabilité et sa régulation procède d'interactions complexes entre l'activité de synthèse des cellules discales, la perméabilité de la matrice extracellulaire qui le compose, les contraintes mécaniques qui s'exercent sur sa structure et le transport des nutriments nécessaires au métabolisme cellulaire, pour ne citer que les principaux paramètres. Dans ce contexte, nos travaux ont pour objectif d'élaborer une modélisation du contenu hydrique du DIV afin de mieux appréhender et comprendre les mécanismes de couplage mécano-biologique et électrochimique au sein du disque. Parallèlement à ce travail théorique un travail expérimental d'identification et de quantification de divers paramètres biologiques et mécaniques est mené par Imagerie et Spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire dans le but de définir des critères cliniques objectifs de qualification de la fonction discale.
Collaborations:
UMR 6612, CRMBM, Centre de Résonance Magnétique pour la Biologie et la Médecine de Marseille, AP-HM hôpital de la Timone Marseille
Permanents impliqués:
Olivier Boiron, Valérie Deplano
Contact:
olivier.boiron@centrale-marseille.fr
Phénomène de progation Ultrasonore dans les milieux poreux: Cicatrisation osseuse et LIPUS
L'os est un tissu complexe qui se remodèle tout au long du processus de cicatrisation. Ce remodelage est le résultat de l'activation de cellules osseuses (ostéoctytes) sous contraintes mécaniques. Les ostéocytes sont entourés de fluide interstitiel dans le réseau lacuno-canaliculaire. Il a été montré théoriquement et expérimentalement que l'activation de ces ostéocytes est liée aux contraintes de cisaillement fluide.
Low Intensity Pulsed Ultrasound (LIPUS, ultrasons pulsés basse intensité) est actuellement un traitement reconnu cliniquement comme aidant à accélérer et/ou consolider la cicatrisation osseuse. Mais bien qu'il ait été prouvé que LIPUS n'induit que peu voire pas d'effets thermiques, le débat existe toujours quant à savoir comment les effets mécaniques de LIPUS stimulent la régénération osseuse. L'objectif de ces travaux est de mieux comprendre comment ce qui est observé in vitro au niveau cellulaire intervient dans le processus de cicatrisation observé cliniquement.
Collaborations:
GIBoc, ISM UMR 7287; MSME UMR 8208 CNRS, Equipe Biomécanique
Permanents impliqués:
Carine Guivier-Curien
Contact:
carine.guivier@univ-amu.fr
Caractérisation mécanique de tissus mous & biomimétisme
Cette thématique porte principalement sur deux pathologies vasculaires : les dissections aortiques (DAT) et les anévrismes de l'aorte abdominale (AAA). Toutefois ces recherches peuvent être appliquées à tous types de tissus mous. La caractérisation mécanique in vitro (tests uni et biaxiaux, compression, gonflement, associés à des mesures de champs (SDIC)) de parois saines et/ou pathologiques excisées, corrélée à des données histologiques et microstructurales, des mesures in vivo non invasives de distensibilité artérielle, ainsi que le développement de modèles théoriques permet de participer à un meilleur diagnostic et/ou traitement en corrélant pathologie et comportement mécanique et en développant des matériaux biomimétiques de parois saines et pathologiques. La partie biomimétisme de paroi artérielle est directement reliée à la conception de prothèses et endoprothèses artérielles.
Collaborations:
AP-HM Service de chirurgie vasculaire de l’hôpital Nord de Marseille, IFFStar, LBA Marseille, Institut Fresnel, Marseille. AAA : Société Texinov Grenoble ; L3S-R UMR5521, Grenoble, AP-HM Service de chirurgie vasculaire de l’hôpital Nord de Marseille
Permanents impliqués:
Valérie Deplano, Olivier Boiron, Carine Guivier-Curien, Eric Bertrand
Contact:
deplano@irphe.univ-mrs.fr
Conception de bioréacteur de culture cellulaire
La thématique s'intéresse à la conception de systèmes fluidiques dédiés au développement biomimétique de tissus et plus particulièrement à la co-culture de différents tissus. Elle s'appuie sur le développement d'un bioréacteur spécifique à la fabrication de greffons osseux vascularisés sur substrats poreux tridimensionnels déformables. L'objectif principal de ces travaux consiste à créer les conditions de culture permettant l'induction de cellules souches dans différentes lignées cellulaires sans faire usage d'additifs biochimiques. L'induction est obtenue à partir de stimuli mécaniques ; fluctuations de pression, de déformations, de cisaillement.
Collaborations:
Inserm U1026 Bioingénierie Tissulaire (BioTis), Bordeaux, Inserm UMR 698 Laboratoire de bio-ingénierie cardiovasculaire, Paris. Brevet déposé au National et à l'international. Valorisation gérée par la SATT
Permanents impliqués:
Yannick Knapp, Eric Bertrand, Valérie Deplano
Contact:
yannick.knapp@univ-avignon.fr