Biomécanique et bioingénierie (BMBI) – UMR CNRS 7338

Le laboratoire Biomécanique et bioingénierie (BMBI) mène ses recherches en ingénierie pour la santé en déployant des approches de biomécanique et de bioingénierie. Avec pour leitmotiv "comprendre pour faire", le laboratoire puise sa spécificité dans la pluridisciplinarité, qui lui confère une vision système des sujets d'étude.

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Objectifs

À l'époque du patient connecté et/ou implanté, le rôle de BMBI, avec ses 30 ans d'expérience, est de promouvoir la recherche technologique en santé, en intégrant en amont les attentes des usagers (patients, cliniciens). Cette démarche se décline en 3 objectifs :

répondre à des questions médicales (prévention, traitement, diagnostic) associés aux systèmes musculo-squelettique, cardio-vasculaire et métabolique.
personnaliser le traitement et la thérapie, grâce à des modélisations adaptées au patient.
réparer le "vivant" par des moyens (bio)artificiels ou biomimétiques.

Équipes, axes et thèmes de recherche

Les activités de recherche sont regroupées autour de 3 équipes thématiques couvrant les différentes échelles (nano‑, micro- et macroscopiques jusqu'au corps entier) :

Cellules biomatériaux bioréacteurs (C2B),
Interaction fluides structures biologiques (IFSB),
Caractérisation et modélisation personnalisée du système musculo-squelettique (C2MUST).

Des projets inter-équipes sont menés dans le cadre du programme transversal Biomécanique des systèmes biomimétiques et bioinspirés (BSB²).

Deux méta-plateformes (CARMOD – caractérisation et modélisation – et INGESYSBIO – ingénierie des systèmes biologiques) permettent de mettre en œuvre les modèles expérimentaux et numériques adaptés.

Au centre d'innovation sont installées la plateforme Technologie Sport Santé (TSS) et l'appartement connecté de la chaire e‑BioMed (outils biomédicaux connectés pour la télémédecine).

Valorisation

Brevets : 13 familles (dont au moins un membre est actif)
Création d'entreprises : Bio2M (2002), BioParhom (2008), Orthonova (2013)

Partenariats

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, les nanotechnologies, les matériaux et nouvelles technologies de production, comme Virtual Physiological Human (VPH), Ambient Assisted Living (AAL)…

Partenariats académiques

Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre national d'études spatiales (CNES), Institut national de l'environnement industriel et des risques (INERIS), Institut national de la recherche agronomique (INRA), Institut national de la santé et de la recherche médicale (INSERM), Institut polytechnique UniLaSalle Beauvais, université de Picardie Jules Verne, université Lille 1 (USTL), Sorbonne Université, université Paris 13…

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 la COMUE Sorbonne Université.

Partenariats internationaux

Europe (Allemagne, Autriche, Belgique, Espagne, Hongrie, Islande, Italie, Pays-Bas, Royaume-Uni), Liban, États-Unis (Tufts, MIT, NorthEastern, Boston), Brésil, Chili, Canada (Waterloo), Japon (IIS Tokyo)…

Partenaires hospitaliers

CH Compiègne, Polyclinique Saint Côme, CHU Amiens, Groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière-Charles Foix, Centre hépato-biliaire (Villejuif), Henri Mondor, Mayo Clinic (États-Unis)…

Partenariats industriels

Echosens, Thor Personal Care, Kinestesia, Guerbet, ANSYS, SEGULA Technologies, Legrand…

Partenariats privés

AFM, Ligue contre le cancer, SATT Lutech…

Pôles de compétitivité

Cap Digital, UP-TEX, Medicen

Projets de recherche

Programmes européens

ERC, FP7, PEOPLE ITN ( Initial Training Networks), ERA-NET ERASysbio, EuroNanoMed III, EUROSTARS, EIT Health.

Projets soutenus dans le cadre des programmes d'investissements d'avenir (PIA)

> Idex SUPER

Co-fondateur de l'Institut universitaire d'ingénierie en santé (IUIS). Projets exploratoires ayant débouché sur des soutiens SATT ou projets ANR.
Chaire e‑Biomed (outils biomédicaux connectés pour la télémédecine) initialement financée par l'Idex, pérennisée par l'UTC.
Projets transversaux "Émergence".

> Labex MS2T (Maîtrise des systèmes de systèmes technologiques)

Ingénierie pour la santé (modélisation in silico et in vitro, rééducation fonctionnelle, systèmes biomimétiques, micro- et nano- biotechnologiques, organes artificiels).

> RHUllite (Innovations in liver tissue engineering) porté par le DHU Hépatinov.

Développement de biopuces hépatiques et d'un foie extracorporel.

> Équipex Figures (Facing Faces Institut GUiding Research), porté par le service de chirurgie maxillo-faciale (CHU Amiens)

Modélisation biomécanique en vue d'une planification chirurgicale et rééducation fonctionnelle, développement d'implants, ingénierie tissulaire pour la reconstruction faciale…

Programmes ANR

Innovation biomédicale, TecSan (Technologies pour la santé), DGA, JCJC.

Projets régionaux

Ces projets sont en lien avec les thématiques Ingénierie et Technologies pour la santé.

Zoom sur deux projets

L'homme transparent… C'est peu à peu l'objectif 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 bioingénierie (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 rapide, plus le tissu est dur"

Sabine Bensamoun a travaillé deux ans aux États Unis, au sein de 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'enfants IMC (infirmes moteurs cérébraux) qui souffrent de rétractations des muscles."

Des enfants, 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.

Il ne se passe pas une semaine 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 bioingénierie (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 de 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.