Mécano-biologie des tissus hétérogènes par changement d'échelles : application à l’ostéosarcome.

L’ostéosarcome est une tumeur osseuse primitive qui survient principalement chez les adolescents et les jeunes adultes. Le taux de survie à 5 ans est de 70% et chute à 25% pour les patients présentant des métastases ou ne répondant pas aux traitements. De nouveaux développements sont nécessaires pour améliorer la prise en charge spécifique des patients. Ce type de tumeurs présente de fortes hétérogénéités spatiales dans la micro-architecture osseuse, dans la distribution des populations cellulaires mais aussi dans la réponse au traitement. A l’échelle tissulaire et du point de vue de la biophysique, l’ostéosarcome peut être considéré comme un milieu poreux fortement hétérogène et nous supposons que l’ostéosarcome est sensible aux effets mécaniques lors de sa formation et de son évolution.

 

Nous proposons une méthode de changement d’échelles pour caractériser les propriétés mécaniques de tels milieux poreux. La méthode s’appuie sur une approche séquentielle « grid-block » combinée à une méthode « extend-local ». La méthodologie est adaptée à des images de grandes tailles et notamment aux images binaires de coupes histologiques d’ostéosarcomes obtenues en routine clinique. Des modèles d’écoulement, de diffusion, d’élasticité et de poroélasticité sont étudiés. Les paramètres équivalents, constants par morceaux, de type perméabilités tissulaires et coefficients de raideurs tissulaires sont déterminés avec fiabilité. Plusieurs résultats méthodologiques ont été obtenus tels que les inégalités portant sur les paramètres équivalents en fonction des conditions aux limites imposées sur les éléments du « grid-block » ou la caractérisation du rôle des méthodes « extend-local » dans le calcul des paramètres de raideur.

Dans une étude clinique préliminaire, des relations entre les propriétés mécaniques tissulaires et les paramètres cellulaires sont données. Une cohorte réduite de patients montre que la réponse au traitement peut être corrélée à l’architecture du micro-environnement et à ses propriétés mécaniques. Ceci pourrait soutenir la recherche de marqueurs mécanobiologiques pour le suivi de la réponse au traitement chez les patients atteints d’ostéosarcome.