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In-silico simulations for early detection of abnormal bone loads to prevent the development of bony deformities

Description du projet

Prévision in silico des déformations osseuses

Les déformations osseuses en torsion sont des anomalies de la rotation ou de la torsion des os, en particulier des os longs comme le fémur ou le tibia, qui surviennent lorsque l’os ne grandit pas ou ne se développe pas correctement le long de son axe naturel. Comprendre l’influence des charges mécaniques sur la croissance osseuse est essentiel pour améliorer la mobilité et préserver la santé. Le projet INSIDE-BONE, financé par le CER, se propose d’explorer la relation entre la charge mécanique, la croissance osseuse et la morphologie du fémur chez les enfants au développement normal et chez ceux présentant des déformations de torsion. Les chercheurs entendent développer une stratégie de simulation in-silico pour prévoir la croissance osseuse, ce qui offrira une approche proactive de prévention ou de correction des déformations osseuses.

Objectif

Bones are pivotal to long-term health, providing structural support and facilitating mobility. However, various patient groups commonly develop torsional bony deformities, leading to numerous clinical problems. Understanding, monitoring, and ultimately modifying bone growth is crucial for improving the functional mobility of these patients and preserving lifelong health.

Despite recognizing, since the 19th century, that bone growth is influenced by mechanical loads, the specific loading environments leading to typical growth or deformities remain unknown. This project fills this knowledge gap by examining the intricate relationships between mechanical loading, bone growth, and femoral morphology in typically developing children and those with torsional deformities.

Quantifying an individuals bone loads and predicting subsequent femur growth poses scientific and technical challenges. I will address these challenges by advancing state-of-the-art, multi-scale simulations to estimate muscle forces, joint loads, and growth plate stresses, and by refining a mechanobiological model to predict bone growth. The simulations will be personalized and validated using medical images and motion capture data collected longitudinally from growing children. Each simulation step will be extensively tested and validated. After testing, we will use this framework to investigate the effects of both surgical (i.e. derotation osteotomy) and non-surgical (i.e. gait retraining based on real-time biofeedback) interventions on growth plate loads, providing new insight into the capacity of these treatments to normalize bone growth.

This project, if successful, may lead to a paradigm shift away from reactive interventions to treat bony deformities involving invasive surgeries towards proactive non-invasive interventions to prevent the development of deformities. Even partial success promises ground-breaking insights into the intricate relationship between bone loads and morphology.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-COG

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Institution d’accueil

UNIVERSITAT WIEN
Contribution nette de l'UE
€ 1 924 258,00
Coût total
€ 1 924 258,75

Bénéficiaires (1)