Thèse - IRPHé // Modélisations biomimétiques des dissections aortiques

Sujet: Modélisations biomimétiques des dissections aortiques et marqueurs biomécaniques

Responsables : Carine Guivier-Curien (PU AMU) & Valérie Deplano (DR CNRS)
Laboratoire : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre, IRPHE, UMR7342, Marseille
Axe : Systèmes Vivants et Bio-inspirés
Site web : irphe.univ-amu.fr/
Date limite de candidature : Mai 2025
Contacts : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. ; Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. 

Contexte clinique
Une dissection aortique est une pathologie vasculaire affectant l’aorte thoracique. Elle se caractérise par l’apparition d’une brèche dans la paroi aortique conduisant à la formation d’un second chenal de circulation en regard de la lumière artérielle (Figure 1). Les deux chenaux sont ainsi séparés par une paroi mobile appelée flap. On observe ainsi un remodelage progressif plus ou moins rapide de la paroi artérielle pouvant conduire à une distension de l’aorte. Du thrombus, produit de la coagulation sanguine, peut également obstruer partiellement ou totalement le second chenal de circulation.
A terme, le risque majeur encouru est la rupture de l’artère qui s’avère mortelle sans une intervention en urgence. Pour anticiper au mieux toute évolution défavorable pouvant conduire à la rupture, les patients sont suivis régulièrement par imagerie médicale (IRM et/ou CT-scan).
Des critères principalement morphologiques et épidémiologiques (diamètre maximal, perméabilité du second chenal, …) permettent aujourd’hui d’estimer l’évolution de la pathologie et par suite d’aider à la décision thérapeutique avec principalement la pose d’une endoprothèse. Cependant, à l’heure actuelle, ces critères ne sont pas suffisamment discriminants pour déterminer précocement le risque d’une évolution défavorable. Prendre en compte les spécificités morpho-biomécaniques de chaque patient et mieux anticiper pourraient permettre une prise en charge clinique optimale.

Objectifs 
L’objectif à long terme de cette recherche est d’apporter de nouveaux indicateurs plus fiables et plus précocement quantifiables au travers d’études biomécaniques du remodelage de l’aorte pathologique. On cherchera à mettre en évidence des corrélations entre morphologie, hémodynamique et comportement mécanique de l’aorte pour un outil diagnostic simple et rapide à disposition des cliniciens. Plus précisément, il s’agira de mettre en place des modélisations numériques biomimétiques de la pathologie à partir de données quantitatives obtenues par imagerie médicale. Des modélisations intégrant les interactions fluide-structure (IFS) ont déjà été mises en œuvre dans notre groupe (1). Elles présentent cependant l’inconvénient majeur d’un temps de calcul relativement long pour être utilisable en clinique. Par ailleurs, l’implémentation des propriétés mécaniques de la paroi aortique dans ces modélisations est rarement patient-spécifique. Pour répondre à ces deux problématiques, nous avons développé une approche en déplacement imposé pour nous affranchir du couplage entre le fluide et la structure (2) et proposer une modélisation biomimétique de la pathologie. Le protocole proposé s’appuie sur le traitement d’images IRM à partir desquelles on reconstruit les mouvements de l’aorte au cours du temps avant de les imposer comme conditions aux limites dans un modèle numérique CFD (Computational Fluid Dynamics), réduisant le problème à la résolution des équations de Navier-Stokes.Les développements menés ont montré la faisabilité et la validité du protocole établi sur des volontaires sains et des patients présentant un anévrisme thoracique. De nouveaux développements intégrant notamment du traitement d’images, sont à produire pour adapter ce protocole à des dissections aortiques et à l’intégration du flap comme paroi mobile dans l’écoulement.On focalisera plus précisément le travail sur (i) l’intégration des données CT-scan pour obtenir une géométrie de référence mieux résolue que l’imagerie IRM et (ii) l’adaptation de la méthode des « déplacements imposés » à l’intégration du thrombus dans les modèles CFD. On s’appuiera pour cela sur les travaux de thèse menés dans l’équipe sur la caractérisation de la microstructure 3D de thrombus et les valeurs de perméabilité obtenues aux échelles macroscopique et microscopique (3, 4).

Profil du candidat.e
Le/la candidat.e devra avoir des connaissances académiques dans les champs disciplinaires relatifs au sujet: mécanique des fluides et des structures, biomécanique, modélisation numérique. Il/elle devra avoir une appétence avérée pour l’interdisciplinarité et maîtriser des outils de CFD et de calculs scientifiques.

Candidature
Les candidat(e)s devront transmettre par mail aux responsables, leur dossier qui sera composé d’un Curriculum Vitae, d’une lettre de motivation, des relevés de notes de master (M1 et M2) et d’une lettre de recommandation d’un stage antérieur. La thèse débutera au 1er octobre 2025.

Financement de thèse 
Bourse Ecole doctorale ED 353 demandée

Références
1. Deplano et al, (2024) Fluid Structure Interaction in aortic dissections in Biomechanics of the Aorta: Modelling for Patient Care. Elsevier Science, Editors T.C. Gasser, S. Avril, J.A. Elefteriades. [url] hal.science/hal-04232191 [/url]
2. Baudouard et al. (2025) Assessing the displacement of thoracic aortic aneurysms with magnetic resonance imaging for a biomimetic numerical modeling. preprint: www.researchsquare.com/article/rs-6157089/v1
3. Léonet et al, (2025) Morphological and Mechanical Characterization of Thrombi in Abdominal Aortic Aneurysms. Accepted in Heliyon. Preprint [url] hal.science/hal-04999007 [/url]
4. Léonet et al, (2025) Aortic thrombi microstructure through contrast-enhanced X-ray microtomography. Accepted in Scientific Reports. Preprint hal.science/hal-04999047