Le projet OMBRE est une proposition scientifique ambitieuse visant à caractériser mécaniquement le processus de régénération osseuse dans le cadre de procédures d’ingénierie tissulaire basée sur les cellules somatiques mésenchymateuses (CSM) ou sur l’implantation d’un substitut osseux isolé.
L’enjeu majeur du projet est de mettre en perspective l’évolution du comportement mécanique dans le temps et dans l’espace avec le processus biologiques à l’échelle microscopique et la cinétique de régénération.
OMBRE mettra notamment en lumière la répartition des contraintes mécaniques induites par le processus de reconstruction et supportées par la partie minérale de l’architecture osseuse (Hydroxyapatite – Hap) grâce à des cartographies de l’état mécanique obtenues par diffraction des rayons X en laboratoire et sur Grands Instruments (synchrotron) à différents degrés de régénération jusqu’à reconstruction complète.
En parallèle, une approche originale sera mise en place afin de caractériser finement la réponse mécanique de l’os à différents stades de la reconstruction osseuse. L’analyse des champs de déformations et de contraintes sous sollicitations mécaniques représentatives (compression/flexion) in situ permettront d’en caractériser le comportement mécanique et, notamment, le rôle prépondérant de la zone interfaciale entre os reconstruit et os naturel sur le comportement mécanique macroscopique.
Ces données expérimentales seront alors confrontées à un nouveau modèle à double transition d’échelles par une approche autocohérente permettant de prendre en compte les éléments architecturaux et microstructuraux principaux (densité de minéraux, vascularité, porosité…) spécifiques au matériau de l’étude.
La méthodologie du travail s’appuiera donc sur une interaction étroite entre des simulations par une méthode micromécanique de transition d’échelles (méthode d’homogénéisation) et des moyens expérimentaux complémentaires d’observations microstructurales (DRX, MEB, MET, Tomographie…) ainsi que de caractérisations mécaniques (nanoindentation, essais mécaniques in situ et post mortem, …) aux différentes échelles (cristal, interface et macroscopique) et qui seront prises en compte dans le développement du nouveau modèle.
A la lumière des résultats obtenus, une expertise complète sera menée sur les processus biologiques à l’échelle microscopique impliqués dans la reconstruction afin d’en tirer les conclusions nécessaires à l’avènement de stratégies de régénération osseuse dans de l’os ischémique qui présente de faibles propriétés de régénération en chirurgie ORL et maxillo-faciale après irradiation osseuse pour le traitement des carcinomes épidermoïdes des voies aérodigestives supérieures ou pour le traitement de fentes labiales et palatines, malformation cranio-faciale congénitale la plus répandue chez l’homme.
OMBRE ambitionne ainsi de mieux appréhender l’influence des phénomènes entrant dans le processus de reconstruction sur le comportement mécanique global dans l’objectif ultime de développer des stratégies innovantes de reconstruction osseuse via l’association de caractérisations expérimentales et de simulations multi échelles complémentaires et multidisciplinaires.
Ceci permettra alors d’élaborer rigoureusement de nouvelles stratégies de reconstruction et de les optimiser en tenant compte non seulement de l’aspect biologique mais de l’aspect mécanique souvent négligé.