Optimisation topologique numérique du design de scaffolds pour l’ingénierie tissulaire basé sur un modèle de croissance tissulaire à champ moyen (phase-field model)

Le LBA est une Unité Mixte de Recherche Université Gustave Eiffel/Aix-Marseille Université composée de 70 collaborateurs. Implantée au cœur de la Faculté des Sciences Médicales et Paramédicales, sur le Campus Hospitalo-Universitaire Nord, la singularité du Laboratoire de Biomécanique Appliquée provient de l’approchel’approche pluridisciplinaire et transversale qui réunit ingénieur et Médecins.

La ligne de recherche qui fédère le Laboratoire est centrée sur  l’Homme Virtuel, à la fois pour comprendre les traumatismes, les prévenir et les réparer que pour mieux soigner le corps humain. Elle mobilise des approches pluridisciplinaires entre sciences de la vie et sciences pour l’ingénieur avec des expertises fortes en biomécanique, physiologie, anatomie, imagerie, mécanique, informatique.

Cette stratégie scientifique se décline en deux axes de recherche appliquée complémentaires :

Biomécanique du traumatisme qui renvoie aux enjeux de compréhension des traumatismes, de prévention, de prise en charge et de réparation d’une lésion,

Biomécanique et thérapeutique qui est utile pour concevoir des dispositifs médicaux innovants, pour planifier, pour quantifier l’évolution de certaines pathologies et enfin contribuer à former aux techniques chirurgicales.

Ce stage a pour objectif de développer une méthode d'optimisation topologique pour le design de scaffolds biomédicaux, des structures tridimensionnelles utilisées pour guider et soutenir la régénération tissulaire en ingénierie tissulaire. La méthode s'appuiera sur un modèle à champ moyen (phase-field model) de croissance tissulaire pour intégrer les phénomènes biologiques et mécaniques intervenant dans le processus de réparation tissulaire.

L'approche permettra :

• D’optimiser la structure des scaffolds pour maximiser leur efficacité dans le soutien et la croissance tissulaire.
• De simuler et d’évaluer les performances des designs générés en fonction des contraintes biologiques (diffusion de nutriments, interactions cellule-matériau) et mécaniques (stabilité, porosité, résistance).

Missions principales :

1. Recherche bibliographique :
   • Identifier les modèles à champ moyen pertinents pour décrire la croissance tissulaire.
   • Étudier les méthodes d’optimisation topologique et leurs applications dans les biomatériaux.
2. Développement et implémentation du modèle :
   • Mettre en place un modèle numérique (phase-field model) pour simuler la croissance tissulaire dans des scaffolds.
   • Intégrer les contraintes biologiques (diffusion de nutriments) et mécaniques (sollicitations externes).
3. Optimisation topologique :
   • Implémenter une méthode d’optimisation pour déterminer les géométries de scaffolds maximisant la croissance et la stabilité tissulaire.
   • Utiliser des outils numériques (COMSOL, Abaqus, Python, MATLAB ou équivalent) pour la simulation et l’optimisation.
4. Simulation et analyse des résultats :
   • Tester les performances des scaffolds optimisés à travers des simulations paramétriques.
   • Comparer les résultats obtenus avec des géométries standards pour valider les gains en efficacité.

• Formation : Étudiant(e) en dernière année d’école d’ingénieurs (Mécanique, Biomécanique, Génie Médical) ou en Master 2 (Simulation Numérique, Sciences des Matériaux).
• Compétences techniques :
  • Connaissances en mécanique des milieux continus, mécanique des biomatériaux, et simulation numérique.
  • Expérience avec les outils d’optimisation et/ou de simulation numérique (COMSOL, Abaqus, ANSYS, ou équivalent).
  • Notions en programmation (Python, MATLAB, ou équivalent).
• Qualités personnelles :
  • Esprit analytique, rigueur scientifique, et créativité pour proposer des solutions innovantes.

Capacité à travailler dans un environnement pluridisciplinaire combinant mécanique, biologie, et simulation numérique.

Le(la) stagiaire sera intégré(e) à une équipe pluridisciplinaire combinant des expertises en biomécanique, simulation numérique, et ingénierie tissulaire. Le stage offrira une opportunité unique d’interagir avec des chercheurs spécialisés dans la modélisation des biomatériaux et l’ingénierie tissulaire.

Ce stage a vocation à se poursuivre en thèse.

Par ce stage vous avez la possibilité de vous inscrire dans une carrière scientifique dans un domaine scientifique porteur, autour d'un enjeu de santé publique et avec des applications industrielles.