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Interactions Fluides Structures Biologiques (IFSB)

L'équipe IFSB est spécialisée dans l'étude des écoulements physiologiques associés au système cardiovasculaire et dans la modélisation expérimentale et numérique du couplage entre écoulements, déformation des structures, réactions chimiques et stimulation active (champs magnétiques, ultrasonores).

Description

Nos travaux portent sur l'étude des écoulements sanguins et de techniques thérapeutiques endovasculaires innovantes. Ils s'inscrivent dans le domaine de la biomécanique des fluides, un vaste domaine d'investigation à l'interface entre la mécanique, la physique, les sciences de la vie et les problématiques de la santé.

Nous étudions les écoulements associés au système cardiovasculaire sur une large gamme d'échelles caractéristiques, des microcapillaires aux gros vaisseaux sanguins. Nous associons modélisations expérimentales, théoriques et numériques pour étudier aussi bien le système vivant dans une approche biomimétique, que des systèmes bioartificiels dans une approche bioinspirée.

Nous travaillons à la prédiction du comportement dynamique de ces systèmes et développons des techniques de caractérisation patient- ou objet-spécifique grâce au dialogue expériences - théorie/numérique.

  • A l'échelle microscopique

Nous étudions le comportement mécanique de capsules (naturelles que sont les cellules, ou bioartificielles) circulantes, sur le plan de la modélisation numérique multiphysique, mais aussi de façon expérimentale dans des systèmes microfluidiques réalisés à la demande. Ce travail vise notamment à optimiser les techniques de vectorisation de médicaments ou d'embolisation de vaisseaux sanguins.

  • A l'échelle du vaisseau

Nous nous intéressons à la caractérisation des écoulements physiologiques et pathologiques en cas d'atteintes du système cardiovasculaire, ainsi que les propriétés mécaniques de la paroi des vaisseaux, en couplant différentes modalités d'acquisition (IRM, angiographie), traitement d'images et modèles (analytiques ou numériques). Nos objectifs sont d'utiliser la modélisation in vitro et in silico pour apporter des informations sur les conditions d'écoulement physiologiques et pathologiques, d'aider à l'adaptation de méthodes d'acquisition existantes ou à leur développement, et d'optimiser les techniques de traitements par voie endovasculaire. Notre approche se distingue par l'analyse de l'hémodynamique à toutes les échelles caractéristiques du système cardiovasculaire et par le couplage entre modèles théoriques, approches expérimentales et/ou études cliniques. Nous bénéficions de partenariats forts avec des équipes hospitalo-universitaires.

En interne, nous avons développé ou contribué au développement de plateformes expérimentales (plateformes micro- et macro-fluidiques) et numériques (plateforme de calcul intensif). Nous avons accès à la plateforme d'imagerie avancée et clinique de l'Institut Faire Face du CHU d'Amiens

Contrats Européens

  • Marie Curie ITN. (2009-2013) Anne-Virginie SALSAC
    MEDDICA. Meddical devices design in Cardiovascular Applications.

Subventions Nationales

  • ANR BLANC (2011-2015) Anne-Virginie SALSAC (Coordinateur)
    CAPSHYDR
  • ANR 07 003-03 TECSAN (2008-2011) Cécile LEGALLAIS
    ENDOCOM - Conception d'une endoprothèse communicante dédiée au suivi post-opératoire des anévrismes de l'aorte abdominale.
  • ANR PNANO (2006-2008)
    FENOTIP - Microfluidique et nanoélectrodes pour la spectroscopie électromagnétique des cellules uniques.

Subventions Régionales

  • Région (2013-2016) Anne-Virginie SALSAC
    Flow Face
  • Région Picardie (2010-2013) Dominique BARTHES-BIESEL (Coordinateur)
    MODCAP
  • Région Picardie (2008-2011) Anne-Virginie SALSAC (Coordinateur)
    EMBOLOTHERAPIE Caractérisation in vitro/ in vivo de la technique endovasculaire d'embolisation par colle
  • Région Picardie (2007-2010)
    MICROFIEC Systèmes microfluidiques pour l'encapsulation
  • Région Picardie (2006-2008) Cécile LEGALLAIS
    IRMfHpPHy Physiologie et caractérisation de l'hémodynamique hépatique par IRM

Microcapsules et cellules en écoulement

Anne-Virginie Salsac, Anne Le Goff, Badr Kaoui, Dominique Barthès-Biesel

Nous nous intéressons principalement aux capsules simples, constituées d'une goutte liquide entourée d'une membrane mince. Selon la composition physicochimique de la membrane, ces capsules ont des propriétés mécaniques différentes. Dans ce contexte, nous étudions le comportement de microcapsules en suspension libre dans un écoulement de cisaillement ou circulant dans un conduit étroit tel un pore microfluidique ou un vaisseau capillaire.

Nous avons donc mis au point des codes numériques 3D permettant de modéliser le mouvement de capsules dans divers écoulements et un dispositif expérimental permettant de caractériser les propriétés mécaniques de capsules afin d'en optimiser leur conception. En parallèle, nous avons étudié un procédé de fabrication de micro-capsules de taille et propriétés contrôlées dans un système microfluidique.

Projets

  • Modélisation du mouvement des capsules en écoulement (Anne-Virginie Salsac, Badr Kaoui, Dominique Barthès-Biesel)
  • Caractérisation, fabrication et tri de microcapsules au moyen de techniques microfluidiques –(Anne-Virginie Salsac, Anne Le Goff, Dominique Barthès-Biesel)
  • Relargage de substances encapsulées avec ou sans stimulation externe –(Badr Kaoui, Anne-Virginie Salsac)
  • Etude de l’'adhésion de plaquettes en écoulement par une surface texturée (Anne Le Goff)
  • Etude de cellules circulantes sur micropuces –(Anne Le Goff)

Ecoulements physiologiques

Anne-Virginie Salsac, Agnès Drochon, Dominique Barthès-Biesel

Les maladies cardio-vasculaires représentent une des premières causes de mortalité dans les pays industrialisés. Elles sont associées à des modifications de la géométrie ou des propriétés mécaniques de vaisseaux initialement sains : sténoses, thromboses, anévrismes. Dans certains cancers, on observe également une altération de la circulation sanguine, aux niveaux micro et macro. En clinique, les méthodes classiques d'investigation reposent essentiellement sur la détermination de critères géométriques, ou sur la caractérisation des vitesses et des cisaillements (mais elles sont peu précises).

Le développement de méthodes non invasives permettant d'une part le diagnostic des lésions à risque, et d'autre part un pronostic sur la validité des traitements actuellement employés (pontage, endoprothèse) reste donc un sujet d'actualité. De plus, sur un plan plus fondamental, il est également utile de connaître les mécanismes menant à ces pathologies. Parmi ceux-ci, on s'intéresse plus particulièrement aux contraintes mécaniques générées par l'écoulement sanguin sur les cellules adhérentes (paroi artérielle) et aux modifications de la paroi artérielle.

Dans ce domaine, les apports de la biomécanique sont essentiels et visent, à terme, à combiner des modélisations à des données cliniques obtenues par de nombreuses modalités d'imagerie. Nous nous intéressons également, sur le plan de l'acquisition des images, notamment IRM, aux phénomènes multiphysiques qui peuvent venir en altérer la précision.

Projets

  • Analyse hydrodynamique de la collatéralité coronarienne –(Agnès Drochon) 
  • Imagerie médicale et caractéristiques de l'écoulement sanguin et de la paroi artérielle (Anne-Virginie Salsac, Vincent Zalc)
  • Etude de traitements thérapeutiques : embolisation, angioplastie, stenting (Anne-Virginie Salsac, Dominique Barthès-Biesel)
  • Modélisation de l'effet magnétohydrodynamique (MHD) en vue de l'amélioration de la synchronisation des images en IRM cardiaque –(Agnès Drochon)

Pour aller plus loin

Contact

Responsable Scientifique
Anne-Virginie Salsac
Tél : 03 44 23 44 23 | Contacter par mail

La recherche à l'UTC

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