Mécanotransduction in vitro déclenchée par ultrasons – INVICT-US

Les ultrasons de faible intensité (UFI) ont un potentiel thérapeutique clinique encore sous-utilisé pour la stimulation du remodelage osseux. Il est démontré que l'os est un tissu biologique mécanosensible capable de fournir une réponse biologique adaptée à un environnement mécanique. Les ultrasons de faible intensité (UFI) peuvent être une source de stimuli mécaniques susceptibles de déclencher localement le remodelage osseux, et des effets bénéfiques ont déjà été observés cliniquement sur des patients. Toutefois les phénomènes physiques et biologiques engagés dans le processus de la mécanotransduction cellulaire restent mal compris, et cette incompréhension alimente la controverse qui freine le développement de modalités thérapeutiques novatrices et mieux adaptées aux patients.
L’enjeu est donc de comprendre comment les UFI interagissent avec les cellules osseuses afin de déclencher une réponse biologique. Pour cela il est indispensable de prendre en compte le micro-environnement 3D des ostéocytes, cellules entourées de fluide interstitiel, enchâssées dans la matrice osseuse, et identifiées comme les mécanosenseurs de l’os, les régulateurs du remodelage osseux.
Pour relever ce défi, le projet INVICT-US réunit acousticiens, mécaniciens et biologistes pour développer des modèles multiphysiques expérimentaux et numériques capables d’intégrer de façon pertinente le micro-environnement 3D des ostéocytes in vivo. Pour cela, le projet développera un scaffold biomimétique innovant sous la forme d’un support 3D poreux dont les propriétés morphologiques et mécaniques seront proches de celles de la matrice osseuse. Ce scaffold sur-mesure sera optimé pour la culture 3D de cellules ostéocytaires (MLO-Y4) et sera inséré dans un dispositif automatisé dédié, spécialement conçu pour le projet, capable de délivrer une stimulation ultrasonore contrôlée aux cultures cellulaires en série dans un incubateur. Ce dispositif inovant sera également équipé d'un système d'imagerie en temps réel pour visualiser les effets des UFI sur les ostéocytes en culture (2D et 3D). Les modèles éléments finis associés permettront de mener des études paramétriques pour guider le plan d’expérience et faciliteront l’interprétation des résultats et l’accès à des données inaccessibles expérimentalement. Ils participeront également à l'identification des phénomènes hydrodynamiques induits par les UFI au sein du scaffold et à l'évaluation des stimuli mécaniques appliqués aux cellules in situ. Le défi de ce projet interdisciplinaire est de conjuguer des aspects multi-échelles et multiphysiques pour comprendre la mécanotransduction des cellules osseuses sous stimulation UFI et expliquer comment les UFI peuvent aider à soigner des lésions osseuses en rééquilibrant le remodelage osseux.