IDENTIFICATION DU COMPORTEMENT MÉCANIQUE DE

IDENTIFICATION DU COMPORTEMENT MÉCANIQUE DE CELLULES OSSEUSES À PARTIR D'INDENTATION AFM.
Cécile Granjard
PFE 2006/2007 ­ Master Mécanique et Ingénierie – Modélisation et Simulation Numérique
Professeur responsable : M. Drapier – Responsable LBTO INSERM : Mme. Vico.
Introduction : Après le bouleversement des matériaux traditionnels par les matières plastiques et composites dans la seconde moitié du XXe siècle, des matériaux dits « intelligents » ont été développés afin de s’adapter au mieux et en permanence à des environnements de plus en plus spécifiques. Ces nouveaux matériaux trouvent de nombreuses applications dans le domaine des biomatériaux actuellement en cours d'étude. Les biomatériaux sont des implants caractérisés par leur destination qui impose des exigences évidentes de biocompatibilité. Objectifs : Biomatériaux étudiés : hydroxyapatites / hydroxyapatite Identifier le comportement mécanique de cellules osseuses cultivées sur différents types de biomatériaux support, dans le but de classer ces types de biomatériaux par rapport à l'adhésion cellulaire.
spécialisées permettant la formation du tissu osseux).
silicatée / hydroxyapatites carbonatée / TA6V (matériaux utilisés pour la réalisation de prothèses).
Cellules étudiées : ostéoblastes MG­63 (cellules Méthodologie : ­ Réalisation d'essais d'indentations AFM (protocole d'essais).
­ Création de modèles numériques (simulations Zébulon).
­ Identification par méthode inverse des paramètres mécaniques (méthode de Levenberg­ Marquardt).
Résultats expérimentaux
2
1,75
Principe de fonctionnement du microscope à force Force en [nN]
atomique.
Courbe force­déplacement
1,5
Identification par méthodes 1,25
inverses des paramètres 1
0,75
mécaniques des modèles.
0,5
0,25
0
­0,25
­3,5
­3
­2,5
­2
­1,5
­1
­0,5
0
0,5
1
Position du piezo [µm]
Premier modèle : indentation d'un plan élastique par un cône Résultats numériques
Modèle numérique de la cellule à deux compartiments : rigide (modèle de Hertz / Sneddon).
Deuxième modèle : indentation du modèle à deux compartiments (membrane élastique / cytoplasme viscoélastique). cytoplasme + membrane
Conclusion : ­ Obtention d'une bonne corrélation entre les résultats numériques et expérimentaux.
­ Impossibilité de classer les différents types de biomatériaux support : paramètres mécaniques des cellules assez équivalents quelque soit le type de biomatériaux support et écart­type trop important.
Perspectives :
­ Utilisation d'autres méthodes expérimentales: microscope AFM en atmosphère confinée, nanoindenteur, microplaques.
­ Amélioration du modèle numérique de la cellule: prise en compte des différents organites (noyau, cytosquelette).