Il existe un besoin clinique pour les prothèses vasculaires de faible diamètre (< 6 mm), notamment pour effectuer des pontages vasculaires. Les prothèses synthétiques de faible diamètre, n’ayant pas d’endothélium, sont sujettes à la thrombose. Ainsi les chirurgiens préfèrent utiliser les vaisseaux autologues des patients. Pour cela, la veine saphène est de loin la plus utilisée. Cependant, de nombreux patients n’ont pas de vaisseaux adéquats, soit parce qu’ils ont déjà été utilisés, soit parce qu’ils sont malades. Pour pallier ce manque, le LOEX a développé un substitut vasculaire reconstruit en laboratoire par la méthode d’auto-assemblage du génie tissulaire. Ces substituts, faits à partir de cellules humaines, ont une longue période de production et ne peuvent être faits à l’avance ni préservés. L’objectif principal de cette thèse est le développement d’une prothèse vasculaire de faible diamètre facilitant le transfert du laboratoire vers la clinique. S’inspirant de travaux antérieurs, les travaux focalisent sur des prothèses obtenues à partir de fibroblastes dermiques humains puis décellularisés. Comme la réponse immunitaire se fait principalement contre les cellules et non pas contre la matrice extracellulaire, la décellularisation permet de gagner une compatibilité immunitaire inter-individu, voire inter-espèce. Ainsi, des prothèses ont été implantées dans six rats pendant six mois sans immunosuppression avec un taux de succès de 83%. Les explants présentaient une infiltration cellulaire suggérant la formation d’une nouvelle media recouverte d’un endothélium. Par ailleurs, nous avons démontré qu’il était également possible de produire des prothèses de grandeur et diamètre adéquats pour une utilisation clinique. Ces prothèses ont été préservées durant trois mois sans altérer leurs propriétés mécaniques. Nous avons également endothélialisé des vaisseaux qui ont ensuite été conditionnés en bioréacteur durant une semaine. Le processus entraînait une compaction de la matrice extracellulaire et un gain dans la résistance à la traction du matériau. En conclusion, les prothèses vasculaires décellularisées offrent deux avantages majeurs facilitant ainsi les essais précliniques et accélérant leur transfert du laboratoire vers les patients. / There is a clinical need for small-diameter vascular prostheses (< 6 mm), particularly for coronary and femoro-popliteal bypasses. Small-diameter synthetic vascular prostheses, comprising no endothelium, present an unacceptable risk of thrombotic occlusion. For this reason, it is preferable to use autologous vessels from the patients. The saphenous vein is the gold standard for most bypasses. However, many patients have diseased vessels or vessels that have already been used. For these reasons, the LOEX has developed a tissue-engineered blood vessel using the method of self-assembly. Such vessels have a long period of production and cannot be made in advance and stored. Moreover, obstacles slow down the realization of preclinical studies; indeed, given the use of human cells, either new autologous animal models must be developed or experimental animals must be immunosuppressed. The main objective of this thesis is to optimize a small-diameter tissue-engineered blood vessel in order to accelerate the translation from the laboratory to a clinical setting. Inspired by previous work, the studies presented in this thesis have focused on vessels produced from human dermal fibroblasts which were then decellularized. Since the immune response is mostly directed against cells and not against the extracellular matrix, the decellularization allows inter-individual and inter-species immunological compatibility. We have successfully implanted five out of six non-immunosuppressed rats for a period of 6 months. Explants presented cellular infiltrations suggesting the formation of a new media covered by a confluent endothelium. We have thereby shown that vessels of an appropriate length and diameter could be produced for clinical applications. These vessels were preserved for up to three months without showing any sign of mechanical degradation. We have also endothelialized such vessels that were conditioned for one week in a bioreactor. The process led to a compaction of the extracellular matrix and an increase in the ultimate tensile strength. In conclusion, the possibility of making the decellularized vessels in advance and to use them in various preclinical animal models could greatly accelerate the clinical translation from the laboratory to patients.

Les cellules et la matrice extracellulaire composant les tissus humains ont une architecture tridimensionnelle organisée leur conférant des propriétés propres à leur physiologie. La plupart des substituts créés par génie tissulaire ne possèdent pas cette organisation architecturale leur permettant d'être physiologiquement comparable aux tissus à remplacer. Cela s'avère particulièrement crucial lors de la conception de substituts vasculaires où les propriétés mécaniques ont une importance primordiale afin de résister à la pression artérielle, mais aussi la compliance nécessaire pour ne pas induire une athérosclérose postimplantation due à une trop grande rigidité. De plus, les présents modèles vasculaires conçus par génie tissulaire n'intègrent pas la microcirculation dans les parois vasculaires. Les vasa vasorum, capillaires de l'adventice, servent à nourrir et oxygéner les parois des vaisseaux sanguins et ont probablement un rôle clé dans l'intégration dans les tissus avoisinants des substituts vasculaires. À ces fins, nous avons conçu un biomatériau pouvant être microstructuré afin de reproduire une topographie similaire à celle composant le micro environnement des tissus. Les polymères thermoplastiques permettent la production à grande échelle de substrats avec une nanotopographie de surface permettant l'alignement des cellules et de la matrice extracellulaire. Nous avons fait la démonstration que ces substrats permettent l'auto-assemblage tridimensionnel des cellules et de la matrice extracellulaire suivant un angle précis, lequel correspond à la même organisation physiologique intrinsèque du tissu et varie en fonction du type cellulaire en culture. Pour les cellules musculaires lisses vasculaires composant la média, nous avons montré que cette organisation se traduit par une augmentation de plus de 100% en résistance mécanique. D'autre part, une nouvelle technique de culture cellulaire pour les adventices vasculaires a permis de créer un réseau de capillaires in vitro s'apparentant au vasa vasorum. Ces substituts vasculaires ont été implantés en sous-cutané dans un modèle animal permettant de démontrer la rapidité d'intégration des tissus pré-vascularisés (48h) en comparaison avec des tissus non-vascularisés (141). Ces améliorations aux substituts vasculaires leurs confèrent une importante ressemblance anatomique et physiologique avec les vaisseaux utilisés notamment pour les pontages des artères soit coronaires ou périphériques, les rapprochant ainsi d'une utilisation en clinique.

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, 2009-2010 / Les propriétés biomécaniques des tissus produits par génie tissulaire sont une des caractéristiques qui permet d'évaluer leur fonctionnalité. Ces propriétés peuvent dépendre, entre autres, de la méthode de fabrication utilisée lors de l'assemblage des tissus, du type de cellules utilisé lors de la reconstruction des tissus et des facteurs environnementaux cellulaires et tissulaires en présence lors de la culture des tissus. Dans le but de produire des tissus possédant des propriétés optimales pour d'éventuelles applications cliniques, il est important d'analyser et de comprendre le comportement biomécanique des tissus et de développer des méthodes de fabrication qui permettent de les produire de façon fiable et reproductible. L'objectif principal de cette thèse de doctorat était d'optimiser la fabrication des substituts vasculaires et cutanés reconstruits par la méthode d'auto-assemblage, par la compréhension de leur comportement biomécanique. Les travaux ont d'abord été dirigés vers le développement d'une nouvelle méthode de fabrication qui a permis d'augmenter l'efficacité de la production des substituts vasculaires et d'améliorer leurs propriétés mécaniques et viscoélastiques. Par la suite, des travaux ont été réalisés dans le but d'optimiser la production des substituts cutanés. Les résultats obtenus ont démontré qu'il était possible, par de nouvelles méthodes d'assemblage, d'augmenter la surface des substituts cutanés sans influencer leur structure ni leur contractilité. Un autre objectif poursuivi était de déterminer si l'utilisation de diverses sources cellulaires pouvait avoir une incidence sur les caractéristiques structurales et biomécaniques des substituts vasculaires. Ces travaux ont montré que les cellules artérielles et veineuses permettaient de produire des substituts vasculaires adéquats et que ceux produits à partir de cellules artérielles possédaient des propriétés mécaniques et élastiques supérieures à celles de tissus produits à partir de cellules veineuses. Dans le but de poursuivre l'optimisation de la fonctionnalité et des propriétés biomécaniques des tissus reconstruits, des méthodes permettant de stimuler mécaniquement les tissus pendant leur culture ont été développées. L'étude de la structure et des propriétés mécaniques des tissus résultant de cette culture dynamique a démontré une orientation axiale des composantes tissulaires, en plus d'une augmentation de la production des éléments de la matrice extracellulaire et d'une amélioration des propriétés mécaniques des tissus. En conclusion, le développement de ces nouvelles méthodes de fabrication a permis d'optimiser et de mieux définir certaines propriétés biomécaniques des substituts vasculaires et cutanés et a ainsi contribué à en améliorer leur fonctionnalité pour d'éventuelles applications cliniques.

Depuis trente ans, des efforts ont été menés dans le domaine de l'ingénierie des matériaux afin de concevoir des appareils médicaux pouvant être en contact avec les tissus humains. Néanmoins l'interaction entre la surface du matériau et l'environnement physiologique entraine la plupart du temps des complications. Le laboratoire d'ingénierie des surfaces est spécialisé dans l'élaboration de surfaces biomimétiques capables d'interagir de manière proactive avec leur environnement. Pour des applications cardiovasculaires, une des stratégies consiste à utiliser des protéines de la matrice extracellulaire, comme la fibronectine, connue pour la promotion de l'adhésion des cellules endothéliales. Dans ce contexte, parce que la bioactivité de la fibronectine est fortement liée à sa conformation, l'objectif est de comparer différentes stratégies d'immobilisation en caractérisant la quantité de fibronectine immobilisée ainsi que son activité biologique. Les précédentes études menées au laboratoire ont souligné le fait que la fibronectine immobilisée par les cystéines présente une meilleur bioactivité que lorsque celle-ci est immobilisée par les groupements lysines qu'elle contient. L'actuel projet porte sur l'étude de l'influence de l'utilisation d'un bras d'ancrage hydrophile ou hydrophobe entre la protéine et la surface sur la bioactivité de la protéine. Les résultats ont d'une part montré l'efficacité des bras d'ancrage dans l'immobilisation de la fibronectine et d'autre part les limites de leur utilisation pour une étude comparative portant sur la quantification et la bioactivité de la protéine.

La méthode d'auto-assemblage développée dans notre laboratoire a permis de mettre au point une prothèse vasculaire de faible diamètre composée uniquement de cellules humaines. Cette prothèse possède plusieurs caractéristiques propres aux vaisseaux sanguins natifs. Un des rôles principaux des vaisseaux sanguins est la régulation du tonus musculaire par la contraction et la relaxation suite à l'action de différentes hormones. La technique d'auto-assemblage permet la reconstruction de chacune des différentes tuniques du vaisseau indépendamment les unes des autres. La modulation du tonus vasculaire médiée par les cellules musculaires lisses de la média a pu tout d'abord être évaluée. L'endothéline est le vasopresseur le plus puissant connu à ce jour et est impliquée dans la régulation du tonus musculaire et de la résistance périphérique. La présence d'un système endothélinergique fonctionnel sur la média de la prothèse vasculaire a été étudiée. Les résultats montrent que la média de cette prothèse possède un système endothélinergique fonctionnel et identique à celui retrouvé dans le tissu d'origine des cellules prélevées pour reconstruire la prothèse vasculaire. De plus, suite à ces résultats, différentes prothèses vasculaires possédant une expression différentielle des récepteurs aux endothélines ont été créées. Le rôle de l'adventice dans la régulation du tonus vasculaire n'est pas bien établi. Par la technique d'auto-assemblage, une média, une adventice et une media+une adventice ont pu être reconstruites afin d'étudier l'implication de l'adventice dans la vasoréactivité du vaisseau sanguin. Les résultats montrent une implication directe de l'adventice dans la réponse vasoactive du vaisseau. De plus, un nouveau modèle pharmacologique d'adventice a été créé. Ainsi, la technique d'auto-assemblage constitue un substitut vasculaire fonctionnel de choix pour la recherche fondamentale et pharmacologique.

Thèse en cotutelle, Université Laval Québec, Canada, et Université de Toulouse III, Toulouse, France / Chaque année, environ 1,5 million de patients requièrent un remplacement vasculaire en réponse à une athérosclérose avancée, causant le rétrécissement interne des vaisseaux sanguins. Malheureusement, encore aujourd’hui les matériaux synthétiques utilisés pour remplacer les artères de petits diamètres (inférieurs à 6 mm) restent associés à un haut taux d’échecs, démontrant ainsi un manque de biocompatibilité certain. L’une des principales complications observées est l’hyperplasie néointimale artérielle caractérisée par l’obstruction du vaisseau sanguin due à la prolifération tridimensionnelle de cellules sur la paroi interne de la prothèse. Différentes stratégies visant à limiter cette réaction naturelle sont aujourd’hui envisagées, notamment l’utilisation d’un système à libération contrôlée de médicament intégré localement aux prothèses vasculaires. En parallèle, l’essor des technologies plasma a permis de montrer qu’il était possible de revêtir la surface de matériel biomédical pour améliorer son interaction avec un environnement biologique. La stratégie consiste à utiliser l’énergie et la réactivité d’un plasma pour polymériser un précurseur gazeux. En sélectionnant la structure moléculaire du précurseur et les conditions expérimentales du plasma appropriées, il est possible de déposer un polymère plasma à la surface du matériel sélectionné pour lui conférer des propriétés sur mesure. C’est dans ce contexte que cette thèse a consisté à synthétiser, à l’aide d’un plasma, une matrice polymère plasma biodégradable pour revêtir la paroi interne d’une prothèse vasculaire, dans le but d’y incorporer un médicament choisi de façon à limiter l’hyperplasie néointimale. Ce projet a permis d’une part de réaliser une preuve de concept en déposant un revêtement polymère plasma dégradable par décharge à barrière diélectrique en configuration planaire. En utilisant le lactate d’éthyle en tant que précurseur et après de nombreuses analyses, des conditions de dépôt optimales ont pu être élues pour leur potentiel dans le cadre d’applications vasculaires. D’autre part, grâce à une caractérisation approfondie de la décharge, une corrélation étroite entre la physico-chimie du plasma et les dépôts dégradables obtenus a pu être établie. Afin d’élargir les possibilités de vitesse de dégradation, l’influence d’une alimentation impulsionnelle sur la décharge et sur le dépôt a de plus été étudiée. Si la manière d’apporter l’énergie a eu une forte influence sur la décharge, aucune influence majeure n’a été notée sur la chimie et la morphologie des dépôts faits à partir de lactate d’éthyle. Enfin, la construction d’un réacteur plasma tubulaire permettant de déposer la matrice développée à l’intérieur de prothèses artérielles a permis de s’étendre aux conditions réelles de dépôt. Dans l’ensemble, ce projet de recherche a mis en évidence le potentiel des procédés plasma pour le développement de matrices polymères plasma dégradables, notamment dans le cadre de systèmes à libération contrôlée et locale de médicaments pour des applications en chirurgie vasculaire. D’un point de vue de la physique des plasmas, ce travail a de plus souligné l’importance de l’étude de la décharge dans de véritables conditions de dépôt de couches minces. / Every year, about 1.5 million patients need a vascular replacement due to advanced arteriosclerosis, which causes the internal narrowing of blood vessels. Unfortunately, even today the synthetic materials used to replace small diameter arteries (below 6 mm) remain associated with low patency rate, which demonstrates an evident lack of biocompatibility. One of the main observed complications is arterial neointimal hyperplasia, which is characterized by the blood vessel obstruction due to the tridimensional proliferation of cells on the graft internal wall. Different strategies aiming at limiting this body reaction are currently considered, in particular the use of a drug delivery system locally integrated to the vascular grafts. Concurrently, the rise of plasma technologies enabled to demonstrate the possibility to coat the surface of biomedical devices to improve their interaction with a biological environment. The strategy consists in using the plasma energy and reactivity to polymerize a gaseous precursor. By selecting the appropriate precursor molecular structure and plasma experimental conditions, one can build up a plasma polymer with tailored properties. It is in this context that this thesis consisted in synthesizing, using plasma, a biodegradable polymeric plasma polymer matrix to coat the internal wall of a vascular graft, with the goal to incorporate a drug chosen to limit neointimal hyperplasia. On one hand, this project acted as proof of concept by developing a degradable plasma polymer coating using a planar dielectric barrier discharge. After extensive studies using ethyl lactate as precursor, optimal chemical vapor deposition conditions were elected for their potential in terms of vascular applications. On the other hand, thanks to an extended discharge characterization, a strong correlation was established between the plasma physico-chemistry and the properties of the degradable coatings synthesized. In addition, to broaden possibilities in terms of degradation rate, the influence of a squared pulse power supply on the discharge and the coating was studied. If changing the way to bring the energy had a strong influence on the discharge, no major influence was noticed on the ethyl lactate-based coatings’ chemistry and morphology. Finally, a tubular plasma reactor was build up to empower the internal wall of vascular prosthesis to be coated, which enabled to extend this project to the deposition conditions of its final application. Overall, this research project highlighted the potential of plasma processes for the development of degradable plasma polymer matrices, particularly for local drug delivery systems for vascular applications. On a physics perspective, this work emphasized the importance of studying the discharge under actual thin layer deposition conditions.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La media vasculaire est au coeur des processus physiopathologiques qui entraînent le développement de l’athérosclérose. L’utilisation d’une media reconstruite par génie tissulaire permet d’étudier les cellules musculaires lisses (CML) humaines dans un environnement plus physiologique que les cellules en culture monocouche. Les travaux présentés dans cette thèse sont orientés autour de la media vasculaire reconstruite par génie tissulaire comme modèle d’étude pharmacologique et prothèse vasculaire autologue. La première partie des travaux porte sur l’étude des interactions de cette tunique avec les microparticules (MP) circulantes. D’abord, nous avons montré que la présence de l’adventice modifie la réponse de la media aux MP produites in vitro à partir des lymphocytes T. Ensuite, l’étude de l’effet des MP isolées du sérum de patients en choc septique sur la media humaine a démontré que ces MP sont en mesure d’augmenter la contraction de la media par un mécanisme impliquant une diminution du NO et une augmentation de l’expression de l’ARN messager de l’interleukine-10. L’incubation de la media reconstruite avec cette cytokine anti-inflammatoire bloque l’hyporéactivité induite par les lipopolysaccharides. Le même phénomène a été reproduit in vivo, chez le rongeur. Ces résultats suggèrent que les SMP auraient un effet protecteur sur la fonction vasculaire, en potentialisant la contraction de la media. Ensuite, nous avons optimisé l’approche de reconstruction de prothèses vasculaires par auto-assemblage proposée initialement pour l’adapter au contexte particulier des CML. L’objectif principal était de permettre l’étude physiopathologique de la media à partir de toutes les lignées de CML; indépendamment de leur capacité de synthèse de matrice extracellulaire. Pour ce faire, nous avons développé un échafaudage de matrice extracellulaire produit par auto-assemblage à partir de fibroblastes humains. L’utilisation de cet échafaudage génère une media plus résistante et plus contractile que la technique initiale. Enfin, une anisotropie a été créée dans cet échafaudage pour permettre une orientation physiologique des CML. La media reconstruite devient ainsi plus résistante et plus contractile. Ces améliorations permettent de reconstruire des media à partir des cellules de plus de patients et mèneront à des études pharmacologiques plus représentatives de la population. Cet échafaudage facilitera la translation clinique de ce modèle de media reconstruite par génie tissulaire. / The pathological processes that result in the development of atherosclerostic lesions take place in the vascular media layer. This condition is responsible for half of cardiovascular associated fatalities. The development of a tissue-engineered blood vessel can contribute to the in vitro study of the human media in a 3-dimensional environment. This blood vessel can also be used as a prosthesis for arterial bypasses. The work presented here focus on the reconstructed vascular media as a pharmacological model and a potential vascular substitute. The vascular media reconstructed by self-assembly was used to study the interactions between this layer and circulating microparticles (MPs). We demonstrated that the adventitia layer can influence the response of the media to T-Lymphocytes derived MPs. Next, we investigated the influence of MPs isolated from whole blood of septic shock patients (SMPs), on the human engineered media. This study demonstrated that the SMPs decrease nitric oxide (NO) production and increase interleukin-10 (IL-10) messenger RNA in the media layer. Incubation of reconstructed media with this anti-inflammatory cytokine blocks the hyporeactivity induced by lipopolysaccharides. This finding was confirmed in vivo, in rodents. Therefore, the elevation of MP levels in sepsis is potentially probeneficial to the cardiovascular function in this pathology. We then investigated the feasibility of improving the reconstructed media in order to facilitate the physiopathological studies of this layer and improve the potential of a smooth muscle cell (SMC)-containing substitutes to be implanted in human. Therefore, the self-assembly approach was used to generate an extracellular matrix (ECM) scaffold, produced in vitro by fibroblasts, in which SMCs can be seeded. After a week of culture in a decellularised matrix scaffold, the SMC-containing sheets were rolled around a mandrel to form a media layer. This engineered media demonstrated an increase mechanical resistance and contractility as compared with the original technique. Finally, we created an anisotropic ECM scaffold that can direct the orientation of SMCs to reproduce the physiological orientation of that layer. Reconstructed media produced using those anisotropic scaffolds were more resistant and contractile than the ones reconstructed using isotropic scaffolds. These improvements will facilitate the reconstruction of a media layer using pathological cells from patients and could lead to more representative pharmacological study of this layer. Moreover, this scaffold will facilitate the clinical translation of the model from bench to bedside.

Thèse en cotutelle présentée au département des mines, de la métallurgie et des matériaux, Université Laval, Québec et École doctorale Jean-Henry Lambert, Université de Haute-Alsace, Mulhouse. / Les prothèses vasculaires textiles en polyethylene téréphtalate (PET) sont utilisées depuis plus de cinquante ans en chirurgie cardiovasculaire. Elles sont fiables pour les grands diamètres (>8mm), cependant des occlusions se présentent souvent après implantation pour les petits diamètres (6-8mm). L'occlusion survient, car la surface des prothèses est peu hémocompatible. Or, l'hémocompatibilité des prothèses serait largement améliorée si ces dernières se recouvraient d'une couche de cellules endothéliales qui tapissent naturellement les vaisseaux sanguins. Cependant, ce recouvrement n'est pas ou peu observé sur les prothèses implantées. Les matrices protéiniques qui servent avant tout à perméabiliser la prothèse et qui recouvrent les prothèses n'ont pas d'effet positif sur l'endothélialisation. Ce projet vise à mettre en évidence que les textiles bruts ne sont pas un support viable pour le développement de ces cellules endothéliales, puis propose de remplacer les matrices protéiniques par un recouvrement synthétique. Pour ce faire, de l'acide poly-L-lactique solubilisé a été filé sous forme de nanofibres non tissées et déposées sur la surface luminale de la prothèse textile de PET. L'étirage par jet d'air utilisé pour former ces fibres a été d'abord caractérisé selon un modèle plan, puis adapté à la forme tubulaire des prothèses. Les nanofibres ont été évaluées sur le plan de la cytocompatibilité, de l'adhérence et de la prolifération avec un modèle de cellules endothéliales animales. Enfin, ce travail vise à optimiser l'adhérence de ces fibres sur le PET par l'emploi d'une technique de modification de surface par plasma à pression atmosphérique. Les résultats montrent qu'il est possible de produire des nanofibres d'acide polylactique et de contrôler leur diamètre en ajustant la concentration de la solution. Ces nanofibres permettent de sceller la paroi de la prothèse textile et présentent des taux de cristallinité variables en fonction des paramètres de filage. Enfin, les cellules endothéliales prolifèrent en monocouche sur des prothèses recouvertes de nanofibres. Par ailleurs, il est possible d'optimiser l'adhérence des nanofibres sur le PET avec un traitement par plasma à pression atmosphérique. En conclusion nous avons proposé une alternative prometteuse à l'enduction traditionnelle des prothèses pour favoriser la prolifération en monocouche des cellules endothéliales.

Ce mémoire de maîtrise s'insère dans un projet visant l'augmentation de la durabilité des prothèses artérielles implantées chez des sujets atteints de maladies cardiovasculaires. Au delà de 350 000 prothèses artérielles synthétiques sont implantées chaque année dans les pays occidentaux. Des études ont démontré que sur 398 prothèses de moyens diamètres explantées pour des complications diverses 65% d'entre elles avaient dues être retirées à cause de thromboses [1]. La formation des thromboses est directement reliée à l'activation des mécanismes de coagulation par le contact du sang avec le matériel synthétique. La thrombogénicité peut être éliminée par une endothélialisation de la surface interne de la prothèse. La présence de ligands organiques spécifiques aux récepteurs cellulaires a des effets sur les voies de communications tout en fournissant un point d'encrage aux cellules [2]. Des études récentes ont démontré que la disposition géométrique de ces ligands a un impact modulateur du comportement cellulaire [3]. La première phase du projet consistait à créer un appareil permettant d'obtenir des schémas microscopiques (micropatrons) de peptides sur des surfaces de polytétrafluoroéthylène (PTFE ou Téflon™). La technique de « micropatterning » développée utilise les propriétés intrinsèques des aérosols. Lorsque le liquide vaporisé entre en contact avec la surface, il créé des taches microscopiques circulaires. Les molécules en solution peuvent alors réagir avec la surface préparée à les recevoir. La caractérisation des patrons a été faite à l'aide de la microscopie optique et d'un logiciel de traitement de l'image. La deuxième phase consistait à observer l'effet des schémas microscopiques sur les cellules endothéliales. Les tests ont été faits avec des cellules endothéliales aortiques bovine (BAECs). Deux séquences peptidiques de la fibronectine (CGRGDS et CWQPPRARI) choisies pour leurs propriétés spécifiques ont été greffées sur le PTFE selon des schémas prédéterminés. La caractérisation des tapis cellulaires a été fait par immunofluorescence et analyse numérique d'images. Le traitement de la surface interne d'une prothèse artérielle en PTFE favorisera l'endothélialisation dans le but de ralentir la formation de thromboses. / This thesis is part of a project aiming to increase the durability of implanted arterial prostheses among subjects affected by cardiovascular illnesses. Beyond 350 000 synthetic arterial prostheses are implanted every year in the western countries. Previous works demonstrated that for 398 prostheses explanted for various complications 65% among them had been withdrawn because of thromboses [1]. The formation of the thromboses is joined directly to the activation of the coagulation mechanisms by the contact of blood with the synthetic material. The thrombogenicity could be eliminated by an endothelialization of the internal surface of the prosthesis. The presence of organic ligands specific to the cellular receptors has some effects on the pathways of communications while providing an anchorage for cells [2]. Some recent studies demonstrated that the geometric disposition of these ligands also has an important impact on the cellular behavior [3]. The first phase of this work consisted in creating a device permitting to obtain microscopic peptides patterns on PTFE surfaces. The technique of micropatterning uses the intrinsic properties of aerosols to reproduce patterns that have some features similar to those of a living organism. When the aerosol enters in contact with the surface, it creates circular microscopic spots of solution. The molecules in solution can thus react with the surface chemically prepared to receive them. The characterization of the patterns has been made by optic microscopy and software images analysis. The second phase consisted in observing the effect of microscopic patterns on the bovine aortic endothelial cells (BAECs). Two peptide sequences from fibronectin (CGRGDS and CWQPPRARI) were bounded on the PTFE. The peptides diagrams created on the surface encouraged the growth of the endothelial cells. The characterization of the cellular covering has been made by immunofluorescence and numeric analysis of pictures. The treatment of the internal surface of an arterial prosthesis made of PTFE will encourage the endothelialization in the goal to slow down the formation of thromboses.