Description du sujet de thèse

L’os est un matériau biologique sensible aux stimuli mécaniques. Les cellules impliquées dans l’équilibre osseux vont avoir pour rôle de convertir les signaux mécaniques reçus en signaux biologiques permettant de maintenir une architecture osseuse offrant support mécanique à notre corps adapté aux chargements physiologiques qu’on lui soumet quotidiennement. Cette mécanosensibilité apparaît donc comme un mécanisme biologique clef qu’il est nécessaire de considérer lors du développement d’une stratégie de soin. Par exemple, un implant avec des propriétés mécaniques spécifiques va modifier l’environnement mécanique ressenti par les cellules et donc influencer leurs activités. Dans ce contexte, les règlementations actuelles permettant le transfert d’un produit de soin vers la clinique impliquent l’utilisation de modèles animaux pour soumettre le produit à un environnement le plus physiologique possible. Si ces modèles posent des problématiques éthiques et sociétales, ils demeurent indispensables en raison du manque d’alternative. L’objet de ce projet de thèse est de développé un dispositif expérimental permettant d’apporter des données complémentaires sur la mécanosensibilité osseuse et ainsi retarder l’utilisation d’animaux.
Le dispositif permettra d’appliquer des chargements mécaniques à un échantillon osseux tout en suivant des marqueurs de la stimulation mécanique des cellules piégées au sein de son architecture. En particulier, le projet se concentrera sur un type de cellule jouant un rôle clef dans la mécanobiologie osseuse : l’ostéocyte. Ces cellules sont intriquées dans un réseau poreux interconnecté, composé de lacunes, dans lesquelles sont logées les ostéocytes, connectées entre elles par des canalicules submicrométriques. Par le jeu de la poroélasticité, la déformation de la matrice osseuse induit des gradients de pressions avec comme conséquence une variation de la vitesse et de la pression des fluides s’écoulant dans ce réseau. Cette variation du comportement fluidique du réseau lacuno-canaliculaire est considéré comme étant le signal mécanique capté par les ostéocytes. Ce signal est ensuite converti en médiateurs biologiques vers les canaux vasculaires osseux où se trouvent les ostéoclastes et ostéoblastes en charge de la résorption et de le formation osseuse, respectivement. Il semble ainsi pertinent de comprendre comment un chargement mécanique appliqué à l’échelle de l’échantillon osseux influence la circulation des fluides dans ce réseau lacuno-canaliculaire. Une première étape visera ainsi à tester le dispositif développé sur des échantillons osseux pour mettre en place les marqueurs permettant de suivre la perfusion du réseau lacuno-canaliculaire.
Dans un second temps, des échantillons provenant de chutes osseuses issues de chirurgies orthopédiques seront récupérés en collaboration avec les HCL. Ces échantillons seront maintenus en vie et soumis à un chargement mécanique au sein du dispositif pour évaluer son influence sur l’évolution des propriétés osseuses.
Ce travail mènera donc à la fois vers une meilleure compréhension des mécanismes de stimulations mécanique des ostéocytes et de leur influence sur la réponse cellulaire ainsi que vers le développement d’un modèle expérimental alternatif à l’expérimentation animale. Par ailleurs, ce projet de thèse est intégré dans un projet global dans lequel des modèles numériques, jumeau du dispositif expérimental, seront développés en parallèle pour apporter de nouveaux éléments de compréhension sur la circulation des fluides au sein du réseau poreux osseux. Ainsi, de nombreux dialogues entre le candidat ou la candidate seront à prévoir avec l’équipe en charge du modèle numérique (Thibault Lemaire, MSME).
Le candidat ou la candidate devra être titulaire d’un diplôme d’ingénieur et/ou d’un master en mécaniques et/ou sciences des matériaux. Des compétences en conception mécanique et en instrumentation seront un plus pour mettre en place le dispositif expérimental. Un attrait pour l’expérimentation biologique est indispensable. De bonnes aptitudes de orales et écrites sont essentielles pour la communication et la valorisation des résultats scientifiques obtenus tout au long de la thèse.

Contexte de travail

Ce projet de thèse s’intègre dans le projet ANR BoNoBio (ANR-25-CE51-7990) impliquant 5 laboratoires à l’échelle nationale :
- MatéIS UMR 5510 (CNRS – INSA Lyon – UCBL) (porteur)
- LaMCoS UMR 5259 (CNRS – INSA Lyon)
- LMI UMR 5615 (CNRS – UCBL)
- LCMCP UMR 7574 (CNRS – Sorbonne Universités – Collège de France)
- MSME UMR 8208 (CNRS – Univ. Gustave Eiffel – UPEC)
La thèse se déroulera sur à cheval entre les laboratoires MatéIS, un laboratoire de Science des Matériaux à l’intersection de champs disciplinaires, principalement en chimie, physique et mécanique et LaMCoS, qui a pour vocation de mener des recherches sur la maîtrise et le contrôle du comportement des systèmes et structures mécaniques en prenant en compte leurs interfaces. La thèse sera co-dirigée par Rémy Gauthier (CR CNRS, MatéIS) et Ana-Maria Trunfio-Sfarghiu (DR CNRS, LaMCoS). Des interactions seront régulièrement menées avec les autres acteurs du projet BoNoBio.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.