Doctorant (H/F): Optimisation d'impressions 3D de matrices fibrillaires pour la biologie grâce à des mo

Sujet de thèse :
Nous recherchons en priorité des profils avec des compétences et connaissances en génie mécanique, simulation numérique et fabrication additive. Une formation supplémentaire en micro-nanofabrication est un avantage mais n'est pas requis.

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La production de biomatériaux (ou scaffolds) pour la culture de cellules est un enjeu important en biotechnologie. Le biomatériau est à la base des modèles in-vitro innovants, permettant la culture en 3D de cellules pour des thérapies cellulaires, des études fondamentales en biologie ou le développement de modèles de tissus pour l’étude de thérapies limitant les expériences animales.

Dans ce projet de thèse, nous proposons de développer de nouveaux scaffolds fibrillaires similaires à la matrice extracellulaire de collagène (MEC), de les caractériser et prédire leurs propriétés mécaniques et leurs architectures. En effet, les cellules dans ou sur un biomatériau sont sensibles à ses propriétés biochimiques, à son architecture (organisation de fibres, taille de pores) et à ses propriétés mécaniques (élasticité et viscosité). Décorréler l’influence de l’architecture et de la mécanique est difficile ; les biomatériaux sont habituellement des hydrogels dont la concentration fait varier simultanément ces paramètres.
Nous développons depuis trois ans (thèse de Ianis Drobecq) des scaffolds constitués de fibres sub-micrométriques par impression 3D bi-photonique (imprimante Nanoscribe) de résine acrylate, ayant des diamètres autour du micromètre et des propriétés mécaniques proche des fibres de collagène constituant la matrice extracellulaire. Leur diamètre et organisation sont contrôlables (= architecture et porosité) et leur propriétés mécaniques sont dépendantes de la densité de liaisons entre ces fibres. Ainsi, nous prévoyons une thèse sur 3 axes principaux en collaboration avec Florian Bugarin (EF), Vincent Velay (loi de comportement des matériaux) et Stéphane Segonds (fabrication additive) de l’Institut Clément Ader:
- La fabrication de ces scaffolds et leur caractérisation mécanique par l’analyse d’images 3D obtenues lors de test de stimulation mécanique.
- Le développement de jumeaux numériques par éléments finis permettant la prédiction des propriétés mécaniques et de l’architecture des scaffolds.
- Le design automatisé de biomatériaux fibrillaires ayant les propriétés recherchées (porosité, densité de fibres, élasticité, viscosité).

Le 1er axe du projet de thèse serait de prendre le relais de Ianis Drobecq sur la fabrication de ces scaffolds. Afin d’obtenir de faibles rigidités tout en gardant une plus grande densité de fibres (et ainsi découpler porosité et mécanique), le candidat développera des scaffolds avec moins de liaisons voire avec des fibres mobiles. A partir de ces réalisations, des cartes de propriétés mécaniques (élasticité
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