L'ostéosarcome est une tumeur osseuse primitive qui survient principalement chez les adolescents et les jeunes adultes. Le taux de survie à 5 ans est de 70% et chute à 25% pour les patients présentant des métastases ou ne répondant pas au traitement. Les stratégies thérapeutiques n'ont pas évolué depuis plus de trois décennies et de nouveaux développements sont nécessaires pour améliorer la prise en charge spécifique des patients.
Ce type de tumeurs présente de fortes hétérogénéités spatiales dans la micro-architecture osseuse, la densité cellulaire mais aussi dans la réponse au traitement en raison de l'effet potentiellement localisé de la chimiothérapie. Compte tenu des populations cellulaires impliquées dans l'évolution de cette tumeur, on suppose l'ostéosarcome sensible aux effets mécaniques se produisant à diverses échelles spatiales. À l'échelle du tissu, les ostéosarcomes présentent principalement trois phases (cellules, matrice extracellulaire minéralisée et non minéralisée) et peuvent être considérés comme un milieu poreux hautement hétérogène.
Nous proposons une méthode de changement d'échelles cohérente pour caractériser les propriétés mécaniques de milieux poreux très hétérogènes comme l'ostéosarcome. Grâce à cette approche, les propriétés mécaniques et les paramètres biologiques peuvent être corrélés. Il est alors possible d'obtenir de nouvelles informations quantitatives sur les tumeurs osseuses à partir des images de suivi des patients et potentiellement d'obtenir des marqueurs (mécano-biomarqueurs) utiles pour un futur traitement spécifique au patient.
Les résultats sur une petite cohorte montrent par exemple que la réponse au traitement peut être corrélée à la micro-architecture de l'ECM minéralisé ainsi qu'à ses propriétés mécaniques.
Outre son exploration sur les ostéosarcomes, la méthodologie développée dans cet thèse est générique et pourrait être adaptée à différentes physiques ainsi qu'à d'autres types de cancers dans lesquels la production de la matrice extracellulaire joue un rôle important. |
Osteosarcoma is a primary bone tumour that occurs mainly in adolescents and young adults. The survival rate at 5 years is 70% and drops to 25% for patients with metastases or poor responders to treatment. Therapeutic strategies have not evolved for more than three decades and new developments are needed to improve the specific management of patients.
This type of tumours show strong spatial heterogeneities in bone micro-architecture, cell density but also in the response to treatment due to the potentially localised effect of chemotherapy. Because of the cell populations involved in the evolution of this tumor, it is supposed that osteosarcoma is highly sensitive to the mechanical effects occurring at various spatial scales. At the tissue scale, osteosarcoma exhibit principally three phase (cells, mineralized and non-mineralized extra-cellular matrix) and can be seen as a highly heterogeneous porous medium.
We propose a consistent upscaling method to characterize the mechanical properties of highly heterogenous porous media such as osteosarcoma. Through this approach, mechanical properties and biological parameters can be correlated. It is then possible to obtain new quantitative mecano-biological information on bone tumours from patients follow-up images and potentially to obtain markers useful in patient-specific treatment management.
Results on a small cohort show for instance that response to treatment may be correlated to mineralized ECM micro-architecture and mechanical properties.
Beside its exploration on osteosarcomas, this approach enables one to search for new biomechanical markers from clinical images. Indeed, the methodology developed in this thesis is generic and could be adapted for different physics and for other types of cancers in which the extracellular matrix production plays a significant role. |