La physiopathologie de l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA) est complexe. Elle implique notamment des facteurs hémodynamiques, une protéolyse matricielle, un stress oxydatif et une réaction immune. Des modèles expérimentaux ont été mis au point pour explorer les mécanismes impliqués dans la genèse et la croissance des AAAs. Dans ce travail, nous explorons le rôle de ces modèles dans la compréhension du remodelage vasculaire des AAAs. Dans une première partie, une revue de la littérature sur les modèles expérimentaux d’AAA est menée. Dans une seconde partie, nous explorons l’origine et le rôle des calcifications des AAAs expérimentaux. Dans une troisième partie, le modèle de xénogreffe aortique décellularisée est utilisé pour étudier le rôle de l’immunité adaptative dans la rupture. Notre revue identifie les principaux modèles d’AAA. Leur limite majeure est la survenue d’une cicatrisation empêchant l’évolution vers la rupture. Notre exploration des calcifications anévrysmales retrouve une co-localisation des calcifications avec de l’ADN libre et un modèle expérimental démontre la capacité de l’ADN libre à induire des calcifications. La croissance anévrysmale est toutefois ralentie par les calcifications. Notre étude sur le modèle de xénogreffe décellularisée retrouve la possibilité d’induire une rupture lorsqu’une pré-sensibilisation contre la matrice extracellulaire est réalisée. Les glycoprotéines de structure et les protéoglycanes semblent être les composants matriciels en cause dans ces ruptures. Les modèles expérimentaux constituent des outils majeurs pour l’étude des mécanismes impliqués dans le remodelage vasculaire des AAAs. / Pathophysiology of abdominal aortic aneurysms (AAA) is complex. It mainly involves hemodynamics, matrix proteolysis, oxidative stress and an immune reaction. Several experimental models have been described to explore mechanisms involved in this disease. In the present work, we explore the role of experimental models in AAA vascular remodeling. First, a literature review regarding experimental models of AAA is performed. Second, we explore the origin and the role of calcifications observed in experimental models. Third, the decellularized xenograft model is used to study the role of adaptive immunity in triggering rupture. Our review identifies main AAA models. Their major limit is aortic healing, preventing evolution toward rupture. We find that AAA calcifications co-localized with free DNA and that free DNA could induce calcifications experimentally. However, AAA growth is decreased by calcifications. The decellularized xenograft model can evolve toward rupture when pre-sensitization against the extracellular matrix is performed. Structural glycoproteins and proteoglycans seems to be the main matrix component involved in these ruptures. Experimental AAA models are major tools to study mechanisms involved in vascular remodeling.

L'anévrisme de l'aorte abdominale (AAA) est une maladie dégénérative de la paroi vasculaire, actuellement traitée par chirurgie ou par endoprothèse. La diminution de la morbimortalité liée aux traitements et la réparation de ces vaisseaux pathologiques constituent un enjeu majeur de santé publique. L'objectif de ce travail de thèse est d'évaluer l'impact de la culture 3D sur les cellules souches mésenchymateuses (CSM), en particulier sur leur phénotype, leur multipotence, leur capacité à réparer les anévrysmes in vivo et à acquérir un phénotype adapté à la contrainte mécanique qu'elles subissent in vitro. Des conditions optimales de culture 3D dans un hydrogel d'acide hyaluronique préservant la multipotence des CSM in vitro ont ainsi été établies. Sous l'effet de contraintes mécaniques reproduisant celles subies par la paroi aortique in vivo, les CSM 2D et CSM 3D semblent garder une multipotence. Toutefois, dans ces conditions dynamiques, la viabilité des CSM 3D augmente contrairement à celle des CSM 2D. Les résultats montrent également que l'injection des CSM 2D ou 3D, en utilisant un modèle de xénogreffe chez le rat, stabilisent les AAA et améliorent la résistance mécanique de la paroi vasculaire anévrismale. L'étude réalisée chez le rat a été complétée par une approche thérapeutique cellulaire à base de CSM 3D dans le cas de faux anévrysmes chroniques de l'isthme chez le porc. Cette étape conduit à la caractérisation des CSM 3D et la mise au point du modèle expérimental chez le porc, ce qui permet d'envisager une thérapie cellulaire dans ce modèle. Plus généralement, ce travail contribue à la compréhension de la biologie des CSM et à l'amélioration des approches utilisées en thérapie cellulaire et en médecine régénérative. / Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a degenarative disease of the arterial wall, which is usually treated with a conventional surgery or an andovascular stent. Due to its high morbidity and mortality, the AAA constitutes a major public health concern. The aim of this thesis is to evaluate the imapct of OD culture of mesenchymal stem cells (MSC), in particular on their phenotype, their multipotency, their ability to repair aneurysms in vivo and to acquire a phenotype suitable to the nechanical stress they support in vitro. Optmal culture conditions in a 3D hydrogel of hyaluronic acid preserving the multipotency of MSC in vitro have been established. Under mechanical effects, reproducing those supported by the aortic wall in vivo, 2D and 3D CSM seem to preserve their multipotency. However, under such dynamic conditions, the viability of 3D CSM increases unlike that of 2D CSM. By using a rat xenograft model, the results also show that injection of 2D or 3D CSM, stabilizes the AAA and improves the mechanical strenght of the aneurysmal vessel wall. The study in rat was supplemented by an evaluation of a therapeutic cell-based approach using 3D CSM in the case of chronic false aneurysms of the isthlus in pigs. This step allowed the characterization of 3D CSM and the development of an experimental model in pigs, which allows to consider cell therapy in this model. More genrally, this work contributes to a better understanding of CSM biology and to an improvement of the approaches used in cell therapy and regenerative medicine.

Abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a dilatation of the abdominal aorta exceeding the normal diameter by more than 50%. The standard and widely used approach to assess AAA size is by measuring the maximal diameter (Dmax). Currently, the main predictors of rupture risk are the Dmax, sex, and the expansion rate of the aneurysm. Yet, Dmax has some limitations. AAAs of vastly different shapes may have the same maximal diameter. Dmax lacks sensitivity for rupture risk, especially among smaller AAAs. Thus, there is a need to evaluate the susceptibility of a given AAA to rupture on a patient-specific basis. We present the design concept and workflow of the AAA segmentation software developed at our institution. We describe the previous validation steps in which we evaluated the reproducibility of manual Dmax, compared software Dmax against manual Dmax, validated reproducibility of software Dmax and volume in cross-sectional and longitudinal studies for detection of AAA growth, and evaluated the reproducibility of software measurements in unenhanced computed tomographic angiography (CTA) and in the presence of stent-graft. In order to define new geometric features associated with rupture, we performed a case-control study in which we compared 63 cases with ruptured or symptomatic AAA and 94 controls with asymptomatic AAA. Univariate logistic regression analysis revealed 14 geometric indices associated with AAA rupture. In the multivariate logistic regression analysis, adjusting for Dmax and sex, the AAA with a higher bulge location and higher mean averaged surface area were associated with AAA rupture. Our preliminary results suggest that incorporating geometrical indices obtained by segmentation of CT shows a trend toward improvement of the classification accuracy of AAA with high rupture risk at CT over a traditional model based on Dmax and sex alone. Larger longitudinal studies are needed to verify the validity of the proposed model. Addition of flow and biomechanical simulations should be investigated to improve rupture risk prediction based on AAA modeling. / Un anévrysme de l'aorte abdominale (AAA) est défini par une dilatation de plus de 50% par rapport au diamètre normal. La méthode standard et largement répandue pour mesurer la dimension d'un AAA consiste à mesurer le diamètre maximal (Dmax). Présentement, les principaux prédicteurs de risque de rupture sont le Dmax, le sexe et le taux d'expansion d'un anévrysme. Toutefois, le Dmax a certaines limitations. Des AAAs de formes très différentes peuvent avoir le même diamètre maximal. Le Dmax manque de sensibilité pour détecter le risque de rupture, en particulier pour les petits anévrysmes. Par conséquent, il y a un besoin d'évaluer de manière spécifique et individuelle la susceptibilité de rupture d'un AAA. Nous présentons le concept et le flux de travail d'un logiciel de segmentation des AAAs développé à notre institution. Nous décrivons les étapes antérieures de validation: évaluation de la reproductibilité du Dmax manuel, comparaison de Dmax par logiciel avec Dmax manuel, validation de la reproductibilité du Dmax et volume par logiciel dans des études transversale et longitudinale pour la détection de croissance et évaluation de la reproductibilité de mesures sur angiographie par tomodensitométrie et en présence d'endoprothèse. En vue d’identifier de nouveaux paramètres géométrique associés avec le risque de rupture, nous avons réalisé une étude cas-témoin comparant 63 cas avec AAA rompu ou symptomatique et 94 contrôles avec AAA asymptomatique. Une analyse de régression logistique univariée a identifié 14 indices géométriques associés avec une rupture de AAA. Dans l'analyse de régression logistique multivariée, en ajustant pour le Dmax et le sexe, les AAA avec un bombement plus haut situé et une surface moyenne plus élevée étaient associés à une rupture. Nos résultats préliminaires suggèrent que l'inclusion d'indices géométriques obtenus par segmentation de tomodensitométrie tend à améliorer la classification de AAA avec un risque de rupture par rapport à un modèle traditionnel seulement basé sur le Dmax et le sexe. De plus larges études longitudinales sont requises pour vérifier la validité du modèle proposé. Des simulations de flux et biomécaniques devraient être envisagées pour améliorer la prédiction du risque de rupture basée sur la modélisation d'anévrysmes. / This thesis was created in Word and converted to PDF using Mac OS X 10.7.5 Quartz PDFContext.

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