Etude Biomécanique des Pathologies du remodelage osseux – BIOPRO

Les maladies osseuses telles que l'ostéoporose représentent un des enjeux majeurs de santé publique. L'ostéoporose provient d'une réduction importante de la masse et d'un affaiblissement de la microstructure qui augmente fortement le risque de fracture spontanée à un degré relativement avancé de la maladie. La détermination d'un indice de fracture fiable est essentielle pour déterminer la population à risque et pouvoir la traiter préventivement. Pour le clinicien, cette prédiction du risque fracturaire se base essentiellement sur la mesure de la densité minérale. Cependant, l'os, qui est un tissu vivant, adapte sa déformation par une redistribution de l'os trabéculaire à travers le processus de remodelage osseux. Il est maintenant bien reconnu que le comportement mécanique de l'os est lié à la densité osseuse et à la qualité osseuse. Une bonne estimation de la qualité osseuse doit prendre en compte des paramètres critiques comme la microarchitecture, le taux de remodelage, le degré du contenu minéral et l'accumulation de microfissures… La détection des changements microstructuraux et de leurs impacts dans les pathologies de la fragilité osseuse est un point crucial pour mieux identifier les risques de fractures et en améliorer le traitement qui repose aujourd'hui sur le blocage du remodelage par des biphosphonates. L'objectif principal du projet proposé est de développer un outil prédictif pour donner très tôt, un diagnostique fiable et précis de la qualité osseuse en présence de différentes pathologies afin d'identifier les personnes à risques et de choisir un traitement adéquat. Ce projet, qui est une collaboration interdisciplinaire de trois équipes, est organisé autour de 3 objectifs interdépendants : 1. L'effet de la pathologie et du traitement par les biphosphonates sur les propriétés mécaniques et biologiques du tissu. Cette partie est basée sur l'analyse architecturale (microscaner, MEB, ultrason), biologique (Contenu minéral, propriétés du collagène) et mécanique (Elasticité) des propriétés de l'os à différents niveaux d'organisations structurales. Les échantillons proviennent de patients et de cadavres ostéoporotiques ou sains, traités par biphosphonates pour certains, prélevés en différents endroits du fémur. 2. La prédiction du processus de remodelage osseux à l'échelle du volume élémentaire représentatif (VER). Cette partie est basée sur une analyse expérimentale de l'endommagement local et un modèle de remodelage osseux développé à l'échelle de quelques travées. Les données expérimentales fourniront notamment un critère d'endommagement local utilisé comme signal pour activer la phase de résorption dans le modèle. 3. Le développement du modèle d'adaptation de l'os basé sur une optimisation de la topologie permet de comprendre et de suivre l'état de la pathologie osseuse à différentes échelles en fonction du temps et de l'évolution de l'environnement. Ce modèle est basé sur les éléments finis, combinant le comportement statique et dynamique (remodelage) du VER, les techniques d'homogénéisation et l'imagerie. Une validation avec les résultats de la partie 1 sera réalisée. Le principal résultat de ce projet est d'obtenir un outil de diagnostique de la qualité osseuse pour prévenir les risques de fracture basé sur le modèle d'adaptation osseux validé par des essais mécaniques originaux réalisés sur différents échantillons normaux ou pathologiques.