Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Face à l'émergence de la technologie laser sur les champs de bataille, la protection du combattant face à de potentielles agressions thermiques doit être assurée. Le contexte de cette étude, supportée par le ministère de la Défense, concerne principalement les interactions laser-peau (nue) et plus particulièrement la lésion qui peut en résulter : la brûlure. Afin d'observer les effets d'une telle agression sur ce matériau biologique, un modèle animal (le porc, dont la peau est très similaire à celle de l'Homme) est étudié selon trois longueurs d'onde. Se basant sur des études antérieures réalisées dans notre laboratoire ainsi que sur des recherches bibliographiques et considérant les résultats obtenus in-vivo, un modèle mathématique simulant les transferts de chaleur dans la peau soumise à des rayonnements lasers infrarouges est développé. Sa validation, à l'aide des expérimentations, permet de prédire les lésions que pourraient engendrer divers types d'agressions lasers sur le bras, le visage et sur la paume de la main. En complément, une étude est menée afin d'identifier un des paramètres clés de la modélisation : la diffusivité thermique d'un matériau biologique. Pour ce faire, considérant le cadre des méthodes périodiques, une analyse de sensibilité est effectuée pour désigner les paramètres dont les incertitudes influencent particulièrement les résultats et pour concevoir de manière optimale un banc expérimental dédié à l'identification. Enfin, les comparaisons, entre les résultats obtenus expérimentalement (avec les différents lasers) et ceux simulés, sont discutées et les perspectives de ces recherches sont présentées.

In vivo, l'épiderme se régénère en continu à travers la prolifération des cellules souches basales. Celles-ci obtenues à partir d'une biopsie cutanée, peuvent être greffées pour régénérer la peau. En vue de la transplantation kératinocytaire, nous avons étudié in vitro leur capacité à régénérer un épithélium en fonction de leur origine anatomique, et précisé leur phénotype. Par rapport aux différents sites étudiés, nous montrons que les kératinocytes issus de prépuce ont la plus grande capacité proliférative et régénérative, associée à une expression exacerbée de marqueurs d'immaturité, la p63 et la kératine 19 et une faible expression des marqueurs de la différenciation (involucrine et filagrine). Ces résultats nous ont amené à utiliser ces kératinocytes préputiaux en suspension pour transplanter les enfants brûlés, ce qui évite l'utilisation d'une membrane de transfert, source potentielle d'inefficacité. La transplantation des brûlures avec ces cellules autologues conduit à une épithélialisation accélérée avec une cicatrice de grande qualité. Ces résultats et la facilité de la procédure nous permettent de proposer la greffe autologue kératinocytaire de prépuce comme une procédure standard, qui peut être ajoutée à l'arsenal thérapeutique des équipes prenant en charge les enfants brûlés. / In vivo, the skin regenerates continuously through the proliferation of basal stem cells. That can be obtained from a skin biopsy and may be grafted to regenerate skin. In vitro, we studied the regenerative keratinocyte capacities according to site donors, and we noted that keratinocytes from foreskin have the greatest proliferative and regenerative capacities, combined with expression of progenitor cell markers (p63 and keratin 19) and low expression of epidermal differentiation markers (involucrin and filaggrin). These results led us to use these preputial keratinocytes in suspension for graft in burned children. Apply directly cells with a suspension device, eliminates the use of a transfer membrane and a potential source of inefficiency. In our study, boys grafted with autologous keratinocytes isolated from foreskin leads to epithelialization with a high quality of scar. This technique is easily applicable to a large number of pediatric surgery teams. Our clinical success and the safety of the procedure in the operating room enable us to propose the kératinocyataire autologous transplantation as a standard procedure, which can be added to the therapeutic armamentarium in burns.

L'utilisation d'appareils électriques, comme une cuisinière, par des personnes en perte d'autonomie représente souvent un risque important pour eux et leur environnement. Afin de réduire ce risque tout en permettant à ces personnes de poursuivre leurs activités, un projet de détection de danger par imagerie thermique a été mis sur pied. Ce projet a permis de réaliser un prototype fonctionnel permettant d’évaluer le danger associé aux activités de cuisson à l’aide d’un traitement à base d’intelligence artificielle et d'en informer l'usager. Les résultats laissent présager que l'approche utilisée pourrait permettre de détecter des dangers de brulure, ce qui représente un important gain sur les produits de sécurité existants. Par exemple, l'approche utilisant la logique floue se montre très utile pour différencier les types de dangers alors que l'approche utilisant des réseaux de neurones offre un plus grande précision sur une détection binaire de danger ou sécurité. À partir de ce prototype fonctionnel, un produit autonome, simple à installer et offrant une rétroaction appropriée à l'usager sur le niveau de danger de son usage de la cuisinière pourrait être développé.

Ce travail concerne l’étude des propriétés biologiques d’hydrogels physiques bicouches de chitosane, dont l’usage est destiné à la cicatrisation des brûlures du 3ème degré. L’étude bactériologique a révélé que les dispositifs présentaient des propriétés bactériostatiques voire bactéricides de grand intérêt pour l’application visée. L’étude à long terme de la cicatrisation en présence des hydrogels physiques bicouches de chitosane a montré que ces dispositifs permettent la reconstruction d’un tissu bien organisé, bien vascularisé et aux propriétés mécaniques et esthétiques similaires à celles d’un tissu sain. L’avantage thérapeutique du dispositif proposé est que le système hydrogel n’a pas à être remplacé au cours de la cicatrisation, contrairement aux pansements traditionnels qui nécessitent d’être changés régulièrement, impliquant risques d’infection, douleurs et altération du tissu en formation. Le tissu cutané a été étudié au cours de ce travail à différentes échelles et selon différentes approches complémentaires : une approche esthétique et clinique (photos, calques), mécanique (tests de traction), histologique et immuno-histologique, et enfin nanostructurale grâce à l’utilisation conjointe de la microscopie électronique et de la diffusion des rayons X aux petits angles. L’étude histologique détaillée des interactions biologiques entre le tissu hôte et le dispositif a permis de valider son caractère biocompatible, biorésorbable et colonisable, et d’envisager son utilisation en ingénierie tissulaire en tant que milieu à gradient de propriétés biologiques, favorable au développement de néo-tissu cutané. / This work deals with the study of the biological properties of bi-layered chitosan physical hydrogels within the context of third degree burns healing. These materials are elaborated thanks to the combination of two different gelification processes, without the use of any kind of chemical cross-linking agent. Chitosan physical hydrogels exhibit interesting antibacterial properties towards Gram+ and Gram- bacteria. Long term healing study shows that the use of physical hydrogels lead to a well-organized and well-vascularised regenerated skin, whose mechanical and aesthetic properties are similar to those of native skin. The main clinical benefit of this device is that it could be maintained during the all healing time, so as to prevent the risk of infection, the pain and the damages of neo-formed tissues. Skin has been studied with several approaches, namely aesthetic, clinical, mechanical, histological, immunohistological, and nanostructural (Small Angle X-ray Scattering) approaches. The detailed histological investigations confirm bi-layered hydrogels bioactivity and cellularizability: such devices can be considered as favourable media for tissue engineering.

Ce travail concerne l'étude des propriétés biologiques d'hydrogels physiques bicouches de chitosane, dont l'usage est destiné à la cicatrisation des brûlures du 3ème degré. L'étude bactériologique a révélé que les dispositifs présentaient des propriétés bactériostatiques voire bactéricides de grand intérêt pour l'application visée. L'étude à long terme de la cicatrisation en présence des hydrogels physiques bicouches de chitosane a montré que ces dispositifs permettent la reconstruction d'un tissu bien organisé, bien vascularisé et aux propriétés mécaniques et esthétiques similaires à celles d'un tissu sain. L'avantage thérapeutique du dispositif proposé est que le système hydrogel n'a pas à être remplacé au cours de la cicatrisation, contrairement aux pansements traditionnels qui nécessitent d'être changés régulièrement, impliquant risques d'infection, douleurs et altération du tissu en formation. Le tissu cutané a été étudié au cours de ce travail à différentes échelles et selon différentes approches complémentaires : une approche esthétique et clinique (photos, calques), mécanique (tests de traction), histologique et immuno-histologique, et enfin nanostructurale grâce à l'utilisation conjointe de la microscopie électronique et de la diffusion des rayons X aux petits angles. L'étude histologique détaillée des interactions biologiques entre le tissu hôte et le dispositif a permis de valider son caractère biocompatible, biorésorbable et colonisable, et d'envisager son utilisation en ingénierie tissulaire en tant que milieu à gradient de propriétés biologiques, favorable au développement de néo-tissu cutané.

La lewisite est une arsine organique de la catégorie des vésicants dont l'antidote est le British Anti-Lewisite. Cet agent chimique de guerre dont la menace d'utilisation reste d'actualité, provoque après contact cutané, des lésions allant de l'érythème à la vésication plus ou moins étendue selon la dose reçue. Les données de toxicité, en particulier humaines, sont restreintes et parfois contradictoires, ce qui limite la pertinence d'une description précise des symptômes et de leur chronologie d'apparition. Les traitements actuels des brûlures cutanées sont peu spécifiques, uniquement symptomatiques, et s'inspirent généralement des approches utilisées dans le cas des brûlures thermiques. Dans ce contexte, il nous a semblé important de mieux comprendre les mécanismes lésionnels associés à une exposition cutanée à la lewisite. Ces étapes de compréhension physiopathologiques permettent d'identifier des cibles potentielles pour des interventions pharmacologiques et sont également nécessaires et préalables à l'établissement de nouvelles stratégies curatives. C'est dans ce cadre que s'est inscrit notre travail de recherche. En privilégiant une approche expérimentale chez l'animal, la souris sans poils SKH-1, le travail a consisté dans un premier temps à décrire l'évolution temporelle des lésions cutanées induites par une exposition de la peau du dos de la souris à des vapeurs saturantes de lewisite. Le processus lésionnel a été suivi pendant les 3 premières semaines après l'exposition permettant ainsi de couvrir les différentes phases de la cicatrisation cutanée. Un suivi à plus long terme sur 27 semaines a été également réalisé. L'utilisation de différentes méthodes d'exploration fonctionnelle a permis d'étudier la couleur de la peau, d'évaluer l'intégrité de la fonction barrière ainsi que les propriétés biomécaniques de la peau. Ces études ont été complétées par des analyses microscopiques des tissus lésés. Dans un deuxième temps, des cibles clés de la toxicité cutanée de la lewisite ont été identifiées par des approches génomiques et biochimiques. Sur une cinétique courte de 7 jours après l'exposition, les transcrits de gènes cibles ont été quantifiés par RT-qPCR. Ces données ont été complétées par une analyse protéique faisant intervenir différentes méthodes d'analyse complémentaires de puce à protéines, de western blot et de zymographie sur une cinétique plus longue de 14 jours. Pour terminer, l'intérêt de la détersion hydrochirurgicale associée à une thérapie matricielle a été envisagé pour traiter les lésions cutanées induites par la lewisite. / Lewisite is an organic arsenical compound ranked among the vesicating agents whose antidote is the British Anti-Lewisite. This chemical warfare agent remains a current threat and generates damage ranging from erythema to vesication, larger or smaller depending on the dose received after skin contact. Only few data are available regarding the toxicity on human and are sometimes contradictory. Therefore, the relevance of the description of the symptoms and their chronology of apparition are limited. Current treatments of skin burns are not specific, only symptomatic and are closed to those used to treat thermal burns. In such context, we consider it important to gain better understanding of the injury mechanisms associated with skin exposure to lewisite. These understanding stages of the physiopathology aim at identifying potential targets for pharmacological interventions and are necessary and prerequisites for the establishment of new curative strategies. It is within this framework that our investigations are based on. An appropriate experimental approach was conducted using the SKH-1 hairless mouse. In the first place, the aim was to describe the time course of skin lesions development induced by exposure to saturating vapors of lewisite on the dorsal skin of the mouse. The injury process was monitored throughout the first 3 weeks after exposure in order to cover the different phases of wound healing. A long term monitoring throughout 27 weeks was also performed. The use of several methods of functional exploration has enabled the study of the skin color, the evaluation of the integrity of the barrier function and the biomechanical properties of the skin. These studies were completed by microscopic analyses of the injured tissues. In a second step, key targets of the lewisite skin toxicity were identified by genomic and biochemical approaches. The transcripts of the target genes were quantified by RT-qPCR in a 7-day kinetic after exposure. Data were completed by protein analyses involving complementary analytical methods (antibody array, western blot, gel zymography in a 14-day kinetic. Lastly, a combination of hydrosurgical debridement and matrix therapy was assessed and considered in order to treat skin lesions induced by lewisite.

INTRODUCTION. La guérison rapide des sites donneurs des greffes cutanées favorise la survie des victimes de brûlures graves (>50 % de superficie brûlée). La mortalité élevée de ces patients est attribuable au fait que la superficie des brûlures excède celle de la peau saine. Des cultures épithéliales autologues (CEA) sont des feuillets de kératinocytes produits en culture à partir de la peau du patient. Cette étude a évalué l’effet des CEA sur l'épithélialisation des sites donneurs chez les grands brûlés. MÉTHODES. Tous les patients recevant des CEA ont été prospectivement inclus. Les plaies des sites donneurs ont été recouvertes de CEA, sauf pour une région contrôle randomisée de 7 x 7 cm. Des biopsies faites sur la greffe de peau ont permis de contrôler la profondeur des plaies sur les sites donneurs. Il y avait deux types de contrôles, avec gaze non adhérente trempée dans le milieu de culture ou dans le salin. L’épithélialisation était quantifiée globalement (% d’épithélialisation par photographie) et histologiquement (par biopsie au poinçon) à simple insu. La guérison des zones de contrôle et CEA était comparée par analyse de variance et par le test de Student. RÉSULTATS. Entre 2008 et 2009, 6 patients furent recrutés avec un total de 11 sites donneurs. Ces patients avaient en moyenne 43.5 ans, 56 % de superficie brûlée, 45% de brûlure pleine épaisseur, 66% avaient une brûlure d’inhalation, 75 jours de séjour. Il n’y a aucune corrélation entre le pourcentage d’épithélialisation et l’épaisseur du prélèvement des greffes (Pearson 0.19). Le score photographique est significativement influencé par le traitement (CEA vs Contrôle; p = 0,039) et par le jour postopératoire (p < 0,001). Le temps moyen pour atteindre un score photographique de guérison pour les zones contrôles fut de 10.2 jours contre 8.6 jours pour le CEA (p = 0,021). A l’évaluation histologique, les sites donneurs traités par le milieu de culture ont évolué aussi favorablement que ceux traités par des feuillets de CEA. CONCLUSION. L’utilisation de CEA sur les sites donneurs semble accélérer leur épithélialisation chez les victimes de brûlures graves. Cet effet est probablement le résultat d’une stimulation de la réépithélialisation innée de la plaie, plutôt que par une adhérence des feuillets de kératinocytes cultivés à la surface de la plaie. / RATIONALE: Prompt healing of split thickness skin graft donor sites is primordial to the survival of severely burned patients. Increased mortality of patients with >50 % TBSA is attributable to the limited availability of donor sites. This study evaluated the effect of Cultured Epithelial Autograft (CEA) application on skin graft donor site healing. METHODS: All burn patients receiving CEA were prospectively included. Donor site wounds were covered with CEA except a randomly designated 7x7 cm control region. Autograft biopsies were taken to document graft harvest thickness. One half of the controls were covered with non-adherent gauze soaked in the culture media and the other controls only received a non-adherent gauze dressing. Epithelialization was objectively evaluated by scoring blinded photographs with an analogue scale. Punch biopsies of the donor sites were evaluated histologically. Repeated measures ANOVA and T-test were used. RESULTS: Between 2008 and 2009, 6 patients were enrolled for a total of 11 donor sites. The patients averaged 43.5 years, 56 % TBSA, 45 % FT-TBSA, 66 % had inhalation injury and mean length of stay was 75 days. As expected, dermatome settings and autograft thickness measured by microscope did not correlate (Pearson 0.19). There was no correlation between the percentage of epithelialization of the punch biopsies of the donor sites and the thickness of the harvest. Photographic score was significantly influenced by its treatment CEA vs Control (p=0.039) and by postoperative day (p<0.001). Mean time to healing was 8.6 days for CEA compared to 10.2 days for controls (p=0.021). Infection was noted on only one donor site. On histologic analysis, the control sites dressed with gauze soaked in the culture media healed as nicely and promptly as the CEA sheet treated region. CONCLUSION: Use of CEA on donor sites appears to stimulate epithelialization. This effect is probably mediated by stimulation of local wound healing processes rather than by engraftment of keratinocytes from the CEA sheets.

INTRODUCTION. La guérison rapide des sites donneurs des greffes cutanées favorise la survie des victimes de brûlures graves (>50 % de superficie brûlée). La mortalité élevée de ces patients est attribuable au fait que la superficie des brûlures excède celle de la peau saine. Des cultures épithéliales autologues (CEA) sont des feuillets de kératinocytes produits en culture à partir de la peau du patient. Cette étude a évalué l’effet des CEA sur l'épithélialisation des sites donneurs chez les grands brûlés. MÉTHODES. Tous les patients recevant des CEA ont été prospectivement inclus. Les plaies des sites donneurs ont été recouvertes de CEA, sauf pour une région contrôle randomisée de 7 x 7 cm. Des biopsies faites sur la greffe de peau ont permis de contrôler la profondeur des plaies sur les sites donneurs. Il y avait deux types de contrôles, avec gaze non adhérente trempée dans le milieu de culture ou dans le salin. L’épithélialisation était quantifiée globalement (% d’épithélialisation par photographie) et histologiquement (par biopsie au poinçon) à simple insu. La guérison des zones de contrôle et CEA était comparée par analyse de variance et par le test de Student. RÉSULTATS. Entre 2008 et 2009, 6 patients furent recrutés avec un total de 11 sites donneurs. Ces patients avaient en moyenne 43.5 ans, 56 % de superficie brûlée, 45% de brûlure pleine épaisseur, 66% avaient une brûlure d’inhalation, 75 jours de séjour. Il n’y a aucune corrélation entre le pourcentage d’épithélialisation et l’épaisseur du prélèvement des greffes (Pearson 0.19). Le score photographique est significativement influencé par le traitement (CEA vs Contrôle; p = 0,039) et par le jour postopératoire (p < 0,001). Le temps moyen pour atteindre un score photographique de guérison pour les zones contrôles fut de 10.2 jours contre 8.6 jours pour le CEA (p = 0,021). A l’évaluation histologique, les sites donneurs traités par le milieu de culture ont évolué aussi favorablement que ceux traités par des feuillets de CEA. CONCLUSION. L’utilisation de CEA sur les sites donneurs semble accélérer leur épithélialisation chez les victimes de brûlures graves. Cet effet est probablement le résultat d’une stimulation de la réépithélialisation innée de la plaie, plutôt que par une adhérence des feuillets de kératinocytes cultivés à la surface de la plaie. / RATIONALE: Prompt healing of split thickness skin graft donor sites is primordial to the survival of severely burned patients. Increased mortality of patients with >50 % TBSA is attributable to the limited availability of donor sites. This study evaluated the effect of Cultured Epithelial Autograft (CEA) application on skin graft donor site healing. METHODS: All burn patients receiving CEA were prospectively included. Donor site wounds were covered with CEA except a randomly designated 7x7 cm control region. Autograft biopsies were taken to document graft harvest thickness. One half of the controls were covered with non-adherent gauze soaked in the culture media and the other controls only received a non-adherent gauze dressing. Epithelialization was objectively evaluated by scoring blinded photographs with an analogue scale. Punch biopsies of the donor sites were evaluated histologically. Repeated measures ANOVA and T-test were used. RESULTS: Between 2008 and 2009, 6 patients were enrolled for a total of 11 donor sites. The patients averaged 43.5 years, 56 % TBSA, 45 % FT-TBSA, 66 % had inhalation injury and mean length of stay was 75 days. As expected, dermatome settings and autograft thickness measured by microscope did not correlate (Pearson 0.19). There was no correlation between the percentage of epithelialization of the punch biopsies of the donor sites and the thickness of the harvest. Photographic score was significantly influenced by its treatment CEA vs Control (p=0.039) and by postoperative day (p<0.001). Mean time to healing was 8.6 days for CEA compared to 10.2 days for controls (p=0.021). Infection was noted on only one donor site. On histologic analysis, the control sites dressed with gauze soaked in the culture media healed as nicely and promptly as the CEA sheet treated region. CONCLUSION: Use of CEA on donor sites appears to stimulate epithelialization. This effect is probably mediated by stimulation of local wound healing processes rather than by engraftment of keratinocytes from the CEA sheets.