Les maladies valvulaires aortiques représentent la troisième affection cardiovasculaire la plus prévalente et la seconde indication la plus commune de chirurgie à coeur ouvert. Malgré des avancées médicales majeures, la seule option thérapeutique démontrée efficace pour réduire la mortalité demeure l’implantation d’une prothèse valvulaire. Deux grandes familles de prothèses existent, chacune d’elles présentant leurs propres avantages et inconvénients. Les valves mécaniques, en raison de leur structure en alliage métallique, comportent un haut risque thrombogénique et nécessitent l’instauration d’une anticoagulation permanente. Malheureusement, en plus d’être difficile à contrôler adéquatement, ce traitement pharmacologique augmente le risque de souffrir de saignements. Les prothèses mécaniques ont cependant démontré une excellente longévité, dépassant généralement les 25 ans. Les bioprothèses, quant à elles, ne nécessitent pas d’anticoagulation, mais sont connues pour dégénérer progressivement au fil des années et doivent typiquement être remplacées après 15 à 20 années. Conséquemment, les valves mécaniques demeurent préférables chez les patients présentant une longue espérance de vie, alors que les bioprothèses sont préférées chez les patients plus âgés (>65 ans). Néanmoins, aucune option parfaite n’existe et une controverse demeure quant au choix de la prothèse optimale pour les jeunes adultes (<60 ans). Dans le but d’éviter les désavantages significatifs des prothèses classiques, une troisième option chirurgicale a été proposée : la procédure de Ross. Elle consiste en un remplacement de la valve aortique dégénérée par la translocation de la valve pulmonaire native du patient en position aortique. Le chirurgien insère enfin une homogreffe en position pulmonaire pour compléter la procédure. Cette technique offre les meilleurs résultats hémodynamiques et permet d’éviter la médication anticoagulante. Cependant, elle augmente les risques de complications en nécessitant une double greffe et affecte un organe sain et fonctionnel, soit la valve pulmonaire. L’hypothèse principale à l’origine de ce projet de maîtrise était que la dégénérescence de l’autogreffe et de l’homogreffe est liée à des facteurs cliniques et les risques peuvent être prédits. Par conséquent, les objectifs principaux de cette étude étaient, dans un premier temps, d’évaluer l’intégrité des greffons valvulaires issus de la procédure de Ross lorsqu’effectuée chez une population de jeunes adultes atteints de maladies valvulaires aortiques sévères et, dans un second temps, d’identifier les déterminants et prédicteurs de mauvaise évolution postopératoire de l’autogreffe et de l’homogreffe pulmonaire. / Aortic valve diseases represent the third most prevalent cardiovascular disease and the second most common indication for open-heart surgery. Despite major breakthroughs in modern medicine and technologies, the only therapeutic option proved efficient in reducing mortality and morbidity remains the implantation of a valvular prosthesis. There are two major classes of prostheses, each presenting their own advantages and disadvantages. Mechanical valves, due to their alloy-based structure, hold a high thrombogenic risk profile and thus patients require a lifetime anticoagulating therapy. Unfortunately, beyond being a well-known clinical challenge to adequately control, this treatment significantly increases the risks of suffering from major bleeding events. However, mechanical valves have shown prolonged lifeexpectancy generally exceeding 25 years. As for bioprostheses, they do not require any anticoagulation but are widely known to degenerate progressively throughout the years and must typically be replaced after 15 to 20 years. Consequently, mechanical valves are currently preferred in patients with long estimated life-expectancy and bioprostheses are preferes in older patients (>65 years). Nonetheless, there are no perfect option and a strong controversy remains regarding the optimal prosthesis in young adults patients (<60 years). In order to overcome the significant drawbacks of the traditional prostheses, a third surgical option was proposed: the Ross procedure. It consists in replacing the degenerated aortic valve by translocating the native pulmonary valve in aortic position. The surgeon then uses a homograft in pulmonary position to complete the procedure. This technique offers the best hemodynamic profiles of all prostheses and allows a bypass of the anticoagulation therapy. On the downside, though, it increases complications risks and surgically affects a fully healthy and functional organ being the pulmonary valve. The main hypothesis at the root of this Master degree project was that the deterioration of autografts and homografts are linked to clinical factors and the risks can therefore be predicted. Therefore, the main objectives of this study were, first of all, to evaluate the integrity of Ross procedure grafts when performed in a young adult population suffering from severe aortic valve diseases and, secondly, to identify determinants and predictors of poor post-operative evolution of both the pulmonay autograft and homograft.

Alors que 1 % des patients pédiatriques souffrent de malformations cardiaques, les substituts valvulaires présentement disponibles sur le marché leur sont imparfaits : taille inadéquate, absence de croissance, etc. L’hypothèse est qu’il est possible de fabriquer par génie tissulaire, via la méthode par auto-assemblage, des substituts valvulaires adaptés aux besoins pédiatriques spécifiques. Ce projet de maîtrise, visant à améliorer la méthode de fabrication, s’inscrit à la suite de travaux précédents de notre groupe de recherche, qui avaient conduit à la mise au point de deux techniques de production. L’approche préconisée consiste à ensemencer directement des fibroblastes dermiques sur la surface de gabarits de polycarbonate, traités au plasma pour favoriser leur adhésion, suivi d’une maturation dans un milieu de culture sans sérum, puis d’une phase de contraction jusqu’aux dimensions prédéterminées, permettant aux rebords des feuillets une bonne coaptation. Pour ce faire, quatre expériences préliminaires ont d’abord été conduites afin de jeter les bases de la culture sur gabarits 3D usinés. Ces dernières ont permis d’obtenir des feuillets cellulaires manipulables sur des gabarits à géométrie simplifiée, d’améliorer leurs propriétés mécaniques selon le fini de la surface usinée et avec un milieu de culture sans sérum, de réduire leur pourcentage de contraction et d’optimiser le traitement plasma. Les essais de fabrication des substituts valvulaires ont par la suite permis de faire progresser la technique, mais n’ont pas produit les résultats escomptés. Ainsi, des optimisations restent à apporter afin que la méthode soit un succès. En effet, l’hypothèse principale quant à ces insuccès est liée à une surface d’échanges gazeux insuffisante entraînant potentiellement une hypoxie cellulaire et une acidification du milieu de culture secondairement au dioxyde de carbone. En regard des expériences préliminaires prometteuses, de futurs essais tenant compte des recommandations présentées dans ce mémoire pourraient toutefois mener à la fabrication de substituts valvulaires adaptées aux patients pédiatriques / While 1% of children are born with a cardiac defect, valve prostheses actually available on the market do not meet their needs: oversized, non-growing, etc. The hypothesis is that it is possible to fabricate a tissue-engineered heart valve prosthesis (TEHV) with the self-assembly method adapted to the paediatric specific needs. This master level project, with the objective of improving the fabrication method, follows the work of our research group, which led to two different valve prosthesis fabrication techniques. The chosen approach consists in seeding dermal fibroblasts directly on the surface of plasma treated polycarbonate templates to ensure cell adherence, followed by maturation in a serum-free cell culture media (SFM) and a contraction phase to predetermined dimensions, allowing for a good coaptation of the leaflets. To reach this goal, four preliminary experiments were first conducted to set the ground for cell culture on 3D machined templates. They led to manipulable cell sheets on templates with a simple geometry, to increased mechanical properties due to the machined surface characteristics and the SFM, to a reduced contraction percentage and to the optimization of the plasma treatment. Subsequently, valve prosthesis fabrication assays allowed the method to progress further but did not end with the expected results. Therefore, optimizations are still required to make the method succeed. Indeed, the main hypothesis for this failure is a too small gas exchange area potentially leading to cell hypoxia and culture medium acidification secondary to carbon dioxide. Following the promising preliminary experiments, future trials considering the recommendations made in this thesis could lead to the successful fabrication of TEHV adapted to the paediatric patients.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / L’implantation de valve aortique par cathéter (TAVI) a été développée comme une alternative thérapeutique pour les patients avec une sténose aortique sévère et ayant un risque opératoire élevé ou extrême en cas de chirurgie de remplacement valvulaire standard. Par rapport à la chirurgie à cœur ouvert classique, les procédures de TAVI sont moins invasives, parce qu'elles ne sont pas associées au clampage aortique et à la cardioplégie. Toutefois, la procédure implique un certain degré de dommage myocardique dû à la compression du tissu par le ballonnet et la prothèse transcathéter, ainsi que plusieurs courts épisodes d'hypotension extrême et d’ischémie myocardique globale, au cours de la stimulation ventriculaire rapide et du déploiement de la prothèse. De plus, l'approche transapicale, qui est réalisée lorsque l'approche transfémorale n’est pas possible, comprend la ponction de l'apex du ventricule gauche et l'introduction de larges cathéters ce qui augmente vraisemblablement encore les dommages myocardiques. En conséquence, presque tous les patients subissant un TAVI présentent un certain degré de dommage myocardique, défini par une augmentation des enzymes cardiaques, telles que la créatine kinase-MB (CK-MB), la troponine ou le peptide natriurétique de type B (BNP). Néanmoins, les données sur l'incidence exacte des dommages myocardiques, leur étendue, leurs prédicteurs, ainsi que les résultats échocardiographiques et cliniques associés, en fonction des différentes approches et prothèses sont limitées. Les objectifs généraux de mon projet de doctorat sont d'évaluer l'incidence, les facteurs prédictifs et les résultats des dommages myocardiques après TAVI pour le traitement des patients symptomatiques avec sténose aortique sévère ou bioprothèse dysfonctionnelle et à haut risque chirurgical. / Transcatheter aortic valve replacement (TAVR) has emerged as a less invasive therapeutic alternative to surgical aortic valve replacement (SAVR) for patients with severe aortic stenosis at very high-risk or prohibitive perioperative risk. Compared to conventional open-heart surgery, TAVR procedures are less invasive, because they are not associated with aortic cross-clamping and cardioplegia. Even so, the procedure involves some degree of myocardial injury due to tissue compression, caused by the balloon and valve prosthesis, as well as several short episodes of extreme hypotension and global ischemia, during rapid ventricular pacing and valve deployment. Also, the transapical approach, which is an alternative to the transfemoral approach, involves the puncture of the ventricular apex and the introduction of large catheters through it. Accordingly, nearly all patients undergoing TAVR present some degree of myocardial injury, as defined by any increase in cardiac biomarkers, including creatine kinase-MB (CK-MB), troponin or B-type natriuretic peptides (BNP). Nonetheless, data on the exact incidence of myocardial injury, extent, predictors, as well as the associated echocardiographic and clinical outcomes, according to the different type of TAVR procedures and transcatheter valves, have been limited. The general objectives of my PhD project are to evaluate the incidence, predictors and outcomes of myocardial injury following TAVR for the treatment of high-risk patients with severe symptomatic AS or dysfunctional aortic bioprosthesis.

Les maladies et malformations des valves cardiaques entraînent, chaque année, près de 300 000 opérations de remplacements, principalement réalisées sur les valves aortiques. Des valves de remplacement mécaniques ou biosynthétiques sont habituellement employées, mais leur utilisation implique plusieurs inconvénients, surtout chez les jeunes patients, puisque ces substituts inertes sont incapables de se remodeler en fonction des modifications apportées à l’environnement physiologique. Le génie tissulaire, c’est-à-dire la création de nouveaux tissus biologiques à partir de cellules vivantes, pourrait permettre d’enrayer les problèmes rencontrés avec les substituts traditionnels. Plusieurs techniques de construction de valves par génie tissulaire sont actuellement étudiées, notamment l’utilisation de matrices de polymère poreuses ou de valves décellularisées. Cette thèse présente le développement d’une toute nouvelle technique de construction de valves biologiques qui utilise la méthode d’auto-assemblage. Cette nouvelle technique permet de recréer la structure tridimensionnelle des valves en utilisant un matériau de base créé à partir de fibroblastes dermiques humains. Toutes les étapes ayant mené au développement de cette technique de construction jamais réalisée auparavant sont détaillées dans cette thèse. La méthode de fabrication du tissu de base est tout d’abord expliquée, puis le processus évolutif ayant mené à la construction de quatre prototypes est ensuite détaillé. Une méthode de construction utilisant différents gabarits a permis la mise en forme de valves possédant une structure similaire à celle des valves natives. Le comportement des nouveaux substituts a aussi été évalué à l’aide d’essais dynamiques en bioréacteur. Il a été démontré que les valves produites par auto-assemblage présentent un comportement normal sous une grande variété de conditions de débit et de pression et que les tissus ne sont pas endommagés par ces conditions de stimulation. Parallèlement, une étude de faisabilité sur la décellularisation de valves porcines réalisée avec la trypsine/EDTA a aussi été effectuée afin d’en évaluer le potentiel. Finalement, la caractérisation mécanique des tissus plans utilisés pour la fabrication des valves est aussi présentée. Cette étude permet de juger de la capacité des tissus à être utilisés pour remplacer les valves cardiaques et elle situe ce nouveau matériau par rapport à d’autres matériaux plans couramment employés. / Heart valves diseases lead annually to nearly 300 000 replacement surgeries, mostly performed on aortic valves. Mechanical or tissue valves are largely used to replace dysfunctional heart valves but they present serious drawbacks, mainly for young patients, since these non-living substitutes are unable to remodel according to physiological environment changes. Tissue engineering aims at the development of new biological organ substitutes created with living cells. Tissue engineered heart valves may be able to fully integrate their physiological environment and hence eliminate the problems encountered with mechanical and tissue valves. Porous polymer scaffolds or decellularized heart valves are current tissue engineering techniques that are being studied in order to develop new biological substitutes. This thesis, however, presents the development of an entirely new construction technique based on the self-assembly method that can recreate the aortic valve structure by using only human dermal fibroblasts cell sheets. The many steps achieved toward the development of this new construction technique are detailed in this thesis. The plane thick tissue fabrication method is first explained, along with the incremental evolutive process that led to the construction of four heart valve prototypes. The construction technique uses several templates to assist the three-dimensional shaping of the substitutes, which resemble the natural shape of the native aortic valve. Dynamic stimulations were also performed in a custom-made bioreactor and the valve exhibited a normal behavior under various flow and pressure waveforms. No damage was noted on the plane thick tissue after the mechanical stimulation. Besides, a feasibility study on the decellularization of porcine heart valves was conducted using Trypsin/EDTA in order to assess the potential of such a construction technique. Finally, the mechanical characterization of the plane tissue used for the construction of the valves is also presented. The results of this study confirm the ability of the tissues to act as a heart valve substitute. The new material is also compared to other commonly used materials in heart valve replacement or repair.

280 000 prothèses valvulaires sont implantées chaque année à travers le monde pour traiter des valvulopathies. Le remplacement valvulaire a amélioré le pronostic des patients atteints de valvulopathies. La tendance ces dix dernières années est en faveur de l’implantation des prothèses biologiques ou bioprothèses par rapport aux prothèses mécaniques et actuellement, près de 80% des valves implantées sont des bioprothèses (BPs). Les BPs sont moins thrombogènes que les prothèses mécaniques et ne nécessitent généralement pas de traitement anticoagulant mais leur principal inconvénient est leur durée de vie limitée. La dégénérescence structurelle de la bioprothèse (DSB) est la cause principale de sa dysfonction, elle consiste en une calcification des feuillets qui entraîne une sténose progressive de la BP et/ou une déchirure de feuillet responsable d’une régurgitation. On estime que 20 à 30% des BPs présenteraient un certain degré de dysfonction 10 ans après l’implantation. La DSB est donc la principale limitation à l’utilisation des BPs et aucun moyen efficace de traitement de la bioprothèse avant l’implantation n’a pu être établi pour stopper ou éviter la progression de la DSB. Cependant, des études récentes suggèrent que la DSB serait un processus complexe incluant plusieurs mécanismes : une inflammation liée à la présence de lipides qui ressemblerait au phénomène d’athérosclérose, un dépôt de calcium lié à un métabolisme phospho-calcique dysfonctionnel et une réponse immune. Ainsi de nouvelles perspectives de recherche pourraient aboutir au développement d’approches thérapeutiques que ce soit dans le choix de la prothèse ou le traitement à instituer au moment de la chirurgie afin de prévenir la DSB. Néanmoins, pour développer de nouvelles stratégies efficaces afin d’éviter la DSB, il est d’abord nécessaire de comprendre les mécanismes qui aboutissent à la DSB et d’identifier les facteurs liés à la prothèse ainsi que les facteurs cliniques et métaboliques liés au patient qui sont impliqués dans ces processus et en particulier ceux qui sont modifiables. L’objectif général du projet est d’élucider les mécanismes impliqués dans la pathogénèse de la dégénérescence structurelle des bioprothèses aortiques et d’identifier les facteurs cliniques et métaboliques qui déterminent de façon indépendante ce processus pathologique. / Worldwide it is estimated that 280 000 valve substitutes are implanted each year to replace diseased heart valves. Hence, valve replacement has improved the outcome of patients with valvular heart diseases. The trend over the last decade is towards the use of biological valves or bioprotheses instead of mechanical valves and at the present time, nearly 80% of the implanted valve substitutes are bioprostheses (BPVs). BPVs have a low thrombogenicity, which generally obviates the need for anticoagulation. However, the use of BPVs is still plagued by their limited durability. Structural valve deterioration (SVD) is the major cause of bioprosthetic valve failure expressed clinically by a progressive prosthetic stenosis due to leaflet calcification and/or by regurgitation due to leaflet tear. It is estimated that 20-30% of implanted BPVs will have some degree of dysfunction at 10 years. Thus, SVD is a major hurdle to the widespread utilization of BPVs. Unfortunately, there are currently no effective means by which progression of SVD may be reduced or stopped by the treatment of valve tissues before implantation. However, recent studies suggest that SVD is a complex process probably modulated by several mechanisms including an atherosclerotic-like lipid-mediated inflammation, a calcium deposit induced by a dysfunctional phospho- calcic metabolism and an immune response. Therefore, new directions of research could lead to the development of treatment approaches for the prevention of SVD such as the choice of a specific type of BPV or the initiation of a treatment at the time of valve replacement. Nonetheless, to develop new efficient treatments to avoid BPV failure, it is first required to understand the mechanisms leading to BPV SVD and to identify the factors related to the BPV itself and to the patient clinical and metabolic factors, especially the modifiable ones, that are involved in these processes. The general objective of the study is thus to elucidate the mechanisms implicated in the pathogenesis of structural valve deterioration of aortic bioprostheses and to identify the clinical and metabolic factors that independently determine this pathologic process.

La sténose aortique (SA) est la maladie valvulaire la plus importante des pays industrialisés et la troisième en importance au niveau des maladies cardiovasculaires. Cette maladie dégénérative entraîne un épaississement des feuillets valvulaires menant, dans certains cas, à la calcification de ceux-ci. Malheureusement, dans les débuts de la maladie, les effets néfastes de ces modifications sur la valve sont asymptomatiques et lorsque le diagnostic est posé, en raison des symptômes, il ne reste souvent qu'un traitement possible : le remplacement valvulaire. Plusieurs études sont aujourd'hui centrées sur la pathogénèse de la SA, mais très peu d'entre elles se sont intéressées à investiguer pourquoi la valve aortique (VA), parmi les quatre valves cardiaques, est celle qui se calcifié le plus rapidement. Cette étude cherche donc à identifier des différences entre la VA normale et les trois aux autres valves, pouvant expliquer sa propension à calcifier

Le domaine de l’imagerie médicale a pris depuis de nombreuses années un essor sans pareil permettant le développement de nouvelles méthodes de diagnostic et de traitement. Celles-ci se sont évidemment accompagnées de nombreux outils facilitant le travail des médecins. La présente thèse propose deux approches pour l’aide à la segmentation de structures anatomiques sur des images médicales. Une première technique se penche sur la détermination semi-automatique de l’aire de l’ouverture de la valve aortique. La combinaison des contours actifs et d’information a priori provenant de l’électrocardiogramme constitue une contribution majeure de cette méthode. Des essais ont été réalisés sur six patients. Ils ont produit une courbe de l’évolution temporelle de l’aire de la valve comparable à celle obtenue avec une segmentation manuelle. La seconde méthode permet de tracer les contours de la prostate sur des images de CT en exploitant l’information sur la prostate obtenue d’images d’échographie. L’objectif de cette méthode est de proposer des contours initiaux aux radio-oncologues afin de réduire la variabilité dans la détermination du volume de la prostate. La contribution majeure de cette technique est la projection des contours extraits de l’échographie sur les images de CT. Ces contours sont ensuite déformés pour les adapter à la forme réelle de la prostate sur l’image CT. Une étude clinique a été menée afin de vérifier l’impact de l’utilisation de cet outil d’aide au traçage des contours sur la variabilité intra et inter-observateurs. Les résultats de cette étude ont été très concluants puisqu’ils ont permis de montrer qu’il est possible de diminuer la variabilité inter-observateur de 6% sur le volume complet. L’étude n’a par contre pas permis de tirer une conclusion définitive concernant la diminution de la variabilité intra observateur. Le temps nécessaire pour le traçage des contours constituait aussi un aspect qui a été mesuré par cette étude. Les résultats obtenus montrent une diminution de 46% du temps nécessaire pour la réalisation des contours lorsque l’on propose des contours initiaux adaptés à l’image. / Since many years the use of medical imaging techniques has increased significantly. Medical imaging has driven the development of treatments and diagnosis to increase the efficiency and the precision of the physicians. This thesis proposes two methods to help the segmentation of anatomical structures in medical images. The first technique creates semi-automatic segmentation for the opening of the aortic valve. This method combines active contours (snakes) and a priori information from the electrocardiogram for guiding the segmentation. This association is the major contribution of this approach. This method has been tested on six patients. The curve of the area of the opening of the valve produced by the algorithm is very similar to the same curve obtained with manual segmentation. The second technique extracts a segmentation of the prostate on CT images using ultrasound data. The aim of this tool is to suggest initial contours to the physician in order to reduce the variability in his delineation of the prostate volume. The major contribution of this technique is to project planning ultrasound contours on the CT images. After the projection, the contours are directly adapted to the CT image with a deformation process. A clinical survey has been led to assess that this tool can help to reduce the intra and inter-observer variability in his delineation of the prostate volume. The result of this study shows that it is possible to reduce the inter-observer variability by 6% on the complete volume. It is also possible to reduce the intra observer variability by 12%. The time for delineation of the prostate was also a factor that was measured in the clinical study. It was found that it is possible to reduce the time to draw contours as much as 46% when initial contours are suggested to the physician.

Au cours des dernières années, on a vu une augmentation radicale de la proportion de gens avec un indice de masse corporelle (IMC) dit extrême. Au Canada, de 1978 à 2004, la proportion de patients avec une obésité sévère de classe II (IMC > [ou égal à] 35 kg/m²) a plus de doublée (2,3% à 5,1%) et celle de classe III (IMC > [ou égal à] 40 kg/m²) triplée (0,9% à 2,7%). Ces patients à haut risque de maladies cardiovasculaire sont de plus en plus représentés en chirurgie cardiaque. En 2008, la "Society of Thoracic Surgeons" rapportait qu'environ 14% des patients opérés en chirurgie cardiaque avaient un IMC supérieur à 35 kg/m². Le présent projet traite du risque de complications associées l'obésité sévère en postopératoire de chirurgie coronarienne isolée et de remplacement valvulaire isolé. Il a pour but primaire de préciser si l'obésité sévère a un impact en ce qui a trait à la morbidité et mortalité postopératoire de ces chirurgies. Il a par également comme objectif de préciser la relation entre le tour de taille et le risque de complications dans ces deux populations chirurgicales. Nous avons montré que le risque de mortalité postopératoire en chirurgie coronarienne et valvulaire isolée n'est pas augmenté chez une population de patient avec une obésité sévère en comparaison avec des patients avec un IMC normal. Par contre, les patients en chirurgie coronarienne sont plus à risque de développer de la fibrillation auriculaire, de se faire réintuber, de présenter des embolies pulmonaires, de présenter des complications rénales, de développer des infections de plaies, une médiastinite et une septicémie. Les patients en chirurgie valvulaire isolée présentent quant à eux un risque accru d'insuffisance rénale nécessitant une thérapie de remplacement rénal, un taux plus élevé de médiastinite, de septicémie et d'infection de cathéter. Enfin, le tour de taille ne semble pas être un meilleur prédicteur de complications en chirurgie coronarienne ou valvulaire isolée. Par contre, en chirurgie coronarienne, le tour de taille pourrait sélectionner un groupe à plus faible risque de mortalité et de saignement postopératoire.

Le génie tissulaire propose des solutions prometteuses aux problématiques de réparation et de remplacement des tissus du corps humain, notamment au niveau des composantes du système cardiovasculaire. L’une des approches préconisées est l’utilisation de la culture cellulaire afin de reproduire la structure, les propriétés et les fonctionnalités du tissu natif à réparer ou à remplacer. La culture dynamique des tissus dans un environnement recréant, dans le cas des substituts du système cardiovasculaire, les conditions physiologiques de débit et de pression que ces tissus doivent supporter, a démontré un grand potentiel à faire évoluer les propriétés et les fonctionnalités des substituts vers celles des tissus natifs qu’il sont destinés à réparer ou remplacer. Les objectifs de cette thèse ont donc été orientés vers le développement de différents outils reliés au conditionnement mécanique des substituts de la valve aortique et des artères par la culture dynamique. Un bioréacteur a tout d’abord été développé. Ce système a permis la reproduction d’une qualité sans précédent des conditions de débit et de pression à l’entrée de la circulation systémique du corps humain. Il permet ainsi d’effectuer un conditionnement mécanique sur des substituts de la valve aortique produits par auto-assemblage. Des outils ayant mené à l’établissement de protocoles rigoureux permettant l’évaluation de l’effet du conditionnement mécanique sur les propriétés mécaniques des substituts vasculaires ont ensuite été conçus et mis en service. Finalement, ces différents outils de conditionnement et d’évaluation ont été utilisés afin d’amorcer la mise en place d’un protocole de conditionnement mécanique, permettant la modulation des propriétés mécaniques et l’accélération de la maturation des substituts vasculaires produits par auto-assemblage. / Tissue engineering offers promising solutions to problems related to repair and replacement of tissues of the human body, especially those of the cardiovascular system. One of the preferred approaches consists in using cell culture to reproduce the structure, the properties and the functionalities of the tissue to be repaired or replaced. Dynamic culture in an environment reproducing, in the case of cardiovascular system substitutes, blood flow and pressure conditions imposed on these tissues in the body, has demonstrated a great potential for the properties and functionalities of the substitutes to evolve into those of the native tissues they are destined to repair or replace. The objectives of this thesis have therefore been oriented towards the development of different tools related to the mechanical conditioning of aortic valve and artery substitutes through dynamic culture. A bioreactor allowing reproduction of the blood flow and pressure conditions at the entrance of the systemic circulation in the human body with an unprecedented quality was first developed, in order to perform mechanical conditioning on aortic valve substitutes produced by auto-assembly. Tools leading to the establishment of rigorous protocols for the evaluation of the effect of mechanical conditioning on the circumferential mechanical properties of vascular substitutes were then designed and commissioned. Finally, these different tools of mechanical conditioning and evaluation were used to initiate the development of a mechanical conditioning protocol which would modulate the mechanical properties and accelerate the maturation process of vascular substitutes produced by auto-assembly.

Les substituts valvulaires disponibles actuellement comportent encore plusieurs lacunes. La disponibilité restreinte des allogreffes, les risques de coagulation associés aux valves mécaniques et la durabilité limitée des bioprothèses en tissu animal sont toutes des problématiques que le génie tissulaire a le potentiel de surmonter. Avec la méthode d'auto-assemblage, le seul support des cellules consiste en leur propre matrice extracellulaire, permettant la fabrication d'un tissu entièrement libre de matériau exogène. Ce projet a été précédé par ceux des doctorantes Catherine Tremblay et Véronique Laterreur, ayant respectivement développé une méthode de fabrication de valves moulées par auto-assemblage et une nouvelle version de bioréacteur. Au cours de cette maîtrise, le nouveau bioréacteur a été adapté à une utilisation stérile avec des tissus vivants et la méthode de fabrication de valves moulées a été modifiée puis éprouvée avec la production de 4 prototypes. Ces derniers n'ont pas permis d'obtenir des performances satisfaisantes en bioréacteur, motivant la conception d'une nouvelle méthode. Plutôt que de tenter de répliquer la forme native des valves cardiaques, des études récentes ont suggéré une géométrie tubulaire. Cela permettrait une fabrication simplifiée, une implantation rapide, et un encombrement minimal en vue d'opérations percutanées. Cette approche minimaliste s'accorde bien avec la méthode d'auto-assemblage, qui a déjà été utilisée pour la production de vaisseaux de petits diamètres. Un total de 11 tubes ont été produits par l'enroulement de feuillets fibroblastiques auto-assemblés, puis ont été transférés sur des mandrins de diamètre inférieur, leur permettant de se contracter librement. La caractérisation de deux tubes contrôles a démontré que cette phase de précontraction était bénéfique pour les propriétés du tissu en plus de prévenir la contraction en bioréacteur. Les prototypes finaux pouvaient supporter un écoulement physiologique pulmonaire. Cette nouvelle méthode montre que le procédé d'auto-assemblage a le potentiel d'être utilisé pour fabriquer des valves cardiaques tubulaires. / High hopes are placed on tissue engineered heart valves to circumvent the restricted availability of allografts, the coagulation risks caused by mechanical valves and the limited durability of pericardial bioprostheses. With the self-assembly method, the only support for the cells is the extracellular matrix they themselves produce, allowing the tissue to be completely free from exogenous materials during its entire fabrication cycle. The project was preceded by those of the doctorate students Catherine Tremblay and Véronique Laterreur, who developed a new method to produce auto-assembled molded valves and a new version of the bioreactor used by our group, respectively. During this master, the new bioreactor has been adapted to a sterile use with living tissues and the molded valves method has been modified and tested with the production of 4 prototypes, which didn't provide satisfying results during their bioreactor trials. A new fabrication method was thus developed. Recently, the tubular shape has been suggested as a simple and effective geometry for tissue engineered heart valves, allowing easy fabrication, fast implantation, and minimal crimped footprint from a transcatheter delivery perspective. This minimalistic design is also well-suited for the self-assembly method, which has already proven its potential for small diameter vascular grafts. A total of 11 tubular constructs were produced by rolling self-assembled human fibroblastic sheets on solid mandrels. After maturation, the tissues were transferred onto smaller diameter mandrels to allow their free contraction. The characterization of two control tubes revealed that while preventing further contraction in the bioreactor, this precontraction phase was also beneficial for the tissue properties. The final prototypes could withstand a physiological pulmonary flow. This new method shows that the self-assembly process could be used to achieve functional tubular heart valves.