BioMécanique et BioIngénierie (BMBI) - UMR CNRS 7338

Les études du laboratoire BioMécanique et BioIngénierie de l'UTC (BMBI) portent sur la mécanique du vivant et l'ingénierie de la santé. Elles ont pour objectifs la compréhension des fonctionnements et des mécanismes des systèmes vivants à l'échelle systémique, organique et tissulaire, dans le but d'améliorer la qualité de la vie de l'homme. Spécificité unique en France, la pluridisciplinarité de l'équipe de recherche permet une approche système des sujets d'étude avec pour leitmotiv "comprendre pour faire".

Objectifs

Les objectifs du laboratoire sont de comprendre le fonctionnement et les mécanismes de systèmes vivants à différentes échelles :

  • du système (cardiovasculaire, squelettique, musculaire)
  • de l'organe (coeur, os, muscle, ...)
  • des tissus, des cellules, des molécules associés aux organes, du système étudié

Ces connaissances aboutissent à la compréhension des pathologies et au développement d'organes bioartificiels, d'outils de diagnostic et d'évaluation de traitements médicaux des pathologies.

Ces objectifs se combinent dans un souci d'amélioration de la qualité de la vie de l'Homme (de la naissance à la sénescence).

Equipes et thèmes de recherche

Les activités de recherche sont regroupées autour de 4 équipes thématiques recouvrant les différentes échelles (nanoscopiques, micro et macroscopiques et approche système) :

  • Cellules Biomatériaux Bioréacteurs (C2B)
  • Interaction Fluides Structures Biologiques (IFSB)
  • Caractérisation Multiéchelle et Modélisation Mécanique (C3M)
  • Neuromécanique et Signaux Électrophysiologiques (NSE)

3 thèmes transversaux émergents reposent sur des plateformes technologiques associées :

  • Nanosciences Interface Biologie (NanoInBio)
  • Microfluidique et Microsystèmes Cellulaire (MMC)
  • Système NeuroMusculosquelettique (SyNeMus)

Institut Universitaire d'Ingénierie pour la Santé (IUIS)

L'IUIS a pour objectif de favoriser l'interdisciplinarité (notamment les interactions ingénierie/médecine) grâce à une structure fédérative d'équipes implantées dans des services hospitaliers et les laboratoires de recherche de l'UTC et de l'UPMC (UFR de médecine et UFR d'ingénierie). La chaire thématique e-BioMed (développement d'outils biomédicaux connectés pour la télémédecine) entre dans le cadre de l'IUIS, institut de de la COMUE Sorbonne Universités.

Partenariats internationaux

Europe (Allemagne, Autriche, Belgique, Espagne, Finlande, Hongrie, Islande,Pays Bas, Royaume-Uni, Suisse), Liban, états-Unis, Brésil, Canada, Asie (Chine,Japon, Singapour)...

Partenaires Hospitaliers

CH Compiègne, Polyclinique Saint Côme, CHU Amiens, CHU Robert Debré, CHU Rennes, CHU Nantes, Mayo Clinic (États-Unis), Royal Free Hospital (Royaume-Uni)...

Partenariats industriels

BIC, Cornéal, Décathlon, Fresenius, Medtronic, Stryker Tefal, Abiomed, Thor,...

Partenariats privés

Fondation Motrice, Association Française de Myopathie (AFM), Fédération Française de Rugby (FFR)...

Pôles Régionaux/Nationaux

Autonomie de la Personne, Handicap, Vieillissement, IFF (Institut Faire Faces).

Le laboratoire BMBI est membre du Labex MS2T et de l'Équipex Figures. Il contribue, en partenariat avec d'autres laboratoires de l'UTC, des partenaires académiques en France et à l'étranger, au développement de l'ingénierie pour la santé, les nanosciences, nanotechnologies, matériaux et nouvelles technologies de production, comme Virtual Physiological Human (VPH), Ambient Assisted Living (AAL) ...

Projets Région Picardie

› Le projet SIMOVI (Simulation des Mouvements du Visage) vise à analyser les mouvements faciaux, c'est à dire la mimique faciale, et à proposer après avoir identifié les mouvements pertinents (représentatifs par leur qualité essentielle dans l'expression et la fonction) une modélisation biomécanique. Ce projet est réalisé en collaboration avec le laboratoire Roberval de l'UTC et l'équipe de chirurgie maxilo-faciale du CHU d'Amiens.

› Le projet TRIM a pour objet la caractérisation multi-échelles du tissu musculaire chez la souris TIEG1, en collaboration avec la Mayon Clinic Foundation (Rochester, NY USA).

Projets ANR

› Le projet FibriDerm développe des réseaux interpénétrés de fibrine pour la construction d'équivalents de peau humaine chez les grands brûlés. Ces matériaux sont capables de servir de support de croissance cellulaire, ils constituent donc une base particulièrement intéressante pour la régénération tissulaire.

› Le projet CCDIM (Cultures Cellulaires Dynamiques Intégrées en Microsystèmes) développe un boîtier de biopuces microfluidiques parallélisées pour des applications industrielles de criblages. Ce boîtier nécessite un réseau d'industriels partenaires qui pourraient, d'une part, intervenir dans les développements du boîtier et d'autre part tester sur sites le boîtier mis en place.

Projet DGA

Le projet Nerval consiste en la réinnervation des tissus cutanés après brûlures. Ce travail devrait permettre d'envisager de nouvelles voies thérapeutiques destinées à induire une repousse axonale fonctionnelle afin de restaurer une sensibilité cutanée satisfaisante.

Projet Européen

Le projet BIOART a pour but le développement d'un prototype de dispositifs de rein artificiel permettant l'élimination prolongée/continue de toxines urémiques. Ce prototype de dispositifs de rein bio-artificiel utilise des cellules épithéliales rénales humaines pour l'élimination des toxines urémiques et l'autre prototype des dispositifs de bioréacteurs pour assurer la viabilité et les fonctions des hépatocytes.

Au travers des investissements d'avenir, le laboratoire développe :

  • La rééducation fonctionnelle, les systèmes biomimétiques, micro-nano biotechnologies comme des organes bioartificiels, pour le Labex MS2T
  • La modélisation biomécanique en vue d'une planification chirurgicale et rééducation fonctionnelle, le développement d'implants, l'ingénierie tissulaire pour la reconstruction osseuse, faciale... dans le cadre de l'Équipex FIGURES
  • L'assemblage des lipides comme les formulations et nanostructures dans le programme de recherche précompétitif Genesys qui vise à déterminer les bases de la bio-raffineire oléagineuse du futur au sein de l'ITE Pivert

Projets ITE Pivert, programme Genesys

› Le projet AMPHISKIN développe, en partenariat avec le laboratoire TIMR de l'UTC, une bioraffinerie à base de plantes oléagineuses qui doit conduire à l'obtention de nouvelles molécules. Pour leurs applications potentielles, il est nécessaire de caractériser leurs propriétés et l'interaction de ces molécules avec différents matériaux, en particulier des surfaces biologiques, reflétant le contact de ces molécules avec la peau.

› Le projet CYCLOVECT a pour objectif d'augmenter l'efficacité de vectorisation de médicaments. Ces travaux contribueront à accroître l'attractivité du programme Genesys vis-à-vis des partenaires industriels intéressés par les propriétés de vectorisation (cosmétique, pharmaceutique, imagerie médicale).

› Le projet GLYCOBIOCIDE-BICAT a pour objectif la synthèse de glycodérivés bicaténaires et l'évaluation de leur potentiel biocide et d'auto-assemblage.

Projet Sorbonne Universités

Le but du projet MecaMusTen est de synthétiser in vitro un modèle de tendon, avec de fortes propriétés mécaniques utilisables en thérapie afin de comprendre la réponse cellulaire aux stimulis mécaniques.

ERM : Elastographie par résonance magnétique

L'homme transparent... C'est peu à peu ce que les physiciens et les médecins vont réussir à atteindre. Démarrée avec les rayons X, l'exploration non invasive du corps humain n'a cessé de s'étendre grâce à l'échographie, au scanner, à l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Sabine Bensamoun, physicienne au sein du laboratoire de BioMécanique et Bio-Ingénierie (BMBI) de l'UTC, s'est passionnée pour la biomécanique sur les tissus osseux et musculaires.

" Je travaille sur des données obtenues en couplant des vibrateurs acoustiques à un appareil d'IRM, explique-t-elle. L'IRM, seule, donne une image anatomique de l'organe. L'Élastographie par Résonance Magnétique donne des indications sur ses propriétés mécaniques. "

" Lors d'une ERM, l'appareil d'IRM enregistre la vitesse de transmission des vibrations émises travers le tissu observé. Plus la vitesse est de, plus le tissu est dur."

Sabine Bensamoun a travaillé deux ans aux États Unis, à la célèbre Mayo Clinic, intéressée par cette technique qui permet d'éviter les biopsies, notamment dans les cancers du foie.

Revenue en France, elle a lancé une étude avec le centre hospitalier de Compiègne pour suivre les malades alcoolo-dépendants. Savoir à quel état de fibrose se trouve le foie aide le médecin à ajuster les traitements.

" Nous sommes également une des premières équipes à avoir publié sur le rein." L'équipe de l'UTC s'est aussi intéressée aux muscles. " Étudier la dureté du muscle quand il se contracte est un moyen de savoir s'il fonctionne normalement. " Des travaux ont démarré avec le soutien de l'Association Française contre la Myopathie, maladie qui atrophie les muscles. " Nous constituons une base de données qui regroupera le comportement musculaire d'enfants sains et d'enfants malades. Le jour où des traitements arriveront, cette base de données permettra de caractériser l'état de la maladie pour chaque patient et d'adapter au mieux la thérapie. Nous allons travailler aussi auprès d'enfant IMC (Infirme Moteur Cérébral) qui souffrent de rétractations des muscles. "

De l'enfant, les études se sont tout naturellement élargies aux adultes, puis aux seniors et au quatrième âge, toujours pour constituer des bases de données. À terme, ce sera un moyen de savoir si les personnes âgées risquent de chuter en raison d'un affaiblissement musculaire non détectable à l'examen clinique.

Toxicologie prédictive

Il ne se passe pas de semaines sans que l'on s'inquiète des effets toxiques sur la santé de telle ou telle molécule. Pour encadrer la mise sur le marché de toute nouvelle substance et rassurer les populations, l'Union Européenne a imposé, en 2006, aux entreprises, via la directive européenne REACH, d'évaluer les risques des substances chimiques qu'elles produisent ou importent. C'est la toxicologie prédictive.

Comment faire ces contrôles ?

" On peut tester la molécule sur l'animal : c'est coûteux et cela pose un problème éthique. On peut aussi réaliser des tests in vitro dans des boîtes de Pétri ou utiliser des modèles mathématiques qui prédisent, à partir d'équations, l'apparition et la disparition de la molécule dans l'organisme. ", explique Éric Leclerc, du laboratoire de BioMécanique et Bio-Ingénierie (BMBI) de l'UTC.  Pour dépasser les limites de ces techniques, l'équipe d'Éric Leclerc a eu l'idée d'utiliser des bioréacteurs qui se présentent sous la forme de petits circuits imprimés dans un bloc polymères.

Au cœur de ces circuits sont disposées des cellules de foie, de rein... " L'objectif est de reproduire la physiologie des tissus et leurs interactions." Le dessin du circuit va changer en fonction des liens que l'on étudie. Une fois le bioréacteur prêt, on y perfuse la molécule étudiée et l'on étudie sa transformation après passage dans les micro-organes, comme un micro-foie, un micro-rein.

Ces bioréacteurs, également appelés biopuces, ont l'avantage d'être proches de la réalité. " Contrairement à leur situation dans les boîtes de Pétri, les cellules enfermées dans les bio réacteurs sont contraintes : elles poussent dans les trois dimensions, souligne Éric Leclerc. Et l'on peut créer des interactions multi-organes. "

Le bioréacteur permet d'alimenter des modèles mathématiques poussés qui limitent d'autant les essais sur les animaux " indispensables pour la validation finale. " On peut aussi jouer sur l'âge des cellules intégrées dans le bioréacteur et y mettre des cellules de fœtus, de jeunes, d'adultes ou de personnes âgées.

" Nous travaillons également avec l'Ineris (Institut national de l'environnement industriel et des risques) pour établir des modèles mathématiques utilisés dans des analyses de pesticides, de perturbateurs endocriniens, de polluants industriels contenus dans des fumées ou dans des solvants. "

Contact

Directrice du laboratoire BMBI
Cécile Legallais
Tél : 03 44 23 46 70 | Contacter par mail

La Recherche à l'UTC

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