Mechano-biology of tumor growth with the aim of clinical : applications, a reactive multiphase poromechanical approach

Ce travail est basé sur le modèle poromécanique multiphasique développé par Sciumè et al. depuis 2013. Un système poreux est modélisé par un solide poreux saturé par deux ou trois phases fluides, le fluide interstitiel, les cellules saines et les cellules tumorales respectivement. Ces fluides ont leur propres lois constitutives développées par les mêmes auteurs. Ce système poreux reproduit un tissu vivant par l’addition d’espèce chimique réactive, nommées nutriments, mais seul l’oxygène est explicitement considéré. En effet, un manque aigu d’oxygène – ou hypoxie – dû à la prolifération des cellules tumorales provoque leur nécrose et change les propriétés de ces cellules. Ce modèle fut amélioré en 2014 par les mêmes auteurs avec l’addition d’un solide poreux déformable, permettant ainsi la modélisation des interactions entre la matrice extra-cellulaire et les cellules tumorales. Le modèle fut évalué qualitativement avec les expériences in vitro et des coupes histologiques, montrant des résultats prometteurs. De plus, en changeant la phase tumorale par une phase non-proliférative dans des conditions d’hypoxie, ce modèle put reproduire qualitativement les mécanismes du pied diabétique. Ainsi, ce modèle a prouvé son potentiel dans la modélisation du cancer et sa transportabilité vers d’autres pathologies.Le but de cette thèse fut la traduction de ce modèle dans un contexte clinique. Nous commençâmes par une large revue de littérature sur les applications de la mécanique dans l’oncologie clinique. Nos recherches furent guidées par deux questions : quels phénomènes mécaniques sont d’intérêt cliniques ? Si oui, comment peut-on les traduire par une modélisation mécanique ? Pour la première question, nous sélectionnâmes l’inhibition mécanique de la croissance tumorale et, comme conséquence des interactions avec le stroma, l’initiation mécanique du changement de phénotype. Pour la seconde, nous choisîmes la modélisation informée par imagerie, mis au point par Swanson et al. en 2002, augmenté par Yankeelov et al. en 2013 et depuis lors largement utilisé. La première année de thèse fut occupés à valider quantitativement le modèle avec l’expérience in vitro d’Alessandri et al., appelée technologie d’encaspulation cellulaire. Ces premiers résultats en main, le centre de neuro-imagerie de Toulouse et le neurochirurgien Dr. Lubrano nous firent l'honneur d'acceper de collaborer avec nous. L’application clinique choisie fut la modélisation de cas non-opérable de glioblastom