Biothermique du cancer

Offre de thèse

Date limite de candidature

15-08-2025

Date de début de contrat

01-09-2025

Directeur de thèse

FUMERON Sébastien

Encadrement

L'encadrement est en présentiel au sein du LPCT, avec une évaluation annuelle par un comité de suivi de thèse. L'avancement des recherches se fera par des publications et la participation à des congrès et des écoles thématiques.

Type de contrat

En emploi à titre principal

Candidater à cette offre

école doctorale

C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE

équipe

contexte

D'après l'OMS, les différentes formes de cancer sont responsables d'un décès sur six dans le monde. Parmi les outils thérapeutiques à disposition, les traitements par hyperthermie, initiés par S. Warren en 1935, figurent parmi les plus polyvalents. Ils consistent à chauffer des cellules malignes au-dessus de leur niveau cytotoxique afin d'induire l'apoptose directe des tumeurs ou de les sensibiliser aux traitements médicamenteux. Toutefois, ce type de protocole doit être extrêmement bien calibré, sous réserve de déclencher des réactions de thermotolérance ou d'endommager les cellules saines environnantes. L'équation de biochaleur proposée par C.K. Pennes en 1948 est l'un des premiers modèles de transferts thermiques dans les tissus biologiques. Initialement conçue pour modéliser les transferts de chaleur dans l'avant-bras humain, c'est une équation de convection-diffusion, paramétrée par des propriétés thermophysiques homogènes, incluant un terme source (métabolisme, dépôt externe d'énergie) et un terme phénoménologique de perfusion, liés aux échanges d'énergie avec le système sanguin. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le prolongement de travaux en cours au sein de l'axe Dynamique et symétrie du LPCT, dont l'expertise en physique statistique est reconnue sur le plan international. Depuis 2022, Sébastien Fumeron (porteur du projet) et Malte Henkel travaillent sur les phénomènes de transport dans les milieux complexes et leurs applications en biophysique. La structure des tissus, les effets de la fractalité et les problèmes de diffusion à mémoire longue ont déjà été fait l'objet de plusieurs publications (Manapany et al, CMP, 2023 ; Fumeron, Henkel, López, CQG, 2023; Manapany, Fumeron, Henkel, JPA, 2024), d'une communication en congrès (StatPhys, Tokyo 2023) et continuent d'être activement étudiés. Cette thématique a fait l'objet de trois encadrements d'étudiants : L Didier (M2, 2022), A Manapany (thèse 2024), MO Fajardo (actuellement en M1 Erasmus). Le présent projet fait l'objet d'une collaboration avec Alexander López, enseignant-chercheur en physique mathématiques à l'ESPOL (Guayaquil, Equateur) et Erms Pereira, enseignant-chercheur en physique de la matière molle à l'UFPB (Recife, Brésil). A moyen terme, l'objectif de ce programme de recherche est d'utiliser nos modèles pour faire de la dosimétrie, c'est-à-dire déterminer les niveaux d'hyperthermie et les temps d'exposition adaptés à l'ablation complète d'un tissu cancéreux donné afin d'éviter les récidives et les effets de thermorésistance.

spécialité

Physique

laboratoire

LPCT - Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques

Mots clés

Biophysique, Diffusion anormale, Fractales, Calcul fractionnaire, Thermothérapie

Détail de l'offre

Le projet de thèse porte sur les transferts de chaleur dans les tissus biologiques cancéreux (thermothérapie). Dans un premier temps, il s'agira de résoudre l'équation de la biochaleur fractionnaire en incluant la structure fractale des tissus en régime non-Fourier (voie théorique et numérique). Dans un second temps, le travail portera sur une description fine de la perfusion, en incluant les couplages du système sanguin avec la température (vasodilatation) et les changements de morphologie consécutifs à l'angiogenèse

Keywords

Biophysics, Anomalous diffusion, Fractals, Fractional calculus, Thermotherapy

Subject details

The thesis project focuses on heat transfer in cancerous biological tissues (thermotherapy). First, the fractional bioheat equation will be solved by including the fractal structure of tissues in the non-Fourier regime (theoretical and numerical approach). Second, the work will focus on a detailed description of perfusion, including the coupling of the blood system with temperature (vasodilation) and the morphological changes resulting from angiogenesis.

Profil du candidat

Ce sujet de doctorat, à l'intersection de la biophysique et de la physique mathématique, s'inscrit dans le prolongement des travaux en cours au LPCT. Il nécessite de bonnes compétences en physique mathématique, en physique des transferts et idéalement en biophysique. Le/la candidate devra également avoir des compétences en programmation afin d'utiliser les logiciels déjà existants au sein de l'équipe (Mathematica, Python)

Candidate profile

This PhD subject, at the intersection of biophysics and mathematical physics, is an extension of the ongoing work at LPCT. It requires solid skills in mathematical physics, transport phenomenon, and ideally, biophysics. The candidate must also have programming skills to use the team's existing softwares (Mathematica, Python).

Référence biblio

1. Ferrás, L. L., Ford, N. J., Morgado, M. L., Nóbrega, J. M., Rebelo, M. S. (2015). Fractional Pennes' bioheat equation: theoretical and numerical studies. Fractional Calculus and Applied Analysis, 18, 1080-1106.

2. Fumeron, S., Henkel, M., Lopez, A. Bioheat regimes in fractal-based models of tumors. Submitted. HAL : hal-04997496.

3. Manapany, A., Fumeron, S., Henkel, M. (2024). Fractional diffusion equations interpolate between damping and waves. Mathematical and Theoretical, 57(35), 355202.

4. Manapany A., Didier L., Moueddene L., Berche B., Fumeron, S. (2024). Differential geometry, a possible avenue for thermal ablation in oncology. Condensed Matter Physics 27 (3), 3320.