Ingénierie des tissus osseux, Os trabéculaire, Scaffold biomimétique, Microarchitecture, Viscoélasticité, Cisaillement, Courbure de surface

L'homéostasie osseuse est un processus complexe assurant le renouvellement et la réparation du tissu osseux. Ce tissu, à la fois biomécanique et biologique, possède une architecture tridimensionnelle dynamique. En cas de fracture, la cicatrisation est généralement efficace, mais elle est compromise dans les lésions dites « critiques », où la régénération spontanée est insuffisante. Une approche prometteuse pour surmonter cet obstacle est l'ingénierie tissulaire osseuse. Elle consiste à implanter un biomatériau - appelé scaffold - conçu pour imiter les propriétés du tissu osseux et favoriser la formation in situ d'os (ostéo-conduction, ostéo-induction, ostéogénicité). Pour être efficace, ce scaffold doit reproduire l'environnement des cellules osseuses en termes de composition chimique et de contraintes mécaniques. Il doit permettre l'adhésion, la prolifération et la différenciation des cellules ostéo-compétentes tout en leur transmettant des stimuli mécaniques physiologiques. Le tissu osseux est un composite formé d'une phase inorganique (principalement hydroxyapatite carbonatée), d'une matrice organique (majoritairement du collagène de type I) et d'eau. Cette structure lui confère rigidité, élasticité, ténacité et résistance aux charges multidirectionnelles. La matrice extracellulaire (MEC) joue un rôle central dans le métabolisme cellulaire. Ainsi, les scaffolds biomimétiques doivent en reproduire fidèlement les propriétés mécaniques et biochimiques. Si la fonctionnalité biologique dépend de la composition chimique, les performances mécaniques sont influencées par la géométrie du matériau. La mécanosensibilité des cellules osseuses implique que des variations architecturales locales peuvent modifier leur comportement. L'évaluation des performances biomécaniques des scaffolds doit s'effectuer à différentes échelles. À l'échelle macroscopique, les critères clés sont l'intégrité structurelle et la perméabilité. À l'échelle microscopique, il faut analyser la distribution des contraintes et déformations, qui conditionne la réponse cellulaire. L'objectif de cette thèse est d'identifier les contraintes mécaniques perçues par les cellules au sein du tissu osseux trabéculaire, microenvironnement physiologique idéal. Sa structure poreuse et interconnectée offre les conditions mécaniques et biologiques optimales pour ces cellules. L'os trabéculaire de banque, utilisé comme référence clinique, est le modèle le plus proche à ce jour. Cette recherche propose une approche multi-échelle visant à comprendre l'influence de : i) la charge mécanique in vivo, ii) la microarchitecture trabéculaire, iii) la viscoélasticité de la MEC sur le microenvironnement cellulaire. Elle s'articule autour de quatre axes majeurs : 1) Analyse micromécanique de l'os trabéculaire soumis à des charges physiologiques (compression) pour étudier l'impact de la microarchitecture sur les déformations locales. 2) Ressenti cellulaire face aux flux fluidiques, en lien avec la perméabilité et la courbure locale, pour évaluer les contraintes de cisaillement pariétal. 3) Caractérisation viscoélastique de l'os trabéculaire déminéralisé, afin de comprendre l'effet combiné de la structure et de la composition chimique sur la réponse mécanique du scaffold. 4) Validation in vitro par culture cellulaire 3D pour tester le potentiel régénératif de l'os décalcifié. Les résultats mettent en évidence l'importance de la courbure locale et du comportement viscoélastique dans la conception de scaffolds biomimétiques avancés. L'étude a permis d'identifier, à l'échelle microscopique, les paramètres clés influençant les contraintes perçues par les cellules : la microarchitecture trabéculaire, la courbure surfacique et la viscoélasticité. Ces éléments doivent impérativement être intégrés dans le développement de futurs scaffolds optimisés pour la régénération osseuse.