Evaluation multiphysique et multiéchelle de la qualité osseuse – MULTIPS

L’objectif central du projet est d’évaluer les relations qui existent entre les propriétés de l’os cortical humain mesurées à différentes échelles (échelle nano- ou microscopique) et les propriétés mécaniques mésoscopiques effectives (échelle du millimètre). Le choix de l’échelle millimétrique pour les mesures mécaniques est guidé par l’ordre de grandeur de la longueur d’onde des ondes élastiques utilisées par les techniques ultrasonores pour l’évaluation in vivo de l’os. Une approche multimodale et multiphysique est envisagée, faisant appel à des techniques établies (tests mécaniques, biochimie, microtomographie) ou à des développements méthodologiques de novo. Ces derniers contribuent à l’originalité du projet et en constitueront une part importante. Seront évaluées : les propriétés mécaniques (tenseur d’élasticité et ténacité), la porosité haversienne, la porosité constituée par le réseau des canalicules et des lacunes ostéocytaires, les phases minérale (cristaux d’apatite) et organique (collagène). Les défis sont multiples : (i) développements méthodologiques en spectroscopie ultrasonore de résonance (RUS, partenaire 1) pour la mesure de l'élasticité, nano-tomographie par rayonnement synchrotron (SR-µCT, partenaire 4) et imagerie quantitative par diffusion des rayons X aux petits angles par rayonnement synchrotron (qsSAXSI, partenaire 3), (ii) mise en oeuvre de ces méthodes pour la caractérisation multiéchelle et multiphysique de l’os (RUS, essais mécaniques, SR-micro/nano CT, qsSAXSI, Fourier-transform infrared microspectroscopy FTIRM, biochimie) et (iii) étude des relations entre propriétés mécaniques, microstructure et propriétés des phases minérale et organique de la matrice osseuse. Le projet s’attaque donc à des aspects de développement expérimentaux originaux, aussi bien qu’à des aspects cognitifs destinés à faire progresser notre connaissance fondamentale des propriétés osseuses muli-échelles. Les avancées réalisées au cours du projet seront susceptibles d’avoir un impact significatif tant sur le plan du diagnostic des maladies osseuses que sur un plan purement méthodologique pour l’exploration de biomatériaux de structure complexe. L’exploration multiéchelle et multiphysique sur de nombreux échantillons d’os humains fournira à la communauté scientifique un ensemble de données unique à ce jour. Celles-ci pourront dans le futur contribuer au développement de modèles physiques ou numériques couplés aux données pour une meilleure compréhension des relations de causalité entre facteurs de qualité osseuses et propriétés mécaniques. De plus, la connaissance des relations existant entre toutes les variables mesurées devrait contribuer à terme à l'optimisation des techniques ultrasonores pour améliorer la prédiction du risque de fracture.