Interactions Fluides Structures Biologiques (IFSB)

L’équipe IFSB est spécialisée dans l’étude des écoulements physiologiques et techniques thérapeutiques associés au système cardiovasculaire et dans la modélisation expérimentale et numérique des couplages entre écoulements, déformation des structures en jeu, 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.

L’objectif général de l’équipe est de contribuer à la compréhension des écoulements associés au système cardiovasculaire sur une large gamme d’échelles caractéristiques, des capillaires aux gros vaisseaux sanguins, et d’améliorer les techniques de prévention, diagnostic et de traitement. 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 circulantes (qu’elles soient naturelles comme les cellules, ou bioartificielles pour l’encapsulation de substances actives). Nous modélisons leur dynamique par des simulations numériques multiphysiques, ainsi que de façon expérimentale dans des systèmes microfluidiques réalisés à la demande. Ce travail vise notamment à optimiser les techniques de vectorisation au moyen de capsules micrométriques et de développer de nouvelles stratégies microfluidiques pour cellules (pour la formation de plaquettes, adhésion cellulaire, tri de cellules, …).

- A l'échelle du vaisseau, nous nous intéressons à la caractérisation des écoulements sanguins lors de pathologies cardiovasculaires, et de diverses techniques thérapeutiques mini-invasives ayant un abord vasculaire (embolisation de vaisseaux par injection de microsphères ou de colles chirurgicales, stenting, réparation de valves cardiaques …). Notre objectif est d’utiliser la modélisation in vitro et in silico pour quantifier les conditions hémodynamiques dans les cas physiologiques et pathologiques, aider à l’adaptation de méthodes d’acquisition/diagnostic existantes ou à leur développement, et optimiser les techniques de traitements par voie endovasculaire ou percutanée.

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. En interne, nous avons développé ou contribué au développement de plateformes expérimentales pour la microfluidique, macro-fluidique et caractérisation mécanique et d’une plateforme numérique pour le calcul intensif. Nous bénéficions de partenariats forts avec des équipes hospitalo-universitaires et travaillons en collaboration avec la plateforme d’imagerie avancée et clinique de l'Institut Faire-Face du CHU d'Amiens.

Membres

CNU 60-61 - CNRS 10

BARTHES-BIESEL Dominique (PREM)
BARUCH Dominique (PREM)
BADR Kaoui (CRCN)
CLAUDE Isabelle (MCF)
LE GOFF Anne (MCF)
SALSAC Anne-Virginie (DR2)

ITA - BIATSS

DUPONT Claire (IE CNRS)
JELLALI Rachid (IR - 50 %)

POST-DOCTORANTS et Chercheur contractuel

GRANDMAISON Nicolas
HU Xu-qu

DOCTORANTS

AUDIERNE Jérémy
BOU ORM Alaa
EL MERTAHAI Chaymae
ESSAMLALI Abdelhadi

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. Elles peuvent avoir des propriétés mécaniques différentes selon la composition physicochimique et la méthode de génération de la paroi, ces capsules ont des propriétés mécaniques différentes. 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 des dispositifs expérimentaux permettant de caractériser les propriétés mécaniques de capsules afin d'en optimiser leur conception. En parallèle, nous utilisons la microfluidique pour diverses autres applications : fabrication de micro-capsules de taille et propriétés contrôlées, tri ou enrichissement de suspensions, génération de plaquettes à la demande.

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

Étude de l’adhésion de plaquettes en écoulement par une surface texturée – Anne Le Goff

Étude de cellules circulantes en micropuces – Anne Le Goff, Anne-Virginie Salsac

Ecoulements physiologiques

Anne-Virginie Salsac, Isabelle Claude, 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 (sténoses, thromboses, anévrismes). Des modifications de la circulation sanguine aux niveaux microscopiques et macroscopiques sont observées dans la plupart des maladies dégénératives, qu’elles soient cardiovasculaires ou autres (ex : certains cancers).
En clinique, les méthodes classiques d'investigation reposent essentiellement sur la détermination de critères géométriques, ou sur l’estimation des vitesses par Doppler. Nous contribuons au développement d’autres méthodes non invasives permettant le diagnostic des lésions à risque et un pronostic sur la validité de stratégies thérapeutiques (pontage, endoprothèse).
Mais notre principale cible d’action est l’étude et le développement de techniques thérapeutiques minimalement invasives (embolisation, réparation de valves cardiaques, etc).
Sur un plan fondamental, cela nécessite de quantifier les conditions locales d’écoulement sanguin et l’impact des dispositifs biomédicaux sur ces derniers. Nous étudions ces comportements multiphysiques et évaluons les contraintes mécaniques générées sur/dans les parois artérielles en couplant des approches de modélisation in vitro et in silico en partant de données cliniques obtenues via diverses modalités d'imagerie (échographie, IRM, …).

Projets

Caractérisation de l'écoulement sanguin et des propriétés mécaniques de la paroi artérielle par couplage avec l’imagerie médicale – Anne-Virginie Salsac, Isabelle Claude

Étude de traitements thérapeutiques : embolisation, réparation de valve cardiaque angioplastie, stenting – Anne-Virginie Salsac, Dominique Barthès-Biesel