Conception d’endoprothèses maxillo-faciale régénératrice en biomatériau par impression 3D avec gradient contrôlé de résorbabilité

Contexte et motivation :

Les techniques de régénération des tissus osseux suscitent un vif intérêt en chirurgie maxillo-faciale. L’utilisation de prothèses résorbables, imprimées en 3D à partir de polymères biocompatibles, permet d’accélérer la guérison et de réduire le nombre d’interventions. L’impression 3D offre la possibilité de personnaliser la prothèse en fonction de la pathologie et de la morphologie du patient. Ces prothèses sont généralement constituées de structures poreuses aux morphologies spécifiques, favorisant la colonisation par le tissu osseux tout en contrôlant la dégradation du polymère. Le processus de régénération osseuse peut être encore optimisé en introduisant des gradients de porosité. L’un des enjeux majeurs consiste à définir ces gradients tout en tenant compte des contraintes liées au procédé d’impression 3D, en lien avec le choix et les propriétés des polymères biocompatibles, dans un contexte de personnalisation des prothèses.

Ce sujet de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR 3DP-ARbio (réf. : 24-CE51-2151), porté par un consortium de quatre laboratoires de recherche : ITheMM et BIOS de l’Université de Reims Champagne-Ardenne, LASMIS de l’Université de Technologie de Troyes, et LGPM de CentraleSupélec – Université Paris-Saclay.

Objectifs et résultats attendus :

La finalité de cette thèse est de proposer une démarche de définition d’une prothèse personnalisée tenant compte des spécifiés du patient et du procédé d’obtention. Cela passera par la définition d’une démarche d’ingénierie numérique permettant de conception les formes et la structure interne de la prothèse et de simuler jusqu’à la fin du cycle d’ostéo intégration le comportement de la prothèse.

Démarche et méthodologie :

Au sein d’une équipe projet, ce travail de recherche s’appuiera sur une démarche expérimentale visant à caractériser les propriétés des matériaux ainsi que les capacités des procédés d’impression. Cette approche sera couplée à une modélisation du comportement mécanique du matériau imprimé et de la prothèse, en tenant compte de sa structure interne. Des techniques d’optimisation topologique seront mises en œuvre, intégrant les contraintes liées aux gradients de morphologie des porosités, telles qu’identifiées à partir de tests de culture de tissus osseux in vitro réalisés dans un bioréacteur soumis à un chargement mécanique.

La vocation du LASMIS est de développer des recherches au haut niveau dans le domaine de la mécanique, des matériaux et des procédés pour répondre à deux enjeux sociétaux forts sur la transition énergétique et les systèmes de transport. Les chercheurs et enseignant-chercheur travaillent sur la compréhension fine des modes d’endommagement des matériaux, l’élaboration de nouveaux matériaux fonctionnalisés, les méthodes de caractérisation multi-échelles, la maitrise des procédés associés à leur élaboration ou leur transformation, la modélisation et la simulation numérique avancées pour optimiser la durabilité et l’efficacité des composants critiques. Ces travaux permettent de faire lien entre les paramètres liés aux procédés d’élaboration et de transformation, les paramètres microstructuraux du matériau et les propriétés fonctionnelles pour optimiser les démarches industrielles d’ingénierie dans le domaine du nucléaire, de l’aéronautique et de l’automobile. En collaboration étroite avec le CEA, le LASMIS porte le Laboratoire de Recherche Correspondant NICCI (Nogent International Center for Coating Innovation), vecteur de recherche et d’innovation dans les domaines des matériaux en couches minces pour l’énergie.

Vous êtes motivé(e), très curieux(se) et avez le goût des défis intellectuels. Titulaire d’un master ou d’un diplôme d’ingénieur dans le domaine de la mécanique, vous disposez de solides connaissances en mécanique des matériaux et des structures. Vous maîtrisez déjà les outils de l’ingénierie numérique, tels que la modélisation géométrique 3D, la simulation numérique par éléments finis, ainsi que les calculs scientifiques dans l’environnement Python. Vous possédez également une expérience en expérimentation, notamment en essais mécaniques, et idéalement dans le domaine de la fabrication additive avec des matériaux polymères.