Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde chez les personnes âgées de plus de 65 ans. Parmi les maladies artérielles, l'anévrisme, maladie asymptomatique, est une dilatation localisée et permanente de la paroi d'une artère aboutissant à la formation d'une poche de taille variable. Soumis aux impulsions sanguines, l'anévrisme augmente progressivement et lorsqu'il se rompt, provoque une hémorragie interne pouvant entraîner la mort. Ce projet de recherche concerne le traitement endovasculaire des Anévrismes de l'Aorte Thoracique dont le traitement consiste à déployer une endoprothèse par voie fémorale. Actuellement, les chirurgiens planifient leurs interventions uniquement à partir d'informations issues de l'imagerie médicale. Cette procédure n'est pas totalement fiable et des limites liées à des configurations anatomiques complexes et à la difficulté du geste minimalement invasif persistent. Dans ce contexte, l'objectif est de développer un outil numérique réalisant des simulations virtuelles de ce traitement endovasculaire. Afin d'appréhender le comportement mécanique complexe du tissu artériel, des expérimentations avec une technique de corrélation d'images ont été réalisées sur des prélèvements humains d'aortes thoraciques. Des simulations d'écoulement sanguin dans l'aorte thoracique ont ensuite été réalisées chez un patient sain avec le logiciel OpenFOAM dans lequel un modèle rhéologique prenant en compte les effets viscoélastique et rhéofluidifiant du sang a été développé. En parallèle et en prévision de la modélisation complète de l'acte chirurgical, des calculs numériques sur la montée des outils chirurgicaux dans l'aorte thoracique ont été réalisés en se basant sur des travaux précédents au laboratoire sur la montée des outils dans l'aorte abdominale. L'approche envisagée s'inscrit ainsi dans le cadre des gestes médicaux et chirurgicaux assistés par ordinateur afin de proposer une solution personnalisée opérationnelle pour le choix d'un système de largage et d'une endoprothèse adaptés. / Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. Their analysis leads to multidisciplinary problems that require diversity, transversal and complementary approaches. This contribution is part of a research project in Computer Aided Surgery and intends to contribute to the improvement of TEVAR procedures in terms of accuracy and optimization of the operating strategy. In this study, stereocorrelation technique is used to measure the strain field under a human aortic arch in order to identify its mechanical behaviour. Blood flow simulations in the thoracic aorta were then carried out for a healthy patient using the open source OpenFOAM software. A rheological model derived from polymer rheology, considers viscous, shear thinning and other stress overshoot behaviours. In parallel and in anticipation of the complete modeling of the surgical procedure, numerical calculations ofthe rise of the surgical tools in the thoracic aorta were carried out based on previous work in the laboratory regarding the abdominal aorta. This study aims to virtually simulate the whole endovascular stent graft procedure for an aortic aneurysm. This procedure has a high rate of short-term success and its indication compared to open surgery is increasing. Despite many benefits such as reduced blood loss and reduced recovery time, the hindsight is insufficient and there are limitations related to complex anatomical configurations. This procedure therefore needs to be more reliable and secure. In this context, it is important to identify the mechanical behavior of the aorta for further numerical simulations.

Summary of the work<p>Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a chronic degenerative disease that usually affects men over 65 years with an estimated prevalence of 5%. Aneurysm rupture represents a catastrophic event which carries a mortality rate of almost 90%. Current therapeutic options for AAAs measuring 5.5 cm in diameter or larger are based on prophylactic surgery, including conventional open reconstruction and endovascular stent-graft insertion. For patients with small asymptomatic AAAs (4.0 up to 5.5 cm in diameter), evidence from two recent large randomized controlled trials indicates no long-term survival benefit from immediate elective surgical repair as compared to imaging surveillance until aneurysm expands to 5.5 cm. This highlights the need for development of novel medical management strategies, including selective pharmacologic approaches, directed at preventing aneurysm expansion. In this regard, it is expected that a detailed knowledge of the pathobiology of human AAA lesion and a better understanding of pathophysiological mechanisms underlying initiation and progression of aneurysmal degeneration, particularly the specific involvement of T lymphocytes, will have special relevance to this challenging issue.<p>Inflammatory and helper T-cell responses in abdominal aortic aneurysm :controversial issues<p>Innate and inflammatory responses to endovascular versus open AAA repair. The occurrence of early acute systemic inflammatory responses after conventional open AAA repair is widely recognized and is thought to lead to the development of organ dysfunction and multiple organ failure, responsible for a large proportion of morbidity and mortality associated with aortic surgery. New therapeutic strategies designed to avoid ischemia-reperfusion injury related to aortic cross-clamping and to minimize the degree of tissue damage have thus been developed recently. Specifically, the advent of endovascular techniques has radically extended management options for patients with AAA. Although the method is believed to offer a clear short-term benefit over open repair, notably as regards restricted perioperative haemodynamic parameter fluctuations, reduced blood loss, briefer duration of surgery, shorter hospital stay, and lower 30-day mortality and complication rates, conflicting data are available regarding the exact nature and extent of the inflammatory events arising after such endoluminal procedures ;while several authors have indeed reported that endovascular AAA repair can determine a less intense and extensive inflammatory response, others have unexpectedly observed that the method may elicit a strong inflammatory response, the so-called « postimplantation syndrome ».<p>Adaptive cellular immune responses in human aneurysmal aortic lesion.<p>The inflammatory nature of AAA disease has long been suggested by the presence of a great number of CD4+ T lymphocytes in the outer media and adventitia of human AAA lesion. Interestingly, such infiltrating T-cell populations may have significant implications in the process of aneurysm dilation, since cytokines produced by T cells, notably IFN-gamma, have previously been shown to modulate production of matrix-degrading enzymes by resident macrophages and to induce apoptosis of medial SMCs. Through these key pathological mechanisms, T cells could potentially contribute to orchestrate aortic wall connective tissue disordered remodeling and degradation, and promote extensive disruption of elastic media, ultimately leading to aneurysmal degeneration. Nevertheless, despite their relative abundance in human AAA wall tissues, there is limited and controversial information as regards the functional profile of lesional lymphocytes, the exact nature of aortic wall adaptive cellular responses, and the etiologic role of T cells and their cytokines in initiation and progression of the aneurysmal process. Indeed, both Th1-type and Th2-type responses have been identified in human studies and experimental animal models of AAA.<p>Aims of the work<p>The main objectives of our work were to explore the innate and adaptive cellular immune responses in human AAA. In the first part of our work, we aimed to examine prospectively innate and inflammatory responses arising in a non-randomised cohort of patients undergoing endovascular versus open AAA repair. In the second part of our work, we focused our efforts on characterizing the nature of adaptive cellular immune responses and the phenotypic and functional repertoire of T cells in human AAA wall tissues obtained from a consecutive series of patients undergoing open AAA repair. Specifically, we sought to determine whether type 1 or type 2 responses occur predominantly in advanced AAA lesion.<p>Main experimental findings<p>Limited inflammatory response after endovascular AAA repair. Serial peripheral venous blood samples were collected preoperatively, immediately after declamping or insertion of endograft, and after 1, 3, 6, 12, 24, 48, and 72 hours. We first examined the acute phase reaction and liberation of complement cascade products using turbidimetric method and nephelometry. We found that endovascular repair produced lower postoperative CRP, leucocytosis, neutrophilia, and C3d/C3 ratio as compared to open surgery. We next analyzed surface expression of activation markers on peripheral CD3+ T cells using flow cytometry. We observed a strong upregulation of CD38 after open but not endovascular repair. Analysis of CD69 and CD25 molecules revealed no perioperative fluctuations in any group. We then investigated release of various circulating soluble cell adhesion molecules, proinflammatory cytokines, and chemokines using enzyme-linked immunosorbent assays. We demonstrated that both procedures are characterized by similar increases in ICAM-1 and IL-6 levels. Finally, tendency towards high levels of TNF-alpha and IL-8 was detected in endovascular repair, but data failed to reach statistical significance.<p>Predominance of type 1 CD4+ T cells in human aneurysmal aortic lesion. We have developed a tissue enzymatic digestion and cell extraction procedure to isolate intact mononuclear cells from aortic wall segments. This original cell isolation protocol enabled us to examine ex vivo the presence, phenotype, and cytokine secretion profile of infiltrating T lymphocytes freshly isolated from human AAA tissues for comparison with their circulating counterparts using flow cytometry. We found that both populations of infiltrating CD4+ and CD8+ T cells display a unique activated memory phenotype, as assessed by an increased expression of CD69 and HLA-DR activation antigens, downregulation of CD62L molecule, and predominant expression of the CD45RO isoform characteristics of memory cells. In addition, we identified the presence in human aneurysmal aortic wall lesion of CD4+ T cells producing high levels of IFN-gamma but not IL-4, reflecting their type 1 nature. In an additional series of experiments, cytokine gene expression was determined in whole aneurysmal and non-diseased aortic samples using LightCycler-based quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction. The molecular basis of type 1 or type 2 dominant responses was further specified by analyzing mRNA levels of transcription factors specifically involved in Th1 or Th2 differentiation such as T-bet and GATA-3. We demonstrated that aneurysmal aortic specimens exhibit high transcript levels of IFN-gamma but not IL-4, and consistently overexpressed the IFN-g-promoting cytokine IL-12 and the type 1-restricted transcription factor T-bet, further establishing the prominent type 1 nature of aortic wall responses. Moreover, such selective tissue expression of IL-12 and T-bet in the vessel microenvironment points to a potential role for these signals in directing aortic wall responses towards a type 1 phenotype.<p>Conclusions<p>Our findings indicate that endovascular AAA repair is associated with a lesser degree of acute phase reaction, peripheral T-cell activation, and release of complement proteins as compared to conventional open surgery, suggesting that the innate and inflammatory responses to AAA repair are significantly attenuated by the endovascular approach as compared to the traditional open reconstruction. These results support the view that the endoluminal procedure represents an attractive alternative to open surgery for the treatment of large aneurysms. On the other hand, we have demonstrated that Th1 cell infiltrates predominate in human end-stage AAA lesion. These observations are relevant for helping clarify the pathobiology of human AAA tissues and defining prospects for the prevention of aneurysm expansion. Indeed, identification of such infiltrating populations of IFN-gamma-producing CD4+ T cells not only provide new insights into the pathogenesis of the disorder, but could also serve as a basis for the development of novel medical management strategies directed at preventing aneurysm formation and progression, including therapeutic approaches based on the modulation of aortic wall responses and designed to selectively target T-cell activation and cytokine production. In this respect, the present work provides experimental evidence in support of the emerging concept that, although multifactorial, aneurysm disease may be regarded as a Th1-driven immunopathological condition, and suggests that strategies targeting IFN-gamma could be a particularly exciting and fruitful avenue for further investigation. Ongoing clinical and basic research in these areas can be expected to yield design of promising pharmacologic approaches to control AAA expansion. From a clinical perspective, such efforts have the potential to dramatically influence both the outcome and management of this common and life threatening condition.<p> / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les avancées technologiques endovasculaires des dernières décennies ont été nombreuses ; la diversion de flux en fait partie. Lorsqu’une nouvelle approche permet de traiter de façon efficace et sûre un certain nombre de patients présentant des défis jusque-là difficiles à surmonter, son adoption en pratique clinique peut-être précoce, voire prématurée. Nous avons dans un premier travail réalisé une revue systématique sur les stents dits «Flow Diverters» (FD) et les modèles animaux. Puis nous avons mené quatre expérimentations animales évaluant l’efficacité des FDs dans différents modèles d’anévrismes canins adaptés à l’hypothèse de travail par l’application d’une méthodologie rigoureuse. Nous avons été en mesure de montrer que la technique de diversion de flux est plus à même d’occlure les anévrismes avec de petits collets, des anévrismes dont la branche couverte par le FD est occluse, ou encore quand la porosité du FD en regard de l’anévrisme est diminuée par l’opérateur. Dans le sixième travail, nous avons expérimenté les résultats de la mise en place d’un clip chirurgical sur ces FDs avant d’en déconseiller la pratique. Puis nous avons étudié la variabilité dans la décision des opérateurs d’implanter un FD pour le traitement d’un anévrisme à l’aide d’un questionnaire et ainsi montré l’importante variabilité présente. Enfin nous rapportons le design de l’étude randomisée, pragmatique, multicentrique FIAT (Flow diversion In Aneurysm Treatment) ainsi que ces résultats. / Flow Diversion is one of the relevant technical improvements of the past decade in the endovascular treatment of cerebral aneurysms. When the efficacy and safety of a new tool allow treating challenging aneurysms, this adoption in daily practice can be fast even if the benefit of use is not clearly, scientifically show. We performed a systematic review of studies of these stents called “Flow Diverters” (FD) in animal models. Then we performed 4 animal studies in models we create in order to isolate the propriety of the FD we wanted to study. By using this methodology, we have been able to show that Flow Diversion is more likely to occlude small neck aneurysms, aneurysms in which the jailed branch has been occluded, or when the operator compact the FD in order to decrease the porosity of the device. In a 6th study, we test the result of the use of a clip to occlude a FD. Regarding the results of the test, we recommand to avoid clipping FDs.Then by using a questionaire; we showed the poor agreement of using FD in daily practice by using clinical vignettes. Then we presented the design and the result of the first randomized clinical study on flow diverters FIAT (Flow diversion In Aneurysm Treatment).

Introduction.Le fibroblaste gingival (FG) est la cellule majoritaire de la gencive. Cette dernière fait face constamment aux agressions physico-chimiques, infectieuses et thermiques. L'une des caractéristiques de la gencive est sa réparation quasi-parfaite suite à une lésion ponctuelle. Ce n'est pas le cas pour d'autres tissus comme la paroi aortique. L'anévrisme aortique (AA) est un affaiblissement de la paroi aortique provoqué par une sécrétion exhaustive de métalloprotéases (MMPs) et en particulier de MMP-9. Il en résulte une dilatation de l'artère. Dans un modèle d'anévrisme de lapin, Durand et al (2012) avait montré que le FG pouvait ralentir, voire réparer un anévrisme. Dans notre étude, nous avons mis en place un modèle de coculture FG/AA d'origine humaine.Chez l'homme, la localisation de la pathologie peut être au niveau abdominal (Anévrisme Aortique Abdominale : AAA) ou thoracique (Anévrisme Aortique Thoracique : AAT). Etant donné que leur étiologie sont différentes, nous avons souhaité savoir s'il existait des différences selon les lésions. Cela nous permettrait en effet de mieux appréhender la prise en charge. Nous avons réalisé une étude comparative histo et physiopathologique entre les AAA et AAT. L'une des différences soulevée, est la présence d'un facteur infectieux au niveau des AAA. C'est un élément à prendre en compte pour une thérapie cellulaire et ainsi nous avons mis en culture des FG en présence de LPS, une endotoxine bactérienne.De plus pour approfondir notre travail sur l'utilisation du FG dans la thérapie cellulaire, nous avons initié une étude sur la plasticité de la sous-population souche des FG en étudiant, notamment leur orientation en cellules vasculaires (cellules endothéliales).Résultats/discussionLe FG, grâce à sa secrétion de TIMP-1, contribue à l'inhibition de la MMP-9 anévrismale. La sécrétion de MMP-9 est plus importante dans les lésions avec athérome (AAA) que celles sans athérome (AAT dans notre étude). Ceci est en corrélation avec la dégradation qui est plus importante dans les AAA que dans les AAT. La MMP-9 est une protéine sécrétée entre autre par les cellules inflammatoires. Une inflammation est présente dans les AAA et pas dans les lésions thoraciques. Ceci pourrait expliquer la différence de sécrétion de MMP-9 et donc de dégradation. Concernant l'origine de cette inflammation, nous avons recherché une cause infectieuse. Porphyromonas gingivalis (Pg) qui est une bactérie importante dans le développement de la parodontite (maladie inflammatoire des tissus de soutien de la dent) a été détectée dans les AAA. Une relation pathologique existerait entre la parodontite et l'AAA mais l'étude devrait être plus poussée pour connaître le mécanisme physiopathologique de ce phénomène. Toutefois, en ce qui concerne la thérapie cellulaire, le LPS qui est une endotoxine du Pg, n'affecte pas la capacité du FG à secréter du TIMP-1.En plus de la possibilité du FG à neutraliser la MMP-9 anévrismale, nous avons souhaité savoir si le FG avait des compétences de différentiation en cellule vasculaire. Un début d'exploration de la plasticité cellulaire de la souche multipotente de FG en cellule endothéliale, donnent des résultats préliminaires encourageants.Conclusion. Le FG pourrait être une cellule prometteuse pour une thérapie cellulaire de l'anévrisme aortique mais des explorations plus poussées sont encore nécessaires pour une telle application. / IntroductionGingival fibroblast (GF) is the main cell in gingiva which is constantly facing infectious, thermal and physico-chemical attacks. When a lesion occurs, the repair of gingiva is almost perfect. It is not the case for other tissues as the aortic wall. The aortic aneurysm (AA) is a pathologic expansion of aorta due to a weakening of the wall with an exhaustive secretion of metalloproteinases (MMPs) and particularly of MMP-9. In an aneurysm rabbit model, Durand and al (2012) have showed that GF could slow down or repair the aneurysm. In our study, we have established a co-culture model of human GF and human AA.For human, the location of the aortic disease may be at abdominal level (Abdominal Aortic Aneurysm: AAA) and thoracic level (Thoracic Aortic Aneurysm: TAA). Since the aetiologies are different, we wondered if histo and physiopathologic differences would existe between the both. It is impotant to know that for better supporting the disease. One of the difference between AAA and TAA is the presence of an infectious factor in AAA. This is an element to consider for cell therapy, so we studied the behavior of GF in presence of an endotoxin, the LPS.In addition, to further our work on the use of GF in cell therapy, we have initiated a study of the plasticity of the GF multipotente subpopulation including the differentiation into vascular cells (endothelial cell in particular).Results/DiscussionThanks to its TIMP-1 secretion, GF could contribute to the inhibition of MMP-9 activity in aneurysm. The secretion of MMP-9 in AA with atheroma (AAA) is highter than in TAA (without atheroma in our study). It is correlated to the degradation of AAA which is more important than the degradation of TAA. Inflammatory cells may secrete MMP-9. Inflammation is present in AAA and not in TAA. This, could explain the highter secretion of MMP-9 in abdominal lesion and also the degradation which is more important in AAA than in TAA. As for the origin of this inflammation, we researched an infectious factor. We isolated Porphyromonas gingivalis (Pg) in AAA, which might trigger or aggravate inflammation. This is an important bacterium in the development of periodontitis (inflammatory disease of the tissues supporting the tooth). A pathological relationship may exist between periodontitis and the AAA. The study should be further to know the pathophysiology of AAA related to Pg. But as regards the cell therapy, LPS, which is an endotoxin of Pg would not affect the secretion of TIMP-1 by the GF.In addition to its abilities to inhibate MMP-9 in aneurysm, we wondered if GF would be able to differentiate into vascular cell. An early exploration of GF multipotent subpopulation plasticity reveals a possible opportunity to go further in a the cell therapy.Conclusion.GF might be a promising cell for treating aortic aneurysm but further explorations are still necessary for its application.

Mise en contexte : La réparation endovasculaire des anévrismes de l’aorte abdominale est limitée par le développement des endofuites, qui nécessite un suivi à long terme par imagerie. L’élastographie sonore de déformation a été proposée comme méthode complémentaire pour aider à la détection des endofuites et la caractérisation des propriétés mécaniques des anévrismes. On s’intéresse ici également à la possibilité de suivre l’embolisation des endofuites, qui est indiquée dans certains cas mais dont le succès est variable. Un nouvel agent d’embolisation a été récemment créé en combinant un hydrogel de chitosane radio-opaque (CH) et le sclérosant tetradecyl sulfate de sodium (STS), qui s’appelle CH-STS. Le CH-STS démontre des propriétés mécaniques in vitro favorables, mais son comportement in vivo et son effet sur l’évolution du sac par rapport à un agent non-sclérosant pourraient être mieux caractérisés. L’objectif de cette étude était la caractérisation des propriétés mécaniques des composantes des endofuites embolisées avec CH-STS et CH avec élastographie sonore de déformation. Méthodologie : Des anévrismes bilatéraux avec endofuites de type I ont été créés au niveau des artères iliaques communes chez neuf chiens. Chez chaque sujet, une endofuite a été embolisée avec CH, et l’autre, avec CH-STS, d’une façon aléatoire et aveugle. Des images d’échographie duplex et des cinéloops pour élastographie sonore de déformation ont été acquis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et (chez 3 sujets) 6 mois post-embolisation. La tomodensitométrie a été faite à 3 mois et (si pertinente) 6 mois post-embolisation. L’histopathologie a été faite au sacrifice. Les études radiologiques et les données d’histopathologie ont été co-enregistrées pour définir trois régions d’intérêt sur les cinéloops : l’agent d’embolisation (au sacrifice), le thrombus intraluminal (au sacrifice) et le sac anévrismal (pendant chaque suivi). L’élastographie sonore de déformation a été faite avec les segmentations par deux observateurs indépendants. La déformation axiale maximale (DAM) a été le critère d’évaluation principal. Les analyses statistiques ont été faites avec des modèles mixtes linéaires généralisés et des coefficients de corrélations intraclasses (ICCs). Résultats : Des endofuites résiduelles ont été trouvées dans 7/9 (77.8%) et 4/9 (44.4%) des anévrismes embolisés avec CH et CH-STS, respectivement. Le CH-STS a eu une DAM 66 % plus basse (p < 0.001) que le CH. Le thrombus a eu une DAM 37% plus basse (p = 0.010) que le CH et 77% plus élevée (p = 0.079) que le CH-STS. Il n’y avait aucune différence entre les thrombi associés avec les deux traitements. Les sacs anévrismaux embolisés avec CH-STS ont eu une DAM 29% plus basse (p < 0.001) que ceux embolisés avec CH. Des endofuites résiduelles ont été associées avec une DAM du sac anévrismal 53% plus élevée (p < 0.001). Le ICC pour la DAM a été de 0.807 entre les deux segmentations. Conclusion : Le CH-STS confère des valeurs de déformations plus basses aux anévrismes embolisés. Les endofuites persistantes sont associées avec des déformations plus élevées du sac anévrismal. / Background: Endovascular aneurysm repair (EVAR) is the modality of choice for the treatment of abdominal aortic aneurysms (AAAs). EVAR is limited by the development of endoleaks, which necessitate long-term imaging follow-up. Conventional follow-up modalities suffer from unique limitations. Strain ultrasound elastography (SUE) has been recently proposed as an imaging adjunct to detect endoleaks and to characterize aneurysm mechanical properties. Once detected, certain endoleaks may be treated with embolization; however, success is limited. In this context, the embolic agent CH-STS—containing a chitosan hydrogel and the sclerosant sodium tetradecyl sulphate (STS)—was created. CH-STS demonstrates favorable mechanical properties in vitro; however, its behavior in vivo and impact on sac evolution compared to a non-sclerosing chitosan-based embolic agent (CH) merit further characterization. Purpose: To compare the mechanical properties of the constituents of endoleaks embolized with CH and CH-STS—including the agent, the intraluminal thrombus (ILT), and the overall sac—via SUE. Methods: Bilateral common iliac artery aneurysms with type I endoleaks were created in nine dogs. In each animal, one endoleak was randomly embolized with CH, and the other with CH-STS. Duplex ultrasound (DUS) and radiofrequency cine loops were acquired at 1 week, 1 month, 3 months, and—in 3 subjects—6 months post-embolization. Contrast-enhanced CT was performed at 3 months and—where applicable—6 months post-embolization. Histopathological analysis was performed at time of sacrifice. Radiological studies and histopathological slides were co-registered to identify three regions of interest (ROIs) on the cine loops: embolic agent (at sacrifice), ILT (at sacrifice), and aneurysm sac (at all follow-up times). SUE was performed using segmentations from two independent observers on the cine loops. Maximum axial deformation (MAD) was the main outcome. Statistical analysis was performed using general linear mixed models and intraclass correlation coefficients (ICCs). Results: Residual endoleaks were identified in 7/9 (77.8%) and 4/9 (44.4%) aneurysms embolized with CH and CH-STS, respectively. CH-STS had a 66 % lower MAD (p < 0.001) than CH. The ILT had a 37% lower MAD (p = 0.010) than CH and a 77% greater MAD (p = 0.079; trending towards significance) than CH-STS. There was no difference in the ILT between treatment groups. Aneurysm sacs embolized with CH-STS had a 29% lower MAD (p < 0.001) than those with CH. Residual endoleak increased MAD of the aneurysm sac by 53% (p < 0.001), regardless of the agent used. The ICC for MAD was 0.807 between readers’ segmentations. Conclusion: CH-STS confers lower strain values to embolized aneurysms. Persistent endoleaks result are associated with increased sac strain, which may be useful for clinical follow-up.

Le traitement chirurgical des anévrismes de l'aorte abdominale est de plus en plus remplacé par la réparation endovasculaire de l’anévrisme (« endovascular aneurysm repair », EVAR) en utilisant des endoprothèses (« stent-grafts », SGs). Cependant, l'efficacité de cette approche moins invasive est compromise par l'incidence de l'écoulement persistant dans l'anévrisme, appelé endofuites menant à une rupture d'anévrisme si elle n'est pas détectée. Par conséquent, une surveillance de longue durée par tomodensitométrie sur une base annuelle est nécessaire ce qui augmente le coût de la procédure EVAR, exposant le patient à un rayonnement ionisants et un agent de contraste néphrotoxique. Le mécanisme de rupture d'anévrisme secondaire à l'endofuite est lié à une pression du sac de l'anévrisme proche de la pression systémique. Il existe une relation entre la contraction ou l'expansion du sac et la pressurisation du sac. La pressurisation résiduelle de l'anévrisme aortique abdominale va induire une pulsation et une circulation sanguine à l'intérieur du sac empêchant ainsi la thrombose du sac et la guérison de l'anévrisme. L'élastographie vasculaire non-invasive (« non-invasive vascular elastography », NIVE) utilisant le « Lagrangian Speckle Model Estimator » (LSME) peut devenir une technique d'imagerie complémentaire pour le suivi des anévrismes après réparation endovasculaire. NIVE a la capacité de fournir des informations importantes sur l'organisation d'un thrombus dans le sac de l'anévrisme et sur la détection des endofuites. La caractérisation de l'organisation d'un thrombus n'a pas été possible dans une étude NIVE précédente. Une limitation de cette étude était l'absence d'examen tomodensitométrique comme étalon-or pour le diagnostic d'endofuites. Nous avons cherché à appliquer et optimiser la technique NIVE pour le suivi des anévrismes de l'aorte abdominale (AAA) après EVAR avec endoprothèse dans un modèle canin dans le but de détecter et caractériser les endofuites et l'organisation du thrombus. Des SGs ont été implantés dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé dans l'aorte abdominale. Des endofuites de type I ont été créés dans 4 anévrismes, de type II dans 13 anévrismes tandis qu’un anévrisme n’avait aucune endofuite. L'échographie Doppler (« Doppler ultrasound », DUS) et les examens NIVE ont été réalisés avant puis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après l’EVAR. Une angiographie, une tomodensitométrie et des coupes macroscopiques ont été réalisées au moment du sacrifice. Les valeurs de contrainte ont été calculées en utilisant l`algorithme LSME. Les régions d'endofuite, de thrombus frais (non organisé) et de thrombus solide (organisé) ont été identifiées et segmentées en comparant les résultats de la tomodensitométrie et de l’étude macroscopique. Les valeurs de contrainte dans les zones avec endofuite, thrombus frais et organisé ont été comparées. Les valeurs de contrainte étaient significativement différentes entre les zones d'endofuites, les zones de thrombus frais ou organisé et entre les zones de thrombus frais et organisé. Toutes les endofuites ont été clairement caractérisées par les examens d'élastographie. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les valeurs de contrainte et le type d'endofuite, la pression de sac, la taille des endofuites et la taille de l'anévrisme. / Surgical treatment of abdominal aortic aneurysms is increasingly being replaced by EVAR using SGs. However, the efficacy of this less invasive approach is jeopardized by the incidence of persistent flow within the aneurysm, called endoleaks leading to aneurysm rupture if not properly detected. Hence, a life-long surveillance by computed tomography (CT) angiography on an annual basis is increasing the cost of EVAR, exposing the patient to ionizing radiation and nephrotoxic contrast agent. The mechanism of aneurysm rupture secondary to endoleak is related to a pressurization of the aneurysm sac close to the systemic pressure. There is a relation between sac shrinkage or expansion and sac pressurization. The residual pressurization of AAA will induce sac pulsatility and blood circulation in the sac thus preventing sac thrombosis and aneurysm healing. NIVE using the LSME may become a complementary follow-up imaging technique for EVAR. NIVE has the capability of providing important information on the thrombus organization within the aneurysm sac and on the detection of endoleaks. The characterization of the thrombus organization was not possible in a previous NIVE study. A limitation was the absence of CT examinations as gold standard for endoleak diagnosis. In the current study, we aimed to apply and optimize NIVE of AAA after EVAR with SG in a canine model to detect endoleaks and characterize thrombus organization. SGs were implanted in a group of 18 dogs with an aneurysm created in the abdominal aorta. Type I endoleak was created in 4 aneurysms, type II in 13 aneurysms and no endoleak in 1 aneurysm. DUS and NIVE examinations were performed at baseline, 1-week, 1-month, 3-month and 6-month follow-up after EVAR. Angiography, CT-scan and macroscopic tissue slides were performed at sacrifice. Strain values were computed using the LSME. Areas of endoleak, solid thrombus (organized) and fresh thrombus (non-organized) were identified and segmented by comparing the results of CT scan and macroscopic tissue slides. Strain values in areas with endoleak, organized and fresh thrombi were compared. Strain values were significantly different between endoleak and organized or fresh thrombus areas and between organized and fresh thrombus areas. All endoleaks were clearly characterized on elastography examinations. No correlation was found between strain values and type of endoleak, sac pressure, endoleak size and aneurysm size.

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG. / Endovascular aneurysm repair (EVAR) is a minimally invasive technique performed to treat abdominal aortic aneurysm (AAA) through the use of a stent-graft (SG). The usage of EVAR is presently limited by postoperative complications related to an incomplete healing of the surrounding tissues. The materials currently used in SG, the pro- apoptotic phathophysiology of AAA and the limited access to nutrients and oxygen, all limit the wound healing process and proper tissue ingrowth around the implant. The main objective of this thesis was to create of a bioactive coating inhibiting cell apoptosis and increasing vascular smooth muscle cells (VSMC) growth, to promote healing of the vascular tissues surrounding SG. Chondroitin sulfate (CS) was chosen since recent findings have shown that this polysaccharide triggers key mechanisms involved in vascular repair. CS in solution was shown to inhibit apoptosis of VSMC, as well as stimulate myofibroblast differentiation. A coating of CS and collagen was first created for the purpose of this work. Although the coating was shown to increase cell resistance to apoptosis with VSMC, it was not stable enough, since it rapidly disintegrated in aqueous solutions. A new methodology was thus proposed, where CS was grafted right on aminated surfaces, through carbodiimide chemistry. Epidermal growth factor (EGF) was then chosen to increase VSMC growth on the coatings. EGF is a known mitogenic and chemotactif growth factor for VSMC. It also stimulates the production of extracellular matrix elements, such as collagen and fibronectin. The activation of EGF receptor (EGFR) also triggers various cell signalling pathways modulating VSMC resistance to apoptosis. EGF was thus grafted on CS. CS+EGF coating on aminated glassed slides was shown to be uniform and bioactive. Finally, several methodologies to produce primary amines on polymeric biomaterials, such as PET and ePTFE, were studied in order to eventually transfer the v vi coating on implants. Plasma polymerization was chosen to create the CS+EGF coating. Once again the coating was shown to decrease VSMC apoptosis, in apoptotic conditions, and favour cell growth. Overall, the CS and EGF coating on aminated surfaces possesses interesting biological features and is a promising avenue to stimulate vascular healing around SG.

Le traitement endovasculaire des anévrismes de l’aorte (Endovascular Aneurysm Repair ou EVAR) est une chirurgie mini-invasive qui consiste à faire glisser une endoprothèse par voie fémorale jusqu’au niveau de l’anévrisme afin de re-canaliser le flux sanguin. Les principales complications qui peuvent survenir sont les phénomènes de migration et d’endofuites (écoulement persistant de sang dans le sac anévrismal) de type Ia. Ces phénomènes apparaissent lorsque l’étanchéité n’est plus assurée entre l’extrémité proximale de l’endoprothèse et le vaisseau sanguin. Dans ce travail, des simulations paramétrées de déploiement complet d’un système de pose de stent ont été développées en utilisant la Méthode des Éléments Finis (FEM) afin d’étudier la stabilité du contact lors du largage d’une endoprothèse en nitinol dans un Anévrisme de l’Aorte Thoracique (AAT) réaliste. Les facteurs suivants associés à ces complications ont été étudiés : (1) la longueur de la zone de fixation proximale (PASL), (2) la valeur de surdimensionnement ou « oversizing » du stent (O %), (3) la valeur du coefficient de frottement entre le stent et l’aorte (µ) et (4) l’angulation du collet proximal. L’influence de la présence de calcifications sur le comportement biomécanique de l’endoprothèse lors de son déploiement dans les zones de fixation a également été analysée. Les résultats des simulations ont montré qu’une PASL supérieure à 18 mm est un facteur décisif pour éviter la migration de l’endoprothèse pour une angulation du collet de l’anévrisme de 60° et dans des conditions de contact glissant (µ=0,05). L’augmentation de la valeur de l’oversizing de 10 % à 20 % améliore la résistance de la fixation de la prothèse. En revanche, un oversizing supérieur à 25 % pour une angulation du collet de 60° entraine des déformations excentriques ainsi que la ruine du stent. D’autre part, aucune migration n’a été observée dans un modèle d’aorte idéalisé où l’angulation du collet était de 0°, la PASL de 18 mm et le coefficient de frottement µ de 0,05. Afin d’améliorer le contact et de prévenir l’apparition de phénomènes de migration et d’endofuite de type Ia chez des patients présentant une aorte tortueuse et calcifiée avec un anévrisme fortement angulé, un nouveau design de stent a été proposé, basé sur les résultats des simulations numériques effectuées. La principale difficulté était de trouver un compromis entre flexibilité et raideur. Les résultats des simulations réalisées avec ce nouveau stent ont montré une amélioration de la stabilité de contact, ce qui a pour effet de limiter l’apparition des phénomènes de migration et donc de réduire les complications liées à la procédure endovasculaire. / The main mechanical related problems of endovascular aneurysm repair are migration and endoleak type Ia. They occur when there is no effective seal between the proximal end of stent-graft and the vessel. In this work, we have developed parameterized-deployment simulations of a complete stenting system using finite element method (FEM) to investigate the contact stiffness of a nitinol stent in a realistic Thoracic Aortic Aneurysm (TAA). Therefore, the following factors associated with these complications have evaluated: (1) Proximal Attachment Site Length (PASL), (2) stent Oversizing value (O %), (3) different contact friction situations (stent/aorta) and (4) proximal neck angulation. The calcification impact on the biomechanical behaviour of the deployment at the attachment zone has also been investigated. The simulation results showed that PASL>18mm was a crucial factor to prevent migration at a neck angle of 60⁰and smoothest contact condition (μ=0.05). The increase in (O %) ranging from 10% to 20% improved the fixation strength; however, O % ≥ 25% at 60° caused eccentric deformation and stent collapse. No migration was reported in an idealized aorta model with a neck angle of 0⁰, PASL=18mm and μ=0.05. The numerical observations are used as a guide to optimize the stent design in such neck morphology to strengthen the contact and prevent migration or endoleak type Ia. The optimized stent results showed better contact stability to resist the migration. They also showed a good compromise of stent design requirements (flexibility and stiffness). Moreover, the new design can also prevent the risk of folding or collapse of stent struts by mitigating the energy of eccentric deformation caused by high angulation and oversizing.

Ce travail est une contribution au développement de micromuscles artificiels reposant sur une voie innovante de production, au sein du corps humain, d'énergie mécanique à partir de l'énergie chimique par processus osmotique. La recherche a un caractère générique, les applications biomédicales potentielles étant nombreuses ; elle s'appuie sur un cas concret de conception d'une structure à membrane semi-perméable gonflable (joint osmotique) destiné à éliminer les endofuites se produisant fréquemment au niveau des endoprothèses pour anévrisme de l'aorte abdominale.<br /><br />Après l'exposé du phénomène d'osmose et de l'application envisagée, l'étude se décompose en deux parties.<br />• La première partie porte sur la caractérisation osmo-mécanique du système osmotique eau/membrane d'acétate de cellulose/saccharose. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été mis en place. Dans le domaine d'utilisation envisagé, la membrane présente un comportement mécanique principalement élasto-plastique et sa perméabilité dépend fortement de son état de déformation.<br />• Dans la seconde partie, un modèle numérique de la zone de contact entre le collet de l'anévrisme et l'endoprothèse munie d'un joint gonflable est mis en place. La modélisation du joint membranaire s'appuie sur les résultats de la première partie. Les comportements mécaniques de l'endoprothèse et de l'aorte sont modélisés sur la base de résultats de la littérature respectivement par une simple loi isotrope élastique linéaire et un potentiel hyperélastique isotrope en série de Rivlin. Une étude paramétrique permet alors de souligner la faisabilité de cette endoprothèse et l'influence de quelques paramètres de conception sur ses performances.

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG. / Endovascular aneurysm repair (EVAR) is a minimally invasive technique performed to treat abdominal aortic aneurysm (AAA) through the use of a stent-graft (SG). The usage of EVAR is presently limited by postoperative complications related to an incomplete healing of the surrounding tissues. The materials currently used in SG, the pro- apoptotic phathophysiology of AAA and the limited access to nutrients and oxygen, all limit the wound healing process and proper tissue ingrowth around the implant. The main objective of this thesis was to create of a bioactive coating inhibiting cell apoptosis and increasing vascular smooth muscle cells (VSMC) growth, to promote healing of the vascular tissues surrounding SG. Chondroitin sulfate (CS) was chosen since recent findings have shown that this polysaccharide triggers key mechanisms involved in vascular repair. CS in solution was shown to inhibit apoptosis of VSMC, as well as stimulate myofibroblast differentiation. A coating of CS and collagen was first created for the purpose of this work. Although the coating was shown to increase cell resistance to apoptosis with VSMC, it was not stable enough, since it rapidly disintegrated in aqueous solutions. A new methodology was thus proposed, where CS was grafted right on aminated surfaces, through carbodiimide chemistry. Epidermal growth factor (EGF) was then chosen to increase VSMC growth on the coatings. EGF is a known mitogenic and chemotactif growth factor for VSMC. It also stimulates the production of extracellular matrix elements, such as collagen and fibronectin. The activation of EGF receptor (EGFR) also triggers various cell signalling pathways modulating VSMC resistance to apoptosis. EGF was thus grafted on CS. CS+EGF coating on aminated glassed slides was shown to be uniform and bioactive. Finally, several methodologies to produce primary amines on polymeric biomaterials, such as PET and ePTFE, were studied in order to eventually transfer the v vi coating on implants. Plasma polymerization was chosen to create the CS+EGF coating. Once again the coating was shown to decrease VSMC apoptosis, in apoptotic conditions, and favour cell growth. Overall, the CS and EGF coating on aminated surfaces possesses interesting biological features and is a promising avenue to stimulate vascular healing around SG.