IDENTIFICATION DU COMPORTEMENT MÉCANIQUE DE

Modèle numérique de la cellule à deux compartiments :
cytoplasme + membrane
Principe de fonctionnement du microscope à force
atomique.
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 :
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.
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
Résultats numériques
Identification par méthodes
inverses des paramètres
mécaniques des modèles.
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 écart-type 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).
-3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1
-0,25
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
Position du piezo [µm]
Force en [nN]
Courbe force-déplacement
Biomatériaux étudiés : hydroxyapatites / hydroxyapatite
silicatée / hydroxyapatites carbonatée / TA6V (matériaux
utilisés pour la réalisation de prothèses).
Cellules étudiées : ostéoblastes MG-63 (cellules
spécialisées permettant la formation du tissu osseux).
Premier modèle : indentation d'un plan élastique par un cône
rigide (modèle de Hertz / Sneddon).
Deuxième modèle : indentation du modèle à deux
compartiments (membrane élastique / cytoplasme
viscoélastique).