Les prothèses intraosseuses transcutanées pour amputations (ITAP) représentent une alternative prometteuse par rapport aux prothèses orthopédiques actuellement utilisées en clinique puisqu’elles pourraient diminuer, entre autres, la douleur et l’inconfort chez les patients. Cependant, l’infection, surtout à l’interface implant /peau, reste une complication importante dans ce type de chirurgie orthopédique. Le but de ce projet de recherche est donc de limiter les infections sur une prothèse en alliage de titane (Ti6Al4V ELI).Deux approches ont été établies. La première consiste à promouvoir l’adhésion des cellules de la peau par les peptides d’adhésion KRGDS et KYIGSR, ce qui permettrait de sceller la partie de l’implant qui sort de l’os et ainsi limiter les infections et la deuxième à agir directement sur les bactéries en les éliminant, par le peptide antimicrobien, Magainine 2 (Mag 2).Pour ce travail de thèse, les deux peptides d’adhésion, soit KRGDS et KYIGSR et le peptide antimicrobien, Mag 2, ont été greffés de façon covalente et stable via les bras d’ancrage phosphonates et dopamine à la surface du matériau Ti6Al4V ELI. La caractérisation physico-chimique de ces surfaces a permis de valider le greffage covalent et stable de ces peptides. Des tests cellulaires et bactériens ont été effectués sur les surfaces Ti6Al4V ELI brutes et fonctionnalisées par les différents peptides. Pour les tests cellulaires, il y aune bonne adhésion et prolifération cellulaire des fibroblastes dermiques pour les 4types de matériaux Ti6Al4V ELI. Par contre, la viabilité cellulaire est améliorée pour les échantillons avec peptides greffés, surtout KRGDS et Mag 2. D’autant plus, l’attachement dermique est nettement meilleur sur les surfaces fonctionnalisées par Mag 2 également. Concernant les tests de microbiologie, les résultats obtenus avec les bactéries Staphylococcus epidermidis ATCC-12228 montrent un léger effet antibactérien de la Mag 2 greffée sur la surface Ti6Al4V ELI. Dans le cadre de ce projet, la fonctionnalisation de surface par le peptide antimicrobien Mag 2 est la meilleure alternative pour limiter les infections sur les matériaux Ti6Al4V ELI. / Intraosseous Transcutaneous Amputation Prostheses (ITAPs) represent apromising alternative to orthopedic prostheses currently used in the clinic since they could reduce, among other things, pain and discomfort in patients. However, infection, especially at the implant / skin interface, remains a significant complicationin this type of orthopedic surgery. The aim of this research project is therefore to limit infections on a titanium alloy prosthesis (Ti6Al4V ELI). Two approaches have been established. The first is to promote the adhesion of skin cells by using the KRGDS and KYIGSR peptides, which would seal the part of the implant that comes out of the bone and thus limit infections and the second to act directly on bacteria by eliminating them, by using the antimicrobial peptide, Mag 2. For this thesis work, the two adhesion peptides, either KRGDS or KYIGSR and the antimicrobial peptide, Mag 2, were covalently grafted via the phosphonate and dopamine anchor arms to the surface of the Ti6Al4V ELI material. The physico-chemical characterization of these surfaces made it possible to validate the covalent and stable grafting of these peptides. Cellular and bacterial tests were carried out on bare Ti6Al4V ELI surfaces and functionalized by the various peptides. For cellular assays, there is good celladhesion and proliferation of dermal fibroblasts on the 4 types of Ti6Al4V ELI samples. In contrast, cell viability is improved for samples with grafted peptides,especially KRGDS and Mag 2. Moreover, dermal attachment is significantly betteron surfaces functionalized by Mag 2 as well. Regarding microbiology tests, the results obtained with Staphylococcus epidermidis ATCC12228 bacteria show a slight antibacterial effect of Mag 2 grafted onto the Ti6Al4V ELI surface. Within the framework of this project, the surface functionalization by the antimicrobial peptide Mag 2 is the best alternative to limit infections on Ti6Al4V ELI materials

L'objectif global de ce projet de doctorat est d'améliorer les qualités fonctionnelles des prothèses vasculaires de téflon (PTFE). En ce sens, deux stratégies ont été développées: l'une pour diminuer les risques de thromboses et l'autre pour inhiber l'hyperplasie intimale. Les thromboses se produisent dans les prothèses synthétiques car les matériaux utilisés sont non-hémocompatibles. Puisque le seul tissu hémocompatible connu est l'endothélium, le PTFE a été modifié afin de favoriser l'adhésion et la survie des cellules endothéliales. Le PTFE a d'abord été aminé par plasma d'ammoniac puis des bras d'ancrage ont été greffés sur les amines de la surface. Deux bras différents ont été employés, soit l'anhydride glutarique (GA) et le sulfo-SMPB (SMPB). L'autre extrémité des bras d'ancrage a été utilisée pour greffer la fibronectine (FN), une glycoprotéine d'adhésion présente dans les matrices extracellulaires. Le succès de chaque étape de modification à été vérifié par des analyses XPS. La quantité, l'activité et la conformation de la FN sur chacun des bras d'ancrage ont été étudiées par dosage radioactif, des essais d'adhésion cellulaire, ELISA, AFM et angle de contact. La FN favorise l'adhésion des cellules endothéliales sur le PTFE, particulièrement lorsqu'elle est greffée sur GA. La FN greffée sur GA a une plus grande activité biologique et une conformation plus étendue que celle greffée sur SMPB. L'hyperplasie intimale est un épaississement de la couche interne des artères dû à la migration et la prolifération des cellules musculaires lisses (SMCs) et à leur production de matrice extracellulaire. Cet épaississement entraîne une réduction de la lumière artérielle et du flux sanguin, puis ultimement, l'échec de la prothèse. Pour contrer ce phénomène, le potentiel du mésylate d'imatinib à inhiber spécifiquement les SMCs sans nuire à la croissance des cellules endothéliales a été évalué in vitro. Des essais de prolifération de cellules musculaires et endothéliales en mono et en co-culture ont été faits avec différentes concentrations de mésylate d'imatinib. Il a été démontré que des concentrations de 1.2 à 3.7µM de mésylate d'imatinib inhibent les SMCs et favorisent la prolifération des cellules endothéliales. De plus, l'analyse de l'expression des protéines PARP et caspase 3 clivée par western blot a montrée qu'à ces concentrations, le mésylate d'imatinib n'entraîne pas l'apoptose des cellules. / The overall objective of this Ph.D. thesis is to improve the patency of PTFE vascular prostheses. To achieve this goal, two strategies were developed: one aiming to decrease thromboses risks and the other to inhibit intimal hyperplasia. Thromboses happen in synthetic prostheses because they are made of non-haemocompatible materials. Since the only known haemocompatible tissue is the endothelium (monolayer of endothelial cells covering the inner wall of all blood vessels and heart), the PTFE was modified in order to promote adhesion and survival of endothelial cells. PTFE was first functionalized by low pressure ammonia plasma to introduce amino groups and linking arms were grafted onto these functional groups. Two different linkers were used, glutaric anhydride (GA) and sulfo-SMPB (SMPB). The free end of linking arms was used to graft fibronectin (FN), an adhesion protein found in most extracellular matrix. The success of each step of modification was ascertained by XPS analyses. FN quantity, activity and conformation on each linking arm was studied by radiolabeling assays, cellular adhesion assays, ELISA, AFM and contact angle. FN greatly promotes endothelial cell adhesion on PTFE, especially when it is grafted onto GA. It was demonstrated that FN grafted on GA had a better biological activity and a more unfolded conformation than FN grafted on SMPB. Intimal hyperplasia is a thickening of the innermost layer of artery wall due to migration and proliferation of smooth muscle cells and their matrix production. This thickening leads to a decrease in lumen size and blood flow which ultimately cause the prosthesis failure. To counter this phenomenon, the inhibition potential of imatinib mesylate over smooth muscle cells and its harmlessness to endothelial cells were evaluated in vitro. Proliferation assays of muscular and endothelial cells were performed in mono and co-culture with different imatinib mesylate concentrations. It was demonstrated that imatinib mesylate inhibits smooth muscle cells and promotes endothelial cell proliferation in a concentration range of 1.2 to 3.7µM. Furthermore, PARP and cleaved caspase 3 expression analyses by western blotting showed that in this concentration range, imatinib mesylate did not cause cell apoptosis.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La sténose aortique est une pathologie très fréquente. Selon les recommandations actuelles, les indications de remplacement valvulaire aortique en présence d'une sténose sévère reposent sur l'apparition de symptômes et/ou l'altération de fonction ventriculaire gauche. La mesure de la fonction ventriculaire gauche repose classiquement sur la mesure de la fraction d'éjection. Cependant, dans le contexte d'une sténose aortique, cet outil semble inadapté. Une façon indirecte d'évaluer la fonction ventriculaire pourrait être de se baser sur le degré de sévérité de la sténose. Plusieurs études ont en effet montré que la sévérité de la sténose aortique est intimement corrélée à l'altération de paramètres fins de fonction systolique du ventricule gauche mesurés par 1' étude echocardiographique de la déformation myocardique. Une altération de la fraction d'éjection est universellement reconnue comme étant associée à une augmentation de la mortalité opératoire après une chirurgie cardiaque incluant le remplacement valvulaire aortique. Par définition, la grande majorité des patients subissant un remplacement valvulaire ont une sténose sévère telle que définie par une aire de l'orifice valvulaire aortique <1.0 cm2. Cependant, il demeure une variabilité inter-individuelle importante au sein de cette plage de sévérité, i.e. de « légèrement » sévère à très sévère. De façon surprenante, l'impact de la sévérité de la sténose sur la mortalité opératoire après un remplacement valvulaire aortique est inconnu. Notre objectif principal était donc d'étudier si la sévérité de la sténose était associée, de façon indépendante, à une augmentation de la mortalité opératoire. Les recommandations américaines considèrent que les patients n'ayant ni symptômes, ni altération de leur fraction d'éjection ne devraient pas bénéficier d'un remplacement valvulaire aortique à moins qu'ils n'aient une sténose aortique très sévère (<0.6 cm2) et un risque opératoire très bas (<1%). Cette recommandation ne repose pas sur des données scientifiques spécifiques. Comme la sévérité de la sténose aortique est associée, entre autres, à des altérations de la géométrie et de la fonction ventriculaire qui pourraient obscurcir le pronostic postopératoire, nous avons essayé de quantifier la contribution indépendante de la sévérité de la sténose à la mortalité opératoire. Nous avons trouvé que la sévérité de la sténose aortique est associée à une augmentation indépendante de la mortalité opératoire. Dans les modèles prédictifs que nous avons construits, la mortalité opératoire est supérieure à 1% chez les patients ayant une sténose aortique très sévère, indépendamment de la présence de co-morbidités. Nos résultats enjoignent à une chirurgie de remplacement valvulaire plus précoce chez les patients atteints de sténose aortique afin d'éviter une augmentation de la mortalité opératoire.

Depuis plusieurs années la robotique est vue comme une solution clef pour améliorer la qualité de vie des personnes ayant subi une amputation. Pour créer de nouvelles prothèses intelligentes qui peuvent être facilement intégrées à la vie quotidienne et acceptée par ces personnes, celles-ci doivent être non-intrusives, fiables et peu coûteuses. L’électromyographie de surface fournit une interface intuitive et non intrusive basée sur l’activité musculaire de l’utilisateur permettant d’interagir avec des robots. Cependant, malgré des recherches approfondies dans le domaine de la classification des signaux sEMG, les classificateurs actuels manquent toujours de fiabilité, car ils ne sont pas robustes face au bruit à court terme (par exemple, petit déplacement des électrodes, fatigue musculaire) ou à long terme (par exemple, changement de la masse musculaire et des tissus adipeux) et requiert donc de recalibrer le classifieur de façon périodique. L’objectif de mon projet de recherche est de proposer une interface myoélectrique humain-robot basé sur des algorithmes d’apprentissage par transfert et d’adaptation de domaine afin d’augmenter la fiabilité du système à long-terme, tout en minimisant l’intrusivité (au niveau du temps de préparation) de ce genre de système. L’aspect non intrusif est obtenu en utilisant un bracelet à électrode sèche possédant dix canaux. Ce bracelet (3DC Armband) est de notre (Docteur Gabriel Gagnon-Turcotte, mes co-directeurs et moi-même) conception et a été réalisé durant mon doctorat. À l’heure d’écrire ces lignes, le 3DC Armband est le bracelet sans fil pour l’enregistrement de signaux sEMG le plus performant disponible. Contrairement aux dispositifs utilisant des électrodes à base de gel qui nécessitent un rasage de l’avant-bras, un nettoyage de la zone de placement et l’application d’un gel conducteur avant l’utilisation, le brassard du 3DC peut simplement être placé sur l’avant-bras sans aucune préparation. Cependant, cette facilité d’utilisation entraîne une diminution de la qualité de l’information du signal. Cette diminution provient du fait que les électrodes sèches obtiennent un signal plus bruité que celle à base de gel. En outre, des méthodes invasives peuvent réduire les déplacements d’électrodes lors de l’utilisation, contrairement au brassard. Pour remédier à cette dégradation de l’information, le projet de recherche s’appuiera sur l’apprentissage profond, et plus précisément sur les réseaux convolutionels. Le projet de recherche a été divisé en trois phases. La première porte sur la conception d’un classifieur permettant la reconnaissance de gestes de la main en temps réel. La deuxième porte sur l’implémentation d’un algorithme d’apprentissage par transfert afin de pouvoir profiter des données provenant d’autres personnes, permettant ainsi d’améliorer la classification des mouvements de la main pour un nouvel individu tout en diminuant le temps de préparation nécessaire pour utiliser le système. La troisième phase consiste en l’élaboration et l’implémentation des algorithmes d’adaptation de domaine et d’apprentissage faiblement supervisé afin de créer un classifieur qui soit robuste au changement à long terme. / For several years, robotics has been seen as a key solution to improve the quality of life of people living with upper-limb disabilities. To create new, smart prostheses that can easily be integrated into everyday life, they must be non-intrusive, reliable and inexpensive. Surface electromyography provides an intuitive interface based on a user’s muscle activity to interact with robots. However, despite extensive research in the field of sEMG signal classification, current classifiers still lack reliability due to their lack of robustness to short-term (e.g. small electrode displacement, muscle fatigue) or long-term (e.g. change in muscle mass and adipose tissue) noise. In practice, this mean that to be useful, classifier needs to be periodically re-calibrated, a time consuming process. The goal of my research project is to proposes a human-robot myoelectric interface based on transfer learning and domain adaptation algorithms to increase the reliability of the system in the long term, while at the same time reducing the intrusiveness (in terms of hardware and preparation time) of this kind of systems. The non-intrusive aspect is achieved from a dry-electrode armband featuring ten channels. This armband, named the 3DC Armband is from our (Dr. Gabriel Gagnon-Turcotte, my co-directors and myself) conception and was realized during my doctorate. At the time of writing, the 3DC Armband offers the best performance for currently available dry-electrodes, surface electromyographic armbands. Unlike gel-based electrodes which require intrusive skin preparation (i.e. shaving, cleaning the skin and applying conductive gel), the 3DC Armband can simply be placed on the forearm without any preparation. However, this ease of use results in a decrease in the quality of information. This decrease is due to the fact that the signal recorded by dry electrodes is inherently noisier than gel-based ones. In addition, other systems use invasive methods (intramuscular electromyography) to capture a cleaner signal and reduce the source of noises (e.g. electrode shift). To remedy this degradation of information resulting from the non-intrusiveness of the armband, this research project will rely on deep learning, and more specifically on convolutional networks. The research project was divided into three phases. The first is the design of a classifier allowing the recognition of hand gestures in real-time. The second is the implementation of a transfer learning algorithm to take advantage of the data recorded across multiple users, thereby improving the system’s accuracy, while decreasing the time required to use the system. The third phase is the development and implementation of a domain adaptation and self-supervised learning to enhance the classifier’s robustness to long-term changes.

"Thèse en cotutelle Doctorat en médecine expérimentale, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.), et Aix-Marseille Université, Marseille, France" / L’implantation de prothèse valvulaire aortique percutanée (TAVI), a émergé comme une alternative moins invasive que la chirurgie pour les patients avec sténose sévère et haut risque chirurgical. Les résultats prometteurs tant hémodynamiques que cliniques du TAVI pourraient conduire à étendre ce traitement à une population de plus en plus large avec anatomie plus complexe ou risque chirurgical plus bas, ainsi qu’aux patients avec bioprothèses chirurgicales (BPs) dégénérées. Cette dernière application également appelée « Valve-in-Valve » (ViV), consiste à implanter une prothèse percutanée dans une BP défaillante et permet d’éviter la réintervention chirurgicale invasive associée à un risque de mortalité augmenté. Cependant, deux complications hémodynamiques majeures limitent la généralisation de ces techniques percutanées. Dans le contexte du TAVI « classique », il s’agit des fuites périvalvulaires (PVL) dont la présence est associée à une mortalité augmentée. Ces fuites pourraient être plus sévères dans des anneaux non circulaires. L’effet du surdimensionnement de la prothèse percutanée, pour assurer son étanchéité, sur l’hémodynamie est mal connu et pourrait avoir un impact négatif. De plus, les exigences en termes de performance hémodynamique et de durabilité de la prothèse percutanée doivent être plus hautes chez une population à plus bas risque chirurgical. Il est donc important de déterminer la faisabilité du TAVI et de caractériser la performance hémodynamique dans ces situations d’implantation. Dans le contexte ViV, la présence de hauts gradients (≥ 20 mmHg) post-procéduraux est fréquente et a été associée à une mortalité augmentée. Ces gradients élevés, traduisent souvent une sténose résiduelle et sont particulièrement fréquents dans les BPs sténosées de taille nominale ≤ 21 mm. Les petites BPs et le mode de dégénérescence ont également été associés à une mortalité augmentée. Ainsi, le ViV n’est pas indiqué dans la plupart des petites BPs et par conséquent, il n’existe actuellement aucune recommandation pour leur traitement. Les facteurs que sont les petites BPs et le mode de dégénérescence actuellement mis en cause ne sont pas assez spécifiques et excluent trop de patients qui pourraient bénéficier du traitement. Par ailleurs, le bénéfice hémodynamique réel du ViV par rapport aux statuts avant ViV n’a pas été étudié. Il est donc nécessaire de préciser les facteurs associés non seulement à la performance hémodynamique post-ViV mais également à l’utilité du traitement. iv L’objectif général de ce travail doctoral est de comprendre les interactions entre la prothèse percutanée et l’anneau aortique ou la BP à traiter, impliquées dans la performance hémodynamique, en particulier dans des conditions d’implantation complexes, afin d’étendre les indications du TAVI. Dans le contexte ViV, le défi est de préciser les facteurs modifiables et non modifiables associés à la performance et à l’utilité hémodynamiques du traitement, afin d’identifier les patients susceptibles d’en bénéficier et de proposer des stratégies d’implantation pour éviter la sténose résiduelle. / Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has emerged as a less invasive alternative to surgery for patients with severe aortic stenosis and high surgical risk. The promising hemodynamic and clinical outcomes after TAVI has led to extend indications to a larger population including patients with complex anatomy or lower surgical risk, as well as patients with degenerated surgical bioprostheses (BPs). The latter application of TAVI referred to as Valve-in-Valve (ViV) consists in implanting a transcatheter prosthesis within a failing BP in order to avoid redo surgery which is associated with an increased risk of mortality. However, generalization of transcatheter procedures remains limited by 2 major concerns. Regarding "classical" TAVI, the incidence of perivalvular leaks has been associated with increased risk of mortality and may be worsened in non circular annuli. Oversizing, which is used to secure the device, might have a negative impact on the prosthesis hemodynamics but its real effect is unknown. Moreover, the treatment of a lower risk and younger population requires excellent hemodynamic performance and valve durability. It is thus necessary to determine the feasibility of TAVI and to assess the hemodynamic performance in those complex situations. Regarding ViV implantations, the Achille's heel has been residual stenosis. Indeed, elevated post-procedural gradients are common following ViV, especially in BPs with label size ≤ 21 mm, and have been associated with increased mortality. However, there is only few experience in small BPs which are currently excluded from ViV indications and for which there is no recommendation. The factors that have been identified are not specific enough and ViV might be beneficial to a large proportion of patients which are currently excluded from indications. Besides, the actual hemodynamic benefit associated with ViV has not been evaluated (vs. pre ViV status). It is thus necessary to determine precisely the factors associated with both post-ViV hemodynamic performance and which treatment utility. The general objective of this work is to understand the interactions between the transcatheter prosthesis and the aortic annulus or the BP to be treated, which impact the hemodynamic performance, especially in complex conditions of implantation, in order to extend the indications of TAVI. In the context of ViV, the objective is to specify the modifiable and non-modifiable factors associated with the hemodynamic performance and utility of the treatment. The final aim is to identify patients who will benefit from ViV and to provide strategies of implantation in order to avoid residual stenosis.

Au cours des dernières années, le progrès des dispositifs électroniques implantables alimentés par des technologies sans fil a évolué continuellement et le besoin d'une alimentation sans fil et durable devient nécessaire pour le développement de ces appareils. La transmission d'énergie sans fil est l'une des technologies clés ayant été utilisée dernièrement pour alimenter les implants biomédicaux. Elle a été en effet l'objet des recherches scientifiques pour le traitement des maladies chroniques. La recherche en neuroscience est l'une des applications où le transfert d'énergie sans fil a amélioré la performance des implants neuronaux et a participé à la réduction de la taille, la complexité et à la consommation d'énergie de ces dispositifs. Ces implants ne peuvent pas utiliser de grosses batteries en raison de l'espace limité et pour éviter le risque associé à la chirurgie invasive pouvant également changer les résultats des expériences. Cette thèse présente le développement d'un système de transmission d'énergie sans fil par couplage inductif pour l'alimentation d'une interface d'enregistrement neuronal. Le système réalisé évite d'utiliser des grosses batteries ou câbles pour fournir l'énergie à ces interfaces et augmente la durée de vie des batteries implantables afin d'effectuer des opérations électrophysiologiques sur les animaux vivants à long terme. Cette base aidera les médecins et neuroscientifiques à suivre le comportement de ces animaux en mouvement libre et pendant une longue période de temps et en tout sécurité. La plateforme sans fil développée utilise une cage énergétique afin d'effectuer ces opérations et dans le but de distribuer la puissance dans plusieurs positions en fonction des déplacements et les mouvements effectués par des animaux des tests à l'intérieur de la cage. Le travail réalisé dans ce mémoire fournit de nouvelles stratégies pour la conception optimale des systèmes d'alimentations sans fil avec des améliorations et de forts résultats expérimentaux. Il comprend en outre le développement de quatre systèmes. Tout d'abord, l'architecture de chaque système sera présentée d'une manière ingénieuse. Par la suite, les performances du système pour des tests expérimentaux seront expliqués. Les résultats de ces tests seront bien sûr interprétés tout en comparant avec des systèmes existants. Une validation de ces résultats sera finalement effectuée avec des animaux vivants pour tester la fonctionnalité de la plateforme dans un cadre réel. / In recent years, the progress of implantable electronic devices powered by wireless technologies has evolved continuously and the need for wireless and sustainable power becomes necessary for the development of these devices. The transmission of energy without wire is one of the key technologies used lately to power biomedical implants and which has been the subject of scientific research for the treatment of several diseases such as chronic diseases. Research in neuroscience is indeed one of the applications where wireless energy transfer has improved the performance of neural implants and participated in reducing the size, complexity, and power consumption of these devices. Since these implants cannot use large batteries due to the limited space of these implants and to avoid the risk associated with the surgery, the change of the folds which can also change the results of experiment. In this thesis, a wireless energy transmission system by inductive coupling is presented, this system is used to power a neural interface. Which has made it possible to avoid the use of large batteries or cables to provide energy to these interfaces and which has increase the lifespan of implantable batteries in order to perform electrophysiological operations on living animals and in the long term, this will help physicians and neuroscientists to follow the behavior of these animals in free movement and during a long period of time and in complete safety. The developed wireless platform uses an energy cage to perform these operations and to distribute the power in several positions according to the displacements and the movements carried out by the animals of the tests inside the cage. The work carried out in this thesis provides new strategies for the optimal design of wireless power systems, with innovations and strong experimental results. It also includes the development of four systems with innovations. Firstly, the architecture of each system will be genuinely presented. Furthermore, the performance of the system for testing of the experimental will be explained. The results of these tests will be indeed interpreted in comparison with existing systems. A validation of these results will be finally performed with live animals to test the functionality of the platform in a real setting.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Haute Alsace, Mulhouse, France / Le remplacement de la valve aortique par chirurgie non invasive TAVR est devenu une alternative au remplacement à cœur ouvert chez des patients à haut risque chirurgical. En 2018, plus de 300 000 patients à travers le monde ont reçu une valve aortique par voie transcathéter ce qui représente un marché mondial d'une valeur de 2 milliards de dollars par an. Cependant la durée de vie du tissu biologique utilisé pour réaliser les feuillets valvulaires dans les dispositifs existants reste une problématique à résoudre, car il existe très peu de données cliniques sur le sujet. En effet, l’implantation transcathéter impose des contraintes spécifiques, qui tendent à dégrader et fragiliser le matériau dont la durée de vie devient limitée. Le succès de la procédure TAVR favorise la recherche des matériaux synthétiques de remplacement valvulaires comme alternatives aux tissus biologiques, dont la durabilité reste inconnue. En particulier, la valve textile a récemment prouvé sa durabilité sur une étude In Vivo de 6 mois effectuée sur des moutons. La fibrose et la calcification restent cependant des facteurs critiques à contourner. Dans ce contexte, cette thèse s’inscrit dans la perspective de développer des stratégies pour améliorer labio compatibilité de la valve de substitution textile en polyéthylène téréphtalate PET. Dans le cadre de ce projet, deux stratégies ont été investiguées parallèlement pour limiter les problématiques de biocompatibilité de la valve textile. Premièrement, une fonctionnalisation de la valve textile au Polyéthylène glycol a été effectué pour augmenter son caractère hydrophile ce qui limiterait la fibrose. La valve est traitée en surface au plasma pour ne pas compromettre la flexibilité et les propriétés mécaniques du matériau textile. Une caractérisation du traitement ainsi que des études in vitro complétées par deux implantations in vivo ont été réalisées. Deuxièmement, un concept innovant de la valve hybride a été étudié. Ce concept consiste à élaborer un textile hybride composé d’un tissé de polytéréphtalathe d’éthylène (PET) auquel sera adjoint un textile non tissé de microfibres de PET afin de limiter la fibrose. Les caractéristiques physiques et les performances mécaniques de cette valve hybride ont été étudiées. Cette stratégie a été complétée par l’étude des intéractions du substrat de textile hybride avec les cellules. Des textiles hybrides de différents types ont été considérés pour démontrer l’influence de leurs propriétés physico-chimiques sur le comportement cellulaire. Cette étude vient confirmer le potentiel du concept de la valve hybride pour limiter le phénomène de fibrose Dans l’ensemble, ce projet de recherche a mis en évidence que ces deux stratégies ont bel et bien limité la fibrose mais ils ont révélé une problématique de calcification qui est critique dans la mesure où elle provoque la rigidification des feuillets de la valve. Plusieurs stratégies seront discutées pour limiter ce phénomène. / Over the last decade, transcatheter aortic valve replacement (TAVR) has become an accepted alternative technique to surgical valve replacement for over 300.000 patients worldwide in 2018, representing a global market worth-2 billion per year. This non-invasive technique provides increased comfort to the patient but is today mainly used for critical patients who cannot undergo classic surgery. Currently, the valve material used in the TAVR procedure is made of biologic tissues. However, there is a lack of data about the long-term durability of biological tissues used in transcatheter devices. Consequently, future devices should be manufactured with a smaller diameter in order to be more easily inserted through already diseased artery networks. Accordingly, it is of interest to investigate the potential of synthetic valve leaflet materials as an alternative to biological tissues. In particular, textile valves have recently proven durability in vivo over a 6 months period in animal sheep models. Exaggerated fibrotic tissue formation remains, however, a critical issue to be addressed. In this context, the aim of this work is to investigate strategies to improve the biocompatibility of the polyethylene terephthalate (PET) textile valve. As part of this project, two strategies were studied in order to limit the problems of biocompatibility of the textile valve. The first strategy consists on investigating the potential of PET textiles covalently conjugated with PEG to modulate the fibrosis formation both in vitro and in vivo. For this purpose, the surfaces of heart valves made of PET textiles were functionalized using an atmospheric pressure plasma in a gas environment enabling the formation of carboxylic acid (-COOH) groups on the surface of the material and further conjugated with PEGNH2. PEGylated surfaces were then characterized, and cell culture was carried out using rat cardiac fibroblast cells. In addition, an in vivo implantation of a PEG treated valve in a juvenile sheep model was performed and showed a significant fibrosis reduction. The implantation also revealed calcification issues that need to be addressed. The second strategy consists on investigating the design of a composite hybrid fibrous construction combining a woven PET layer and a non-woven PET mat, which are expected to provide respectively strength and appropriate topography towards limited fibrotic tissue ingrowth. For that purpose, a specific equipment has been developed to produce slight non-woven PET mats. These mats were assembled with woven PET substrates using various assembling techniques in order to obtain hybrid fibrous constructions. The physical and mechanical properties of the obtained materials were assessed and valve samples were manufactured to be tested in vitro for hydrodynamic performances. Then, a study of the interactions of the hybrid textile substrate with cells was conducted. Hybrid textiles of different types have been explored to demonstrate the influence of their physicochemical properties on cellular behavior. Results bring out that the composite hybrid fibrous construction is characterized by properties suitable for the valve leaflet function and for limiting the phenomenon of fibrosis, but the durability of the assembling is however limited under accelerated cyclic loading. Briefly, this research project revealed that these two strategies did indeed limit fibrosis, but that there is another problem of calcification that is critical as it stiffens the leaflets of the valve. Several strategies will be discussed to limit this phenomenon.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le projet vise à déterminer si l’utilisation d’une plaque palatine en acrylique faite sur mesure réduit la douleur post-opératoire en comparaison à un pansement de cyanoacrylate. Les patients ont été randomisés en deux groupes, l’un avec le port d’une plaque palatine et l’autre avec la mise en place du pansement de cyanoacrylate. Nous cherchons à déceler une diminution de la douleur de 50% afin de vérifier si l’utilisation de la plaque est justifiée. Nous avons évalué ce paramètre à l’aide d’un questionnaire, d’une échelle à gradation numérique (EGN) et de la prise de médicaments analgésiques. Selon nos résultats, l’utilisation d’une plaque palatine suite à une greffe autogène libre (GAL) n’est pas supérieure pour la réduction de la douleur en comparaison au pansement de cyanoacrylate. De plus, l’utilisation de la plaque ne permet pas de réduire la consommation de la médication analgésique post-opératoire. En conclusion, on ne peut justifier l’utilisation d’une plaque palatine pour la réduction significative de la douleur au palais.

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 décembre 2023) / Les propriétés mécaniques des prothèses dentaires complètes amovibles fabriquées par la méthode conventionnelle de mise en moufle par compression et par la technologie d'usinage sont bien documentées dans la littérature actuellement. Toutefois, les études discutant des propriétés mécaniques des bases de prothèses imprimées sont rares. L'objectif de ce projet est de comparer la ténacité à la fracture, la résistance à la flexion et le module d'élasticité de cinq différents matériaux de base de prothèses, produits par trois techniques différentes (conventionnelle, usinage et impression), sous trois différents protocoles de vieillissement à l'eau distillée (0, 7 et 30 jours). En respect de la Norme ISO 20795-1 s'appliquant aux polymères pour base de prothèses dentaires, un total de 750 échantillons a été produit, soit 150 échantillons pour chacun des 5 matériaux à l'étude : Lucitone 199 pour la technique conventionnelle, Lucitone 199 disque pour l'usinage ainsi que Formlabs, Dentca Denture Base 3 et Dentca Denture Base 4 pour l'impression. Les échantillons ont ensuite été polis, vieillis à l'eau distillée et soumis aux divers tests de propriétés mécaniques. La comparaison des données obtenues révèle une différence statistiquement significative entre les divers matériaux, et ce, pour chacun des groupes de vieillissement. Dans les limites de cette étude in vitro, le vieillissement par l'eau réduit la résistance en flexion et le module d'élasticité pour tous les échantillons à l'étude ainsi que la ténacité à la fracture pour les matériaux conventionnel et d'usinage. Le matériau d'impression de Formlabs est celui qui présente les plus grandes valeurs de résistance en flexion et de module d'élasticité. Pour la ténacité à la fracture, les matériaux conventionnel et d'usinage sont ceux présentant les plus grandes valeurs. De façon générale, les échantillons produits à partir des matériaux conventionnel et d'usinage sont moins affectés par le vieillissement que les résines d'impression à l'étude. / Mechanical properties of removable complete denture prostheses manufactured by conventional compression molding and by machining technology are well documented in the literature. However, studies discussing mechanical properties of 3d-printed prosthesis bases are scarce. The aim of this project is to compare the fracture toughness, flexural strength and modulus of elasticity of five different denture base materials, produced by three different techniques (conventional, machining and printing), under three different distilled water aging protocols (0, 7 and 30 days). In compliance with ISO 20795-1 applied to polymers for denture base materials, a total of 750 samples were produced, i.e., 150 samples for each of the 5 selected materials: Lucitone 199 for the conventional technique, Lucitone 199 disc for machining and Formlabs, Dentca Denture Base 3 and Dentca Denture Base 4 for printing. The samples were then polished, aged in distilled water, and subjected to mechanical properties testing. Comparison of the data obtained revealed a statistically significant difference between the various materials for each aging group. Within the limits of this in vitro study, water aging reduced flexural strength and modulus of elasticity of all studied specimens, as well as fracture toughness for both conventional and machined materials. Formlabs printing material had the highest values for flexural strength and modulus of elasticity. For fracture toughness, conventional and machined materials have the highest values. Samples produced from conventional and machined materials are less affected by aging compared to printed resins