Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Un nombre considérable de personnes dans le monde souffrent de diabète, et beaucoup d'entre elles souffrent d'ulcères du pied diabétique. La prise en charge des ulcères du pied diabétique représente un important défi pour les patients et pour le système de la santé. Durant le processus de cicatrisation, les fibroblastes jouent un rôle important dans les phases d'inflammation, de prolifération et de remodelage. La stimulation des propriétés cicatrisantes des fibroblastes pourrait faciliter le traitement des patients souffrant d'ulcères du pied diabétique. Plusieurs études suggèrent que le champ électrique (CE) peut être utile pour moduler les activités cellulaires. Cependant, l'utilisation du CE pour favoriser la cicatrisation demeure sporadique due au manque d'études relatives aux mécanismes cellulaires activés lors de l'exposition des cellules aux SE. L'objectif à long terme de cette étude est d'analyser la possibilité d'utiliser le CE pour promouvoir la cicatrisation tissulaire chez les patients diabétiques. L'objectif spécifique est d'étudier les effets de la SE sur les comportements des fibroblastes diabétiques humains. À cette fin, les fibroblastes isolés de patients atteints d'un ulcère du pied diabétique ont été cultivés sur une membrane PPy/HE/PLLA biologiquement active, biocompatible et conductrice, puis soumises à différentes CE. Dans la première étape, les paramètres optimaux se référant à l'intensité de la SE, au temps de stimulation, au temps de culture après stimulation et à la croissance cellulaire ont été déterminés. Ensuite, les intensités optimales de ES ont été sélectionnées pour étudier l'effet du CE sur les propriétés cicatrisantes des fibroblastes de diabétiques. Ces propriétés cicatrisantes incluent la croissance cellulaire, la migration, la contraction de la plaie, l'organisation de la matrice extracellulaire et la sécrétion de facteurs de croissance et les cytokines. Finalement, un tissu en trois dimensions a été produit. Ce tissu est composé de fibroblastes de diabétiques cultivés dans une matrice collagénique, et de kératinocytes de diabétiques. Ce modèle nous a permis d'évaluer l'efficacité de la SE à favoriser la cicatrisation chez les diabétiques. Nos travaux montrent que la membrane Ppy/HE/PLLA peut être un bon candidat pour transférer de faible SE vers les cellules de diabétiques. Nous avons démontré que la SE augmente la croissance, la migration des fibroblastes. La SE augmente la sécrétion de facteurs de croissance et de cytokines impliquées dans la cicatrisation. Aussi, la SE favorise la fermeture des plaies. En conclusion, nos travaux démontrent que la SE peut être utilisée en clinique pour favoriser la cicatrisation des ulcères de pied diabétique. / A considerable number of people around the world have diabetes, and many of them suffer from diabetic foot ulcers. The care of diabetic foot ulcers represents a significant challenge for medical professionals and patients and causes a heavy burden to the public health system. During the wound healing process, fibroblasts play important roles in inflammation, proliferation, and remodeling phases, which makes fibroblasts an interesting target for manipulation. Many publications have suggested that electrical field (EF) may be useful in modulating cellular activities. Furthermore, available clinical studies have demonstrated the positive effect of electrical stimulation (ES) on wound healing. However, EF has yet to be widely accepted as a tool to stimulate tissue regeneration. This scarcity of using EF is mostly because of the lack of mechanistic understanding of how cells, including fibroblasts, interact with and respond to EF. The goal of this study is to investigate the effect of ES on human diabetic fibroblast behaviors. For this purpose, fibroblasts isolated from patients with diabetic foot ulcers (DFU) and biologically active and biocompatible PPy/HE/PLLA membranes were used to study the effect of ES on diabetic fibroblasts. In the first step, optimal ES parameters, including EF intensity, time of stimulation, culture time after stimulation, and cell viability/growth were evaluated. Then, the optimized ES parameters were used to study the effect of EF on different aspects of the diabetic human skin fibroblasts (DHSF) including growth, migration, wound contraction, extracellular matrix organization, and the secretion of different proteins such as growth factors and cytokines. As the last step, a diabetic human skin equivalent was produced to study the effect of ES on the crosstalk between diabetic fibroblasts and keratinocytes including the production of basement membrane proteins. The results of this thesis show that PPy/HE/PLLA membranes can be a good candidate for transferring the low DC ES to the DHSF. Importantly, ES was found to modulate DHSF activities favoring wound healing. Furthermore, this thesis suggests that ES applied to diabetic human skin equivalents could be used to manage DFU in a clinical setting.

L'ulcère du pied diabétique (UPD), pathologie courante chez les patients diabétiques, est une plaie chronique qui peine à cicatriser et peut nécessiter l'amputation des membres inférieurs. Ainsi les patients diabétiques sont sujets à un nombre d'amputations 20 fois supérieur comparativement à des sujets sains. Notre hypothèse est qu'il est possible de modéliser différents aspects de cette pathologie en utilisant soit des cellules cutanées saines traitées avec du glyoxal, soit des cellules extraites de peaux de patients diabétiques. À ces fins, nous avons utilisé un biomatériau de collagène-chitosan pour produire deux modèles de cicatrisation et un tissu dermique endothélialisé. Le modèle de peau glyqué a été produit à partir de populations de fibroblastes et de kératinocytes isolées de prépuce. Les kératinocytes et les fibroblastes ont été ensemencés sur une éponge de collagène-chitosan. Après maturation de l'épiderme, les éponges ont été traitées avec du glyoxal pour simuler le diabète, de l'aminoguanidine qui est un inhibiteur de la glycation, ou les deux. Une plaie a ensuite été réalisée puis la réépithélialisation a été suivie pendant 8 jours. Nous avons alors observé une accumulation d'Advanced Glycation Endproducts (AGE), une perturbation de l'épiderme et une diminution des capacités de réépithélialisation dans les modèles glyqués. Ces effets ont été neutralisés par l'ajout d'aminoguanidine dans le milieu de culture. Le modèle de cicatrisation produit à partir de cellules de patients diabétiques de type 2 a été produit selon des méthodes similaires. Cependant, en parallèle ont été cultivés des feuillets de fibroblastes sains et diabétiques obtenus par autoassemblage pour permettre l'étude de l'état transcriptomique des cellules. Nous avons ainsi observé une désorganisation de l'épiderme et une diminution de la réépithélialisation. De plus, les données RNAseq indiquent une conservation d'un état transcriptomique correspondant au diabète en 3D, ce qui se traduit par la modulation de voies correspondant à l'inflammation, au métabolisme et à la régulation épigénétique. Enfin, nous avons développé un modèle de derme endothélialisé diabétique afin de reproduire le défaut d'angiogenèse des UPD. Les modèles ont été obtenus à partir de fibroblastes sains ou diabétiques et de cellules endothéliales microvasculaires saines transfectées pour produire de la GFP (Green Fluorescent Protein) et de la luciférase, ensemencés sur le biomatériau de collagène-chitosane. Nous avons alors quantifié le nombre de cellules endothéliales et le volume occupé par le réseau capillaire et ainsi observé une diminution des capacités du support angiogénique des fibroblastes diabétiques. Ceci était accompagné par une altération du profil sécrétoire de cytokines pro-angiogéniques dans les modèles. Pour conclure, nous avons réussi à produire deux modèles de cicatrisation et un tissu dermique capables de reproduire certaines caractéristiques d'un ulcère du pied diabétique afin de permettre le développement de nouveaux traitements pour l'UPD. / Diabetic foot ulcers (DFU), a common pathology in diabetic patients, are chronic wounds that fail to heal and may lead to the amputation of the lower limbs. Diabetic patients are 20 times more likely to undergo amputations than healthy subjects. Our main hypothesis is that it is possible to model different aspects of this pathology using either healthy skin cells treated with glyoxal or cells extracted from the skin of diabetic patients. To this end, we used a collagen-chitosan biomaterial to produce two wound healing models and an endothelialised dermal tissue. The glycated skin model was produced from populations of fibroblasts and keratinocytes isolated from foreskin. Keratinocytes and fibroblasts were seeded onto a collagen-chitosan sponge. Once the epidermis had matured, the sponges were treated with glyoxal to simulate diabetes, aminoguanidine, a glycation inhibitor, or both. A wound was then formed, and the re-epithelialization was monitored for 8 days. An accumulation of Advanced Glycation Endproducts (AGEs), a disruption of the epidermis and a reduction in the ability of glycated models to re-epithelialize were observed. These effects were neutralized by adding aminoguanidine to the culture medium. The wound healing model obtained from cells from type 2 diabetic patients was produced using similar methods. However, in parallel, sheets of healthy and diabetic fibroblasts obtained by the self-assembly approach were cultured in order to study the transcriptomic state of the cells. A disorganization of the epidermis and a reduction in re-epithelialization was then observed. In addition, RNAseq data indicated the conservation of a transcriptomic state corresponding to diabetes in 3D, resulting in the modulation of pathways corresponding to inflammation, metabolism and epigenetic regulation. Finally, we developed a model of diabetic endothelialized dermis in order to reproduce the angiogenesis defect of DFU. The models were obtained from healthy or diabetic fibroblasts and healthy microvascular endothelial cells transfected to produce GFP (Green Fluorescent Protein) and luciferase, seeded onto the collagen-chitosan biomaterial. The number of endothelial cells and the volume occupied by the capillary network was quantified and a reduction in the angiogenic support from diabetic fibroblasts was observed. This was accompanied by an alteration in the secretory profile of pro-angiogenic cytokines in the models. In conclusion, we have succeeded in producing two wound healing models and a dermal tissue capable of reproducing certain characteristics of a diabetic foot ulcer, with the aim of developing new treatments for DFU.

Objectifs : Le but du présent mémoire était de dresser un portrait global de la problématique des patients aux prises avec un ulcère plantaire diabétique (UPD) traités par une équipe interdisciplinaire spécialisée à la Clinique des plaies complexes (CPC) de l'Hôtel-Dieu de Lévis du Centre intégré de santé et de services sociaux (CISSS) de Chaudière-Appalaches et d'évaluer la qualité de la prise en charge basée sur des indicateurs de qualité reconnus. Méthodes et devis d'étude : Pour ce faire, premièrement, une étude rétrospective observationnelle d'une cohorte de patients adultes, diabétiques, avec un UPD, ayant fréquenté la CPC entre 2012 et 2018, a été réalisée. Un total de 140 patients a rempli les critères d'éligibilité. Les données ont été extraites des dossiers médicaux électroniques provenant de registres. Des analyses prédictives et explicatives ont été effectuées par régression logistique multivariée et au moyen de courbes Receiver Operating Characteristic (ROC). Deuxièmement, une analyse descriptive de la qualité des soins a été réalisée, basée sur le modèle étendu de Donabedian, à partir de 22 indicateurs de qualité reconnus (3 de structure, 9 de processus, 10 d'issues). Résultats : Près de la moitié des patients traités pour un UPD dans une clinique de soins des plaies selon une approche intégrée interdisciplinaire atteignent la guérison complète de leur plaie en 3 mois ou moins. Le meilleur prédicteur de la guérison de la plaie à trois mois était une réduction de l'aire de la plaie de 41,8% à un mois (aire sous la courbe ROC-AUC : 0,86; sensibilité : 83,1%; spécificité : 67,2%; valeur prédictive positive : 72,8%; valeur prédictive négative : 78,9%; rapports de vraisemblance positif et négatif : 2,53 et 0,25, respectivement). Les variables initiales associées négativement à ce prédicteur étaient : le sexe masculin (RC 3,58, IC95% : 1,30- 9,87), le tabagisme (RC 4,70, IC95% : 1,44-15,29) et la présence d'une onde monophasique au Doppler (RC 7,52, IC95% : 2,64-21,39). Les résultats suggèrent que les principaux indicateurs de structure et de processus ont été rencontrés, alors que les indicateurs d'issues ont été influencés par les caractéristiques de la population, particulièrement la maladie vasculaire athérosclérotique périphérique (MVAS) et l'ischémie critique chronique. Conclusions : Le clinicien devrait être particulièrement vigilant et intensifier sa prise en charge de l'UPD chez les patients masculins fumeurs présentant initialement une onde monophasique au Doppler, de même que chez tous ceux qui ne présentent pas de réduction de l'aire de la plaie d'au moins 41,8% après quatre semaines de traitements. Cette étude est l'une des premières à étudier la qualité des soins et de la prise en charge de l'UPD. Les résultats suggèrent que ce modèle de clinique avec une approche interdisciplinaire remplit une majorité de critères d'indicateurs de qualité. Considérant le fardeau socio-économique de l'UPD pour les patients, les établissements de santé et les décideurs politiques; qu'il n'y ait que peu d'études concernant l'évaluation de la qualité et de la performance des soins et de la prise en charge de l'UPD, nous suggérons davantage d'études sur le sujet. De la recherche portant sur la performance et centrée sur le patient, particulièrement par une approche de patients-partenaires, devrait être intégrée pour une perspective plus large et complète de l'évaluation des soins. / Objectives: The objectives of this Master's thesis were to determine the wound healing outcomes of patients with a diabetic foot ulcer (DFU) treated with an interdisciplinary team approach at the Complex Wound Care Clinic (CWCC) of Hôtel-Dieu de Lévis Hospital of Centre intégré de santé et de services sociaux (CISSS) de Chaudière-Appalaches and to evaluate its quality of care based on recognized quality indicators. Methods: First, a retrospective observational cohort study of adult patients, with a plantar DFU, treated between 2012 and 2018 at the CWCC, was conducted. A total of 140 patients were included. Data were retrieved from electronic medical charts based on registries. Predictive and explanatory analyses were conducted with logistic multivariate regression and Receiver Operating Characteristic (ROC) curves. Second, a descriptive analysis of the quality of care was performed with an extended Donabedian model based on 22 recognized quality indicators (3 for structure, 9 for processes, 10 for outcomes). Results: About half of patients with a DFU treated with an interdisciplinary team approach healed during the first 3 months. The best predictor of wound healing at 3 months was a 41.8% wound size reduction at 4 weeks (AUC: 0.86; sensitivity: 83.1%; specificity: 67.2%, positive predictive value: 72.8%; negative predictive value: 78.9%; positive and negative likelihood ratios: 2.53 and 0.25, respectively). Main baseline variables negatively associated with this predictor were: male gender (OR 3.58, 95% CI (1.30-9.87)), cigarette smoking (OR 4.70, 95% CI (1.44-15.29)), and a monophasic Doppler waveform (OR 7.52, 95% CI (2.64-21.39)). The principal indicators regarding structure and processes were met, while outcome indicators were influenced by study population characteristics, particularly peripheral artery disease (PAD) and critical-limb ischemia. Conclusions: The health care provider should be cautious, adopt a prompt response and intensify its management of DFUs particularly with patients of male gender, smoking, having a monophasic waveform with a hand-held Doppler, and not achieving a minimal 41.8% wound area reduction at four weeks of treatment. This study suggests that DFU care at a Canadian wound care clinic with an interdisciplinary approach meets a majority of quality of care indicators. The socio-economic burden of DFUs for patients, health care organizations and policy makers, and the paucity of quality and performance evaluations call for more studies evaluating DFU care. Patient-centered performance research, especially with a patient-as-partner approach, should be integrated for a broader and complete evaluation of care.