Imagerie ultrasonore quantitative des tumeurs cancéreuses : identification des sources de diffusion à l’échelle cellulaire

Les ultrasons quantitatifs (QUS) constituent une approche non-invasive prometteuse pour caractériser la microstructure tumorale et surveiller la réponse tumorale aux thérapies anticancéreuses. La technique QUS basée sur la mesure du coefficient de rétrodiffusion (en anglais backscatter coefficient, BSC) repose sur une approche par problème inverse : le BSC mesuré est ajusté à un modèle théorique de diffusion afin d’estimer des paramètres QUS. Ces paramètres QUS permettent de fournir des informations sur la microstructure (i.e., taille, concentration acoustique et arrangement spatial des diffuseurs), à condition que le modèle de diffusion soit approprié. Cependant, une question fondamentale reste ouverte : quelles structures cellulaires contribuent principalement à la rétrodiffusion ultrasonore dans les tumeurs : les noyaux ou les cellules entières ? Cette question est importante, car le choix du modèle de diffusion dépend des sources de diffusion considérées : un modèle adapté aux milieux dilués si les noyaux sont les principales sources de diffusion, ou un modèle adapté aux milieux concentrés si les cellules entières sont considérées [1, 2].

L’objectif de ce stage est d’identifier les principales sources de diffusion ultrasonore au sein de modèles tumoraux in vitro, en étudiant des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 dans différents états pathologiques : viables, sénescentes, apoptotiques ou nécrotiques.

Le projet combinera des approches expérimentales et numériques complémentaires :
•    Ultrasons à haute fréquence : pour mesurer le coefficient de rétrodiffusion (BSC) sur des culots cellulaires et des sphéroïdes tumoraux, dans une large gamme de fréquences allant de 10 à 100 MHz.
•    Microscopie à deux photons : pour caractériser en 3D l’organisation spatiale des cellules et des noyaux, en collaboration avec Sham Tlili à l’IBDM - Marseille.
•    Simulations numériques : pour simuler la propagation des ondes ultrasonores dans les modèles tumoraux à partir de cartes d’impédance acoustique construites à partir de la segmentation des images de microscopie à deux photons, et prédire le BSC selon une approche de problème direct.

La confrontation des BSC mesurés et simulés permettra d’identifier les principales sources de diffusion ultrasonore et d’évaluer l’influence de l’état cellulaire sur la signature ultrasonore des modèles tumoraux. Ces résultats contribueront au développement de modèles de diffusion plus adaptés et à l’estimation de paramètres QUS directement reliés à la microstructure cellulaire. À terme, ces travaux contribueront au développement de nouveaux biomarqueurs ultrasonores pour caractériser les tumeurs et suivre leur réponse aux thérapies anticancéreuses.

Contact :      Emilie Franceschini    --    email : franceschini@lma.cnrs-mrs.fr    

Profil : Étudiant(e) en master M2 ou école d’ingénieurs 5A en acoustique, physique, biophysique ou imagerie biomédicale, avec un intérêt pour l’expérimentation et les applications biomédicales. Une bonne maîtrise de Matlab ou Python est souhaitée. 

Durée du stage : 4 à 6 mois à partir de février 2027                

Gratification : 640 €/ mois

Possibilité de poursuite en thèse : oui, suivant le classement à l’école doctorale (si bourse ministérielle) 

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[1] P. Muleki-Seya, R. Guillermin, J. Guglielmi, J. Chen, T. Pourcher, E. Konofagou, E. Franceschini, High frequency quantitative ultrasound spectroscopy of excised canine livers and mouse tumors using the structure factor model, IEEE UFFC 63(9) 1335-1350 (2016)
[2] O. Lombard and E. Franceschini, Effects of size polydispersity and dense media on quantitative ultrasound estimates, IEEE Trans. Ultras. Ferroelectr. Freq. Control. 71(5) 572-583 (2024)