De la recherche fondamentale au partenariat industriel

COTI

Comportement Mécanique et Physico-Chimique de Tissus Vivants (COTI)

Présentation

Thématique(s) et objectifs : La compétence spécifique des membres du thème est la conception de systèmes destinés à la qualification du comportement de la peau humaine in vivo. Cette activité est menée suivant plusieurs axes : (i) Développement de moyens expérimentaux, (ii) Modélisation du comportement de la peau humaine soumise à des sollicitations mécaniques (iii) Développement de substituts cutanés tendus.

Spécificités et points forts : au niveau national, il y a plusieurs équipes qui travaillent sur ces thématiques : le LTDS Lyon (Hassan ZAHOUANI), le CERPER IRPF Toulouse (Gwendal JOSSE), et le LUSI Tours (Frederic OSSANT). En comparaison, notre équipe a des moyens expérimentaux importants, une expérience sur l’approche mécanique du comportement.

Chercheurs permanents : Jérôme CHAMBERT, Emmanuel JACQUET, Eric JOSEPH

Mots clés

Caractérisation mécanique, Extensométrie, Indentation, In vivo, Modélisation, Grandes
Transformations, Elasto-dissipation, Peau humaine, Cartilage.

Bilan de l'activité scientifique 06 – 09

Tissus vivants 2

Résultats marquants du quadriennal :
Le développement d’un dispositif d’identification de la tension naturelle de la peau a permis de mettre en évidence la difficulté d’appréhender cette grandeur directement par l’expérience à partir d’un essai en surface de la peau. Une étude de l’ancrage d’un dispositif d’essai sur la peau a conduit au développement d’un système d’ancrage cryogénique dont le principe a fait l’objet d’un dépôt de brevet en 2010 (brevet 2010). Un premier prototype d’essais en sollicitations harmoniques sur la peau a vu le jour en 2009. La prise en compte de la tension naturelle du tissu in vivo est un atout très important de la modélisation de la prédiction de la réponse du tissu à des sollicitations, et cette tension peut être identifiée par méthode inverse à partir d’ouvertures d’incisions à la surface du tissu (publication en cours). Nous participons au développement d’un substitut cutané autologue tendu, aux propriétés mécaniques voisines des propriétés de la peau in vivo. Des essais pré-cliniques de ce substitut sont prévus en 2011.

Projet scientifique

    Enjeux sociétaux : Le développement de substituts cutanés pour le soin des ulcères de jambes est un enjeu très important (2 à 8% de la population française de plus de 65 ans). La compréhension des aspects mecano-biologiques constitue une demande des médecins pour améliorer le bien-être de la population: évolution des chéloïdes, vieillissement des tissus, optimisation des sutures.

    Enjeux scientifiques : La tension naturelle de la peau humaine in vivo est une grandeur établie mais les valeurs des composantes de cet état ne sont pas connues alors quelles sont nécessaires pour connaître les paramètres à reproduire dans le développement de substituts cutanés tendus. De même la connaissance des paramètres mécaniques intrinsèques est indispensable pour l’élaboration de ces substituts aux propriétés voisines de celles de la peau in vivo. Les liens entre les aspects mécaniques de la peau et les paramètres biologiques constituent un domaine scientifique intéressant pour établir des pistes d’amélioration des traitements de certaines pathologies (Cheloïdes ou cicatrices expansives). La peau est un tissu aux propriétés complexes, qui plus est, c’est un tissu vivant et il semble intéressant de pouvoir prédire ses déformations et son évolution en fonction du contexte mécanique et biologique : la structure et la composition du tissu sont responsables de son état mécanique qui est lui-même (parmi d’autres) responsable de sa structure et de sa composition.

    Objectifs de recherche envisagées : nous avons identifié 2 objectifs qu'il serait bien d’atteindre pendant la prochaine période quadriennale.

  • Objectif 1 : Développement d’essais expérimentaux.

    • Nous avons développé un dispositif d’essais d’extension en sollicitations harmoniques sur la peau in vivo. Celui-ci doit maintenant être évalué pour qualifier le comportement de la peau in vivo. Les aspects élastiques et visqueux pourront être découplés et un protocole spécifique permettra d’appréhender l’état de tension naturelle de la peau. Une caméra placée dessus de la zone sollicitée fournira l’image de la déformée de la peau et un traitement informatique des images enregistrées au long de l’essai conduira au champ de déformations du tissu. Un projet voisin en collaboration avec l’Université technique de Liberec vise le développement d’un dispositif biaxial sur la peau in vivo.

    Atouts, opportunité, et positionnement : Il n’existe pas actuellement de dispositif d’extensométrie sur la peau in vivo destiné aux essais harmoniques. Ces techniques sont utilisées en indentation ; les phénomènes mis en jeu et le chargement mécanique s’en trouvent très différents. Il semble utile de mettre au point une telle technique sur la peau pour permettre d’identifier les paramètres indépendamment des conditions environnementales de l’essai. En étendant notre parc expérimental aux essais harmoniques in vivo. Ces compétences pourront être ensuite étendues à d’autres tissus.

  • Objectif 2 : Modélisation des champs de contraintes sur la peau in vivo lors d’incision, de cicatrices et de sutures.

    • A partir des données expérimentales obtenues par ailleurs, on peut prédire le champ de contraintes dans le tissu résultant d’une intervention ou d’une blessure au niveau de la surface. On envisage de développer un outil numérique allant de l’acquisition de la zone d’intérêt (imagerie et propriétés intrinsèques du tissu) à la modélisation géométrique, prédiction du champ de contraintes et optimisation de l’acte chirurgical (angle de lambeau VY par exemple, en collaboration avec des chirurgiens), voire du soin thérapeutique à mettre en place (en collaboration avec des médecins) pour maîtriser ce champ de contraintes. La prise en compte des caractères spécifiques du comportement confrontée aux données fournies par la biologie apporte des éléments pour mettre en évidence les phénomènes mécano-biologiques : en particulier le lien possible entre l’existence et l’intensité d’une composante de cisaillement dans l’apparition et l’évolution des chéloïdes.

    Atouts, opportunité, et positionnement : La collaboration étroite avec le CHU (chirurgien plastique et dermatologue) et le laboratoire d’ingénierie et biologie cutanée (IFR133) permet à notre thème d’accéder aux données cliniques et histologiques des cas traités. Les prédictions réalisées sont confrontées sur des cas cliniques à des mesures de forces de fermetures d’incision sur des prélèvements d’anapathologie. Ceci valide la chaîne de calculs sur des cas précis et permet d’envisager son utilisation en routine sur d’autres cas similaires. De tels outils n’existent pas à ma connaissance et apporteraient aux médecins une aide à la décision mais aussi un outil d’investigation des phénomènes mécano-biologiques. Une collaboration avec une équipe de recherche du département de chirurgie plastique reconstructive et esthétique de l’école médicale nippone (Rei Ogawa) est envisagée.

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