Ce projet de thèse concerne les 2 principales complications rencontrées en pratique clinique dans les suites de l’angioplastie-stenting artériel : la resténose et la thrombose aigüe. Pour remédier à ce problème, des stents enrobés d’agents antiprolifératifs sont déjà sur le marché, mais leurs résultats restent décevants en raison de l’augmentation du taux de thrombose tardive intrastent (RR 1,2 vs stent nu) à l’origine d’une surmortalité (RR 1,32 vs stent nu) [Lagerqvist Bo et al., N Eng J Med 2007]. Dans ce travail, nous proposons d’immobiliser sur le stent une ancre spécifique au substrat métallique soit pour immobiliser i) la molécule thérapeutique, soit pour immobiliser ii) une matrice polymère sur laquelle sera adsorbée une molécule thérapeutique dans le cas d’un système à libération prolongée; cette dernière ciblant la resténose et la thrombose. Cette ancre, issue des protéines permettant l’accroche des moules marinières à tout type de substrat [Waite JH et al., Science 1981], est la base commune pour une immobilisation par liaisons covalentes de la molécule thérapeutique ou du système polymère. La première partie du projet concernait la mise au point de l’ancre chimique spécifique dans le cadre d’une immobilisation de surface. Avec cette technique d’immobilisation, l’ancre dopamine inclue un ester activé, permettant de générer un polymère de longueur de chaine contrôlé et capable d’adsorber une quantité contrôlée et définie de molécule thérapeutique [C Zobrist et al., Macromolecules 2011]. Ce polymère de N-(Acryloyloxy)succinimide a pu être caractérisé et couplé à une molécule de glucosamine, protéoglycane aux caractéristiques pertinentes dans la problématique développée. Ce modèle a été validé sur le plan chimique et biologique. Les résultats restaient décevants concernant la prolifération des cellules musculaires lisses qui sont les cellules cibles dans la resténose.L’ancre dopamine a par la suite était modifiée dans le but de permettre le greffage d’autres fonctions chimiques, notamment amines et acides. Elle a finalement été utilisée en conditions basiques (pH 8,5) permettant d’obtenir une polydopamine [Lee et al., Science 2007].Cette polydopamine a permis l’interaction sur notre surface d’un polymère bien connu au sein de notre unité et déjà employé pour la fonctionnalisation des tissus dans le domaine biomédical, le polymère de cyclodextrine (CD) [Martel B et al., European Polymer Journal 1995]. Les CD sont des oligosaccharides cycliques sous forme de cône tronqué possédant une cavité hydrophobe interne et des groupements hydroxyles à l’extérieur engendrant un caractère hydrophile. Cette structure cyclique leur confère la capacité de former des complexes d’inclusion réversibles avec un grand nombre de molécules hydrophobes. Elles peuvent donc stocker une molécule thérapeutique en grande quantité et ont la capacité de la libérer dans le temps.L’ensemble des paramètres du procédé de fonctionnalisation permettant l’adsorption de ces 2 couches successives : polydopamine et polymère de CD a pu être optimisé. La complexation de deux molécules thérapeutiques d’intérêt à notre plateforme fonctionnalisée a pu être réalisée: la simvastatine et le paclitaxel. La simvastatine, de la famille des statines, est une molécule pléïotrope, régulatrice de la dysfonction endothéliale ; elle limite la réaction inflammatoire locale impliquée à la fois dans les phénomènes de resténose et de thrombose [Balk EM et al., Am J Med. 2004]. Le paclitaxel est un agent immunosuppresseur et antiprolifératif limitant la prolifération de la néointima [Creel CJ et al., Circ Res 2000]. Nous avons comparé notre plateforme avec un système actuellement sur le marché, le système PTX « polymer-free » mise au point par Dake et al. [Dake et al., JVIR 2011]. [...] / This work has focused on 2 major issues encountered after angioplasty and stenting of arterial occlusive disease: intra-stent restenosis and thrombosis.To prevent these postoperative complications, drug eluting stents (DES) have been developed and are currently available for clinical use; they elute antiproliferative drugs overtime which limit smooth muscle cells migration and proliferation. Long-term results of DES are jeopardized by a high late in-stent thrombosis rate (RR 1.2 vs bare metal stent) which is correlated to a higher late death rate (RR 1.32 vs bare metal stent) [Lagerqvist Bo et al., N Eng J Med 2007]. We present an original process of immobilization of a specific anchor on a metallic substrate which has the ability to directly immobilize drugs onto the metallic surface. It can also indirectly using specific biocompatible polymers load drugs onto the metallic surface which would be eluted overtime. The target for both systems is the cellular response involved in the restenosis and thrombosis process.This specific anchor, which is dedicated to several substrates, is developed from marine mussels gel [Waite JH et al., Science 1981]. It is currently a common basis for covalent immobilization of drugs and/or polymer systems able to sustain drug release.The first part of the project involved the development of a specific chemical anchor through an immobilization surface strategy. This dopamine anchor includes an activated ester, which is the starting point of the creation of a polymer with defined and controlled chain length. The generated polymer of N-(Acryloyloxy)succinimide has the ability to absorb a controlled and defined amount of drug; it has been linked with glucosamine to illustrate the potential of the system - glucosamine is a proteoglycan from the extracellular matrix of the arterial wall. The system has then been characterized and optimized for every parameters; unfortunately, results were not as good as expected regarding SMC proliferation.The Dopamine anchor has thus been modified to allow interactions with more chemical functions, including amino- and carboxylic functions. Finally, we used it under alkaline conditions (pH=8.5) where dopamine generated a network of polydopamine [Lee et al., Science 2007].Afterwards, we report an original functionalization of metallic surfaces with a hydrophilic, biocompatible and biodegradable cyclodextrin based polymer. This polymer acts as a reservoir for hydrophobic drugs allowing the sustained release of anti-proliferative drugs and promotes natural arterial wall healing. The polymer of CD is well-known in our research department and has already been used as an active coating onto textile for vascular devices [Martel B et al., European Polymer Journal 1995]. In this setting polydopamine was applied as a first coating layer onto the metallic surface in order to promote a strong anchorage of a cyclodextrin based polymer that was “in situ” generated from the native cyclodextrins and citric acid as a crosslinking agent through a polycondensation reaction. After optimization of the grafting process, the ability of this system to act as a drug eluting system was evaluated with paclitaxel (PTX) and simvastatine. PTX is a reference drug for current vascular drug eluting stents [Creel CJ et al., Circ Res 2000]. PTX is currently coated on vascular stents with a “polymer-free” method [Dake et al., JVIR 2011]. It is a highly lipophilic antiproliferative drug, and that “polymer free” system was compared as a positive control to our functionalized scaffold. We compared the results of our functionalized surface loaded of PTX and Simvastatin. Simvastatin is a pleiotropic molecule with targeted actions on arterial disease, inflammatory process and dyslipidemia [Balk EM et al., Am J Med. 2004]. [...]

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

Introduction : Linflammation intervient à tous les stades dans la pathogénie de l'athérosclérose. Initialement, la maladie est caractérisée par une dysfonction endothéliale favorisée par les facteurs de risque cardiovasculaires classiques, des forces hémodynamiques anormales, et des substances vasoactives. A la faveur de cette dysfonction, des processus inflammatoires participent à la formation de la plaque dathérosclérose (1).Les lipoprotéines de basse densité pénètrent dans l'intima artérielle et subissent des modifications chimiques oxydatives responsables de réactions inflammatoires secondaires via la transcription nucléaire du facteur B. Des monocytes circulants activés adhèrent ensuite à la surface endothéliale, la traversent et se différencient en macrophages (activation via l'expression de molécules d'adhésion à la surface endothéliale : VCAM-1 et ICAM-1, qui lient des ligands de la famille des intégrines présents sur la membrane des leucocytes ; sélectines E et P). Cette migration subendothéliale est favorisée par la présence de chémoattractants. Les macrophages se transforment en cellules spumeuses en phagocytant les LDL oxydées via des récepteurs "scavengers". Les lipides d'abord intracellulaires vont devenir extracellulaires et se regrouper pour former un amas appelé le cur lipidique. Des lymphocytes T activés sont aussi présents et interagissent avec les macrophages, entretenant une réaction inflammatoire chronique qui favorise la croissance de la plaque. La plaque adulte est composée d'une chape fibro-musculaire (cellules musculaires lisses, protéines de matrice extracellulaire) séparant le coeur lipidique de la lumière artérielle. Au début, la croissance de la plaque nimplique pas obligatoirement une réduction de la lumière, laugmentation du volume de la plaque dans la paroi étant compensée par une majoration de la taille du vaisseau (remodelage positif). Des cytokines pro-inflammatoires (TNF-, interleukines 1, ...) induisent l'expression de métalloprotéinases par les cellules de la plaque ce qui conduit à sa fragilisation. Dautres cytokines ont des propriétés anti-inflammatoires et l'activité des métalloprotéinases peut être neutralisée par des inhibiteurs spécifiques naturels (TIMP-1, TIMP-2). La stabilité de la plaque résulte donc déquilibres complexes encore imparfaitement compris. La rupture de la plaque est le point de départ de l'évolution thrombotique dont l'importance est variable mais il est vraisemblable que certaines érosions ou ruptures n'entraînent pas de thrombose, favorisant par contre la croissance de la plaque. Activation inflammatoire induite par l'angioplastie dans les syndromes coronariens stables et instables, influence des dommages myocardiques : La CRP ultrasensible (CRPus) possède un pouvoir prédictif de complications chez les patients atteints d'infarctus aigu du myocarde, d'angor stable ou instable. L'origine de cette inflammation est incertaine : réaction inflammatoire au sein même de la plaque ? embolisation a partir d'une plaque friable avec nécrose infra-clinique ? Nous avons donc étudié l'influence pronostique des marqueurs inflammatoires mesurés avant et après l'angioplastie (ACP) et leur relation avec les marqueurs spécifiques de dommage myocardique (troponines). 200 patients (39 à 85 ans) traités par ACP avec ou sans stent entre 01/97 et 05/99 furent étudiés et suivis afin de dépister la survenue de complications. 20% des patients présentaient avant lACP une CRP us > à 6 mg/l. Après ACP, les taux de CRP us > à 6 mg/l et à 12 mg/l étaient respectivement de 40,8 % et 26,4%. Avant lACP, tous les patients présentaient une valeur de troponine I normale alors qu'après lACP, 10,6 % avaient une troponine I > à 5µg/l. Durant le suivi moyen de 38 mois, nous avons recensé 52 événements cardiovasculaires majeurs : 9 décès, 12 infarctus, 5 pontages aorto-coronaire, 26 resténoses, 13 ACP sur une autre lésion que celle traitée initialement. En analyse multivariée, étaient prédictifs de complication : la troponine I après ACP, la CRP us après ACP, les antécédents d'hypertension artérielle et dACP préalable (p<0.05). Nous avons évalué une association entre entre la CRP us après ACP et l'élévation de troponine. Le test t de Student montrait une différence moyenne entre les taux de CRP us pré- et post-ACP de 3,75 mg/l chez les patients avec troponine < à 5µg/l après ACP et de 6,85 mg/l chez ceux avec troponine >5µg/l (p < 0,02). Dans cette étude, l'inflammation et lembolisation après ACP sont prédictives d'événements cardiovasculaires à moyen terme le. L'association entre la CRP us et la troponine après ACP suggère un lien entre ces 2 marqueurs, les patients présentant une inflammation accrue courant un risque supérieur dembolisations péri-procédurales, ce qui pourrait expliquer leur pronostic moins favorable (2). Impact pronostique à long terme de l'activation inflammatoire dans les syndromes coronariens stables Limportance pronostique de la CRP us dans l'angor stable n'est pas établie; la plupart des études préalables évaluaient le court terme or les événements plus tardifs reflètent plus la progression de l'athérosclérose qu'une complication de l'angioplastie à proprement parler. Nous avons donc analysé l'impact pronostique à long terme de la CRP us avant et après ACP et l'influence de l'amplitude de lélévation de ce marqueur sur le devenir à long terme des patients dilatés pour un angor stable. Entre 08/98 et 05/99, 89 patients traités pour un angor stable furent inclus prospectivement et suivis pendant 6 ans. La CRP us moyenne était de 3,35 mg/l avant ACP et de 8,69 mg/l après. La plupart des patients présentait une élévation de ce paramètre ( CRP moyen = 5,34 mg/l ; ≥ à 3 mg/l chez 43 patients). Nous n'avons pas retrouvé de corrélation entre une élévation de CRP > à 3 mg/l et une élévation de troponine T >0,01µg/l. Durant le suivi, 38 patients ont présenté une complication cardiovasculaire (3 décès, 6 infarctus, 6 pontages, 12 ACP sur une autre lésion que celle traitée initialement, 11 resténoses). On notait un taux supérieur d'événements chez les patients présentant une  CRP > à 3 mg/l à la fois à un an de suivi (18 vs 2,2 %; p < 0,001) et à 6,6 ans (39,3 vs 3,4 %; p < 0,001).En analyse multivariée, les paramètres prédictifs indépendants étaient un antécédent d'infarctus du myocarde préalable, une  troponine T > à 0,01µg/l et une  CRP > à 3 mg/l (p = 0, 004, p = 0,013 et p = 0,004 respectivement).L'élévation de CRP us > 3 mg/l après ACP présentait une valeur prédictive d'événements cardiovasculaires supérieure à celle de la CRP us, considérée isolément avant ou après ACP. Donc, bien que le niveau inflammatoire basal soit important, lindice prédictif de complication le plus puissant est l'augmentation de ce marqueur induit par langioplastie. Une élévation importante de CRP ultrasensible après ACP chez certains patients pourrait refléter l'hyperréactivité de leur système inflammatoire aux agressions vasculaires. Une telle hyperréactivité pourrait être un marqueur de progression de l'athérosclérose et/ou d'instabilité clinique future (3). Activation neutrophilique dans les syndromes coronariens instables Nous avons évalué l'existence dune activation des polynucléaires secondaires à une angioplastie avec pose simultanée dune endoprothèse (stenting direct) au niveau d'une lésion responsable d'un syndrome coronarien instable. Nous avons aussi mesuré, la libération de cytokines associée. L'activation des polynucléaires a été évaluée par la mesure des taux de myéloperoxydase (MPO), de lactoferrine (LCF) et d'élastase.Vingt patients en angor instable furent étudiés (19 hommes; âge moyen : 53,9 ± 12,1 ans). Ils furent séparés en 2 groupes : groupe A : 15 patients traités par stenting direct de la lésion responsable ; groupe B : 5 patients n'ayant pas subi de revascularisation. Des prélèvements biologiques étaient réalisés chez les patients après l'insertion de l'introducteur fémoral (T0), 30après lACP ou après la procédure diagnostique (T1), puis 30 minutes, 3, 6, 12 et 24 heures après (T2 à T6). Les deux groupes étaient comparables du point de vue clinique et angiographique. Dans le groupe contrôle, aucune variation ne fut observée pour les dosages de MPO et de LCF. Dans le groupe A, une augmentation plasmatique du niveau de MPO fut observée immédiatement après l'angioplastie (p = 0,0009 à T1 vs T0; p < 0,0001 à T2 vs T0; p = 0,008 pour T3 vs T0). Pour la LCF, l'élévation était similaire (p = 0,004 pour T1 vs T0 et pour T2 vs T0). Des différences significatives furent observées à T1, T2 et T3 entre les groupes A et B pour la MPO (p = 0,015; p = 0,005; p = 0,042 respectivement) et pour la LCF (p = 0,0001; p = 0,0005; p = 0,003 respectivement). Le test ANOVA démontrait une valeur de p < à 0,0001 pour la MPO et la LCF dans le groupe A. Pour l'élastase et le TNF-, nous n'avons pas observé de différence significative au sein des groupes et entre les groupes. Nous avons observé une élévation plasmatique de l'IL-6 dans les 2 groupes (test ANOVA : p= 0,0065 pour le groupe B et p< 0,0001 pour le groupe A). Pour la première fois, nous rapportons une élévation rapide et intense d'enzymes neutrophiliques spécifiques (MPO et LCF) après pose dun stent coronarien (4). Cette libération pourrait en partie être responsable de la libération secondaire de cytokines (IL-6, IL-12, IL-8, CRP us). Il reste à déterminer si ces phénomènes peuvent influencer le pronostic clinique ou représenter une cible thérapeutique. Activation neutrophilique dans les syndromes coronariens stables; comparaison avec les tableaux cliniques instables L'activation des polynucléaires neutrophiles est donc impliquée dans la physiopathologie des syndromes coronariens instables et est aussi observée après ACP. Les leucocytes activés relâchent de la MPO, un agent oxydant puissant dont l'activité entraîne la production de dérivés d'oxygène réactif. Cette enzyme est augmentée chez les patients présentant un syndrome coronarien aigu, plus particulièrement chez ceux qui vont présenter une évolution clinique défavorable. Actuellement, on ignore si la MPO intervient dans la rupture de plaque ou contribue directement aux lésions tissulaires. Elle favorise l'athérogenèse via la production de molécules pro-athérogènes (dérivés oxydés de l'oxyde nitrique par exemple) et en utilisant comme substrat l'oxyde nitrique qui lui est athéroprotecteur. Nous avons comparé l'expression des cytokines inflammatoires et l'activation leucocytaire induites par un direct stenting chez des patients en angor stable par rapport aux instables. Quinze patients (groupe A) en angor instable furent comparés à 11 patients (groupe B) en angor stable. Tous présentaient une seule lésion sévère cible, traitable par langioplastie et pose simultanée dun stent. Les échantillons sanguins furent prélevés comme décrit dans létude précédente. A l'exception d'un âge moyen supérieur dans le groupe B, tous les paramètres cliniques et biologiques étaient similaires dans les deux groupes. Dans le groupe A, une augmentation du niveau plasmatique de MPO fut observée immédiatement après la pose du stent avec une élévation parallèle de la LCF. Dans le groupe B, nous avons également observé une élévation de MPO et de LCF après l'intervention qui était néanmoins inférieure que dans le groupe A (ANOVA test : p < 0,001 à la fois pour la MPO et la LCF dans les deux groupes). Pour l'élastase, aucune différence significative ne fut observée entre les groupes. Les niveaux plasmatiques d'IL-8 et dIL-12 ne furent pas significativement affectés dans chacun des groupes mais leurs valeurs moyennes étaient supérieures chez les patients stables, bien que restant dans les limites de la normale (< 30pg/ml chez les patients normaux; n = 34). Nous avons également observé une élévation significative de lIL-6, 12 heures après l'intervention dans les 2 groupes. Le pic sérique de ces cytokines survenait néanmoins plus tard par rapport à la libération aiguë de MPO et de LCF. Cette observation souligne l'importante activation des neutrophiles après pose de stent, démontrant que la rupture mécanique d'une plaque d'athérosclérose par un stent, est rapidement suivie d'une libération denzymes spécifiques. Lactivation des polynucléaires neutrophiles est plus intense dans les syndromes coronariens aigus que dans les situations cliniques stables. Donc, parallèlement aux modifications des taux de MPO trans-cardiaque observées dans l'angor instable (reflétant l'inflammation généralisée de l'arbre coronaire), nous rapportons pour la première fois que le stenting coronarien a un effet direct sur lélévation de la MPO.(5) Conclusions : Nos travaux montre que : 1) Langioplastie coronaire est associée à une élévation des paramètres inflammatoires systémiques, limportance de ces manifestations inflammatoires possédant une signification pronostique. 2) Le niveau basal et lincrément secondaire des paramètres inflammatoires sont hautement prédictifs des évènements cardio-vasculaires futurs suggérant que la réactivité individuelle est déterminante. 3) Les neutrophiles par leurs enzymes spécifiques interviennent précocement dans la cascade inflammatoire induite. 4) Lintensité de la réponse est différente en fonction de la présentation clinique (Hyper-réactivité diffuse? Composition de la plaque?). Une meilleure compréhension de la pathogénie de linsuffisance coronarienne devrait permettre une meilleure stratification du risque impliquant une prise en charge thérapeutique maximalisée et le développement de stratégies thérapeutiques alternatives plus efficaces tant en prévention primaire que secondaire. Références : 1. Gach O, Piérard L, Legrand V. Inflammation and atherosclerosis. State of the Art in 2004-2005. Rev Med Liège 2005; 60: 235-241. 2. Gach O, Louis O, Martinez C, Legrand V. Impact of markers of myocardial damage and inflammation after PCI on late outcome. Heart 2002; 87. 3. Gach O, Legrand V, Biessaux Y, Chapelle JP, Vanbelle S, Pierard L. Long term prognostic significance of High-Sensitivity C-Reactive Protein before and after coronary angioplasty in patients with stable angina pectoris. Am J Cardiol, 2007, 99:31-35. 4. Gach O, Biemar C, Nys M , Deby-Dupont G, Chapelle JP, Deby C, Lamy M, Pierard LA, Legrand V. Early release of neutrophil markers of activation after direct stenting in patients with unstable angina. Coron Artery Dis 2005; 16: 59-65. 5. Gach O, Nys M, Deby-Dupont G, Chapelle JP, Lamy M, Piérard LA, Legrand V. Acute neutrophil activation in direct stenting: comparison of stable and unstable angina patients. Int J Cardiol. 2006; 112(1): 59-65.

Ce projet de thèse concerne les 2 principales complications rencontrées en pratique clinique dans les suites de l'angioplastie-stenting artériel : la resténose et la thrombose aigüe. Pour remédier à ce problème, des stents enrobés d'agents antiprolifératifs sont déjà sur le marché, mais leurs résultats restent décevants en raison de l'augmentation du taux de thrombose tardive intrastent (RR 1,2 vs stent nu) à l'origine d'une surmortalité (RR 1,32 vs stent nu) [Lagerqvist Bo et al., N Eng J Med 2007]. Dans ce travail, nous proposons d'immobiliser sur le stent une ancre spécifique au substrat métallique soit pour immobiliser i) la molécule thérapeutique, soit pour immobiliser ii) une matrice polymère sur laquelle sera adsorbée une molécule thérapeutique dans le cas d'un système à libération prolongée; cette dernière ciblant la resténose et la thrombose. Cette ancre, issue des protéines permettant l'accroche des moules marinières à tout type de substrat [Waite JH et al., Science 1981], est la base commune pour une immobilisation par liaisons covalentes de la molécule thérapeutique ou du système polymère. La première partie du projet concernait la mise au point de l'ancre chimique spécifique dans le cadre d'une immobilisation de surface. Avec cette technique d'immobilisation, l'ancre dopamine inclue un ester activé, permettant de générer un polymère de longueur de chaine contrôlé et capable d'adsorber une quantité contrôlée et définie de molécule thérapeutique [C Zobrist et al., Macromolecules 2011]. Ce polymère de N-(Acryloyloxy)succinimide a pu être caractérisé et couplé à une molécule de glucosamine, protéoglycane aux caractéristiques pertinentes dans la problématique développée. Ce modèle a été validé sur le plan chimique et biologique. Les résultats restaient décevants concernant la prolifération des cellules musculaires lisses qui sont les cellules cibles dans la resténose.L'ancre dopamine a par la suite était modifiée dans le but de permettre le greffage d'autres fonctions chimiques, notamment amines et acides. Elle a finalement été utilisée en conditions basiques (pH 8,5) permettant d'obtenir une polydopamine [Lee et al., Science 2007].Cette polydopamine a permis l'interaction sur notre surface d'un polymère bien connu au sein de notre unité et déjà employé pour la fonctionnalisation des tissus dans le domaine biomédical, le polymère de cyclodextrine (CD) [Martel B et al., European Polymer Journal 1995]. Les CD sont des oligosaccharides cycliques sous forme de cône tronqué possédant une cavité hydrophobe interne et des groupements hydroxyles à l'extérieur engendrant un caractère hydrophile. Cette structure cyclique leur confère la capacité de former des complexes d'inclusion réversibles avec un grand nombre de molécules hydrophobes. Elles peuvent donc stocker une molécule thérapeutique en grande quantité et ont la capacité de la libérer dans le temps.L'ensemble des paramètres du procédé de fonctionnalisation permettant l'adsorption de ces 2 couches successives : polydopamine et polymère de CD a pu être optimisé. La complexation de deux molécules thérapeutiques d'intérêt à notre plateforme fonctionnalisée a pu être réalisée: la simvastatine et le paclitaxel. La simvastatine, de la famille des statines, est une molécule pléïotrope, régulatrice de la dysfonction endothéliale ; elle limite la réaction inflammatoire locale impliquée à la fois dans les phénomènes de resténose et de thrombose [Balk EM et al., Am J Med. 2004]. Le paclitaxel est un agent immunosuppresseur et antiprolifératif limitant la prolifération de la néointima [Creel CJ et al., Circ Res 2000]. Nous avons comparé notre plateforme avec un système actuellement sur le marché, le système PTX " polymer-free " mise au point par Dake et al. [Dake et al., JVIR 2011]. [...]

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

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2003. / Thèse : 03NAN11028. Titre provenant de l'écran-titre.

En dépit des grandes avancées dans le domaine de la recherche médicale, les maladies cardiovasculaires (MCV) représentent toujours l’une des causes principales de mortalité dans le monde, et sont globalement responsables d’un tiers des décès dus à des maladies. En raison de la diversité et de la complexité de ces MCV, les recherches dans des domaines variés tels que la biomécanique, médecine, biologie, anatomopathologie, pharmacologie et imagerie se sont accrues. Ces recherches multidisciplinaires se développent dans l’espoir de mieux comprendre ces pathologies afin de mieux les traiter, ainsi que de réduire les coûts hospitaliers liés aux traitements des patients. Mes travaux de thèse rentrent dans ce cadre-là et s’inscrivent dans le champ de la Biomécanique Cardiovasculaire lié aux maladies coronariennes. Ils visent à développer de nouveaux outils d’aide au diagnostic médical pour la cardiologie interventionnelle.Mon rapport doctoral comporte deux parties :Dans la 1ère partie, je m’intéresse à l’imagerie de la plaque coronarienne obtenue à partir de l’exploration endovasculaire par ultrason (IVUS) pratiquée en clinique et plus particulièrement en utilisant le signal radio-fréquence (RF) IVUS. Le risque de rupture d’une plaque d’athérome coronarienne vulnérable (PV) est lié à la composition composite de sa lésion athéromateuse. Les proximités de tissus biologiques très différents engendrent des gradients d’élasticité importants responsables de concentrations de contraintes de fortes amplitudes, pouvant potentiellement rompre la PV. La mécanique des milieux continus va nous aider à identifier les propriétés mécaniques de tous les constituants de la PV à partir des séquences IVUS obtenues sur patients. Plusieurs études développées au sein de notre laboratoire TIMC (telles que la Palpographie isotrope, la Modulographie isotrope) permettent une quantification préliminaire des propriétés mécaniques de tous les constituants de la lésion. Au sein de cette 1ère partie, je décris dans un premier temps ces techniques existantes, puis dans un 2ème temps je détaille et explique mes travaux de recherche développés lors de ma thèse dans ce domaine d’imagerie. J’ai essayé de répondre aux deux questions essentielles suivantes : 1) Peut-on travailler directement avec le signal IVUS b-mode disponible en routine clinique pour visualiser l’élasticité de la lésion athéromateuse? , et 2) Est-il possible d’améliorer la technique existante de palpographie isotrope afin de tenir compte des propriétés anisotropes de la lésion et de la paroi vasculaire? . Afin d’y répondre, j’ai mené des études à la fois théoriques et expérimentales pour tester les performances des nouveaux outils d’imagerie IVUS proposés.Dans la 2ème partie de ma thèse, je me suis intéressée à l’angioplastie par ballonnet et plus précisément aux propriétés viscoélasto-plastiques du ballon. En effet, il est essentiel pour le cardiologue de prendre en compte l’évolution des propriétés mécaniques du ballon lors de son utilisation répétée, et cela afin de permettre un acte chirurgical plus précis lors du gonflement du ballonnet au sein des artères coronariennes pathologiques. Cette dernière étude peut servir de base au développement d’un modèle biomécanique plus complet permettant de prédire l’évolution de la courbe pression-diamètre du ballon lors de son utilisation et plus particulièrement lors de ses gonflements consécutifs en utilisation clinique. / Cardiac catheterization has evolved from being initially received with great skepticism to becoming a standard for the diagnosis and treatment of cardiovascular disease. A myriad of derived techniques like balloon angioplasty, intravascular imaging, as well as valve and stent implantation are now routine procedures for interventional cardiologists. Despite these and other great advances in cardiovascular medicine, cardiovascular disease (CVD) still represents the main cause of mortality, accounting for as much as one out of three deaths worldwide. Due to the complexity of CVD, it has become the field of study of researchers among various disciplines in hopes to reduce the burden of the disease. One of such disciplines is mechanics, that applies its principles and approaches to create innovative tools to diagnose, prevent and treat CVD.The present thesis belongs to the field of cardiovascular biomechanics and aims to develop tools that can be of assistance to physicians in the diagnosis and treatment of coronary artery disease. This dissertation is divided into two parts:Part I: Imaging the atherosclerotic plaque in clinics, is related to the identification and assessment of coronary atherosclerotic plaque with the presentation of a novel palpography algorithm based on continuum mechanics theory.First, it was investigated whether gray-scale IVUS images are enough for obtaining an accurate elasticity map to assess plaque composition and evolution. Indeed, it was concluded that radiofrequency (RF) data provides more detailed data than b-mode IVUS images. Then a novel anisotropic elasticity-palpography algorithm is described. It computes an apparent elasticity of the plaque from radiofrequency signals obtained through IVUS images. The derivation of an anisotropic index (AI) that can be related to the mechanical properties of the arterial wall, along with a first validation using simulated IVUS images based on real patient geometries of atherosclerotic and healthy plaques is presented. Using this new palpography algorithm, a study was that aimed to validate this technique in vitro was performed. Polyvinyl-alcohol (PVA) cryogel vascular phantoms were fabricated, two of them with increased anisotropy. The phantoms were imaged with IVUS and their mechanical properties were obtained using different characterization techniques. Then, the anisotropy indices modeld with the experimental results and the ones computed with the algorithm were compared.Part II: Balloon angioplasty is focused on the treatment of coronary plaque and analyzes the mechanical properties of the balloons used for coronary angioplasty.First, the visco-elasto-plastic mechanical characterization of a specific balloon catheter model, the Maverick2 from Boston Scientific, is presented. Geometrical measurements using different microscopy techniques, balloon inflation tests, tensile tests and high-speed images are used to describe the mechanical behavior of the balloon components. The previous results are used in to define a model that can accurately predict the viscoelasto-plastic behavior of the angioplasty balloon film. These results could be used as the basis for a model to predict the inflation behavior of the angioplasty balloon during consecutive inflations in clinics.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le vieillissement de la population fait en sorte que la mortalité liée aux maladies cardiovasculaires et en particulier à la défaillance cardiaque est de plus en plus élevée. Bien que l'atteinte de la perfusion coronarienne soit reconnue comme un facteur favorisant l'apparition des déficits contractiles de la défaillance cardiaque, les mécanismes impliqués dans les dysfonctions coronariennes ont été peu étudiés. La connaissance de ces mécanismes est primordiale pour l'élaboration d'une thérapeutique adéquate permettant de traiter la maladie et d'améliorer la qualité de vie de ces patients. Des controverses existent quant à la contribution de la voie de l'endothéline-1 (ET-1) dans la défaillance cardiaque et son implication dans les déficits coronariens n'a pas été établie. Nous avons donc étudié l'action de l'ET-1 au niveau de la réactivité coronarienne et de la contractilité cardiaque dans un modèle d'insuffisance cardiaque chronique. Des cœurs de hamsters cardiomyopathiques (UM-X7.1) et des cœurs provenant de hamsters syriens normaux âgés de plus de 200 jours ont été utilisés. Les cœurs ont été isolés et perfusés à débit constant (5-10 ml/min) selon la méthode de Langendorff. La pression de perfusion coronarienne (PPC), la pression ventriculaire gauche développée et la fréquence cardiaque furent évaluées. Des courbes dose-réponse de la réactivité coronarienne à l'ET-1 ont été construites pour les cœurs normaux et défaillants. La sensibilité coronarienne à l'ET-1 est similaire pour les deux groupes (EC50) et la réponse maximale était identique. L'infusion du phosphoramidon, du BQ 788 (antagoniste des récepteurs ETB) ou du BQ 123 (antagoniste des récepteurs ETA) ne modifie pas la PPC. Ces observations suggèrent que l'ET-1 n'est pas impliquée dans l'expression des dysfonctions coronariennes observables dans ce modèle de défaillance cardiaque. L'infusion du BQ 788 ne modifie pas la réponse à l'ET-1 exogène, suggérant une implication peu importante des récepteurs ETB dans l'action vasoconstrictrice de l'ET-1. Par contre, la réponse vasoconstrictrice à l'ET-1 est complètement abolie par l'infusion du BQ 123 dans les cœurs normaux tandis que l'addition du BQ 788 est nécessaire pour abolir cette réponse dans les cœurs défaillants. Ces observations suggèrent une implication de l'activation des récepteurs ETB en présence d'un antagoniste des récepteurs ETA ou encore un déséquilibre entre l'activation des récepteurs ETB endothéliaux et musculaires lisses dans les cœurs défaillants. La diminution significative de la contractilité cardiaque observée avec l'utilisation du phosphoramidon et du BQ 123 révèle que l'ET-1 endogène participe au maintien de la contractilité cardiaque. Les récepteurs ETA seraient impliqués dans l'action inotrope de l'ET-1 alors que les récepteurs ETB ne semblent pas importants puisque l'infusion du BQ 788 n'a pas d'effet significatif sur la contractilité cardiaque. Nous suggérons que l'utilisation d'un inhibiteur de la synthèse de l'ET-1 ou d'un antagoniste des récepteurs ETA pourrait comporter un risque pour des patients dont la fonction cardiaque est altérée. Il semble impératif de développer de nouveaux antagonistes de l'ET-1 qui soient vasosélectifs et de la sorte garantir un usage sécuritaire chez ces patients.

L'imagerie par tomographie en cohérence optique (OCT) est prometteuse comme support de la prise de décision au cours des procédures d'interventions coronariennes percutanées (PCI), pou évaluer les lésions athéromateuses, juger de la bonne implantation du stent, et dépister les lésions vasculaires dues au stent. L'OCT représente donc bien une aide potentielle pour le cardiologue interventionnel tout au long de la procédure de stenting, avec un impact certain sur la stratégie interventionnelle initialement programmée. De plus, l'OCT se révèle comme un nouvel outil pour prédire la dissection des bords de stent chez les patient avec ACS sans élévation du segment ST, rendant possible une stratification des patients quant à ce risque. Des essais cliniques randomisés sont maintenant nécessaires pour savoir si l'assistance par l'OCT pendant la procédure améliore le pronostic à long terme des patients après PCI / Optical Coherence Tomography (OCT) imaging is promising in decision making during Percutaneus Coronary Interventions {PCI) procedures, including evaluating controversial plaque lesions, assessing stent implantation, and surveying stent-related vascular injury. Thus, OCT has potential to guide interventional cardiologists throughout the stent implantation procedure, impacting on planned interventional strategy. In addition, OCT is the most novel image technology to predict stent edge dissection for patients with non-ST-segment elevation ACS, enabling risk stratification of patients who are at a higher risk of this complication. Large-scale randomized trials are now warranted to assess whether OCT results and guidance during de procedure improve long-term clinical outcomes of PCis.

À l’heure actuelle, plusieurs centres de chirurgie cardiaque ont noté une augmentation du nombre de patients âgés orientés pour une chirurgie. Les baisses majeures de la natalité et de la mortalité dans tous les groupes d’âge ont contribué au vieillissement progressif des populations des pays industrialisés. Il est bien connu que la prévalence des pathologies cardiovasculaires augmente avec l’âge et fait en sorte que ce groupe de patients âgés soit à haut risque opératoire. Trois études ont été réalisées dans le cadre de ce travail dédié aux deux types de chirurgie les plus fréquemment pratiquées pour ce groupe de population : la chirurgie de la valve aortique et la chirurgie de revascularisation coronarienne. Le substitut valvulaire aortique idéal pour une personne âgée considérée à risque opératoire élevé suscite toujours un débat. Depuis quelques années, avec les progrès technologiques en chirurgie cardiaque, les valves sans suture (V-SS) en général et la Perceval en particulier, constituent une excellente alternative à la prothèse standard chez ce sous-groupe de patients. Tout en diminuant le temps opératoire, la Perceval ne compromet ni la qualité ni la sécurité de l’acte chirurgical et elle présente des bénéfices cliniques et hémodynamiques aussi bien à court et à long terme. Pour le démontrer nous vous présentons les résultats d’une étude de cohorte regroupant 215 patients consécutifs qui a permis d’évaluer l’efficacité et la durabilité de la Perceval. Notre étude se veut l’appui qui soutiendra la place et l’apport de la Perceval dans l’arsenal thérapeutique du remplacement valvulaire aortique (RVA). Comme toutes les bioprothèses, la Perceval est soumise à un risque faible, mais constant à long terme de dégénérescence structurale et qui pourrait éventuellement nécessiter une réintervention. Pour clarifier cette problématique, nous vous présentons une étude descriptive rapportant notre expérience dans la prise en charge de la détérioration structurale de la prothèse Perceval. De plus, cette étude a permis de mettre en lumière la complémentarité parfois inattendue (dans des conditions urgentes) de ces approches thérapeutiques ( TAVI et Perceval) chez les patients à risque élevé. De nos jours, un certain pourcentage des malades orientés vers une revascularisation chirurgicale présente une pathologie coronarienne assez diffuse et complexe qui peut compromettre la revascularisation coronarienne souhaitable. A cet effet, l’endartériectomie coronarienne (EC), une ancienne technique largement utilisée auparavant, puis délaissée par la suite, mérite d’être reconsidérée chez ces patients. La troisième étude présentée dans ce mémoire rapporte les résultats d’une cohorte de 147 patients atteints de maladie coronarienne diffuse. En plus d’être sécuritaire, notre étude documente la perméabilité à court et à moyen terme d’un sous groupe de patient étudié avec un angioscanner coronaire. / Currently, several cardiac surgery centers have noted an increase in the number of elderly patients referred for surgery. The major decline in birth rates and deaths in all age groups has contributed to the gradual aging of populations in industrialized countries. It is well known that the prevalence of cardiovascular pathologies increases with age and puts this group of elderly patients at high risk for surgery. Three studies were carried out as part of this work dedicated to the two types of surgery most frequently performed for this population group: aortic valve surgery and coronary revascularization surgery. The ideal aortic valve substitute for an elderly person considered to be at high operative risk is still a subject of debate. In recent years, with technological advances in cardiac surgery, sutureless valves (V-SS) in general and the Perceval in particular have been an excellent alternative to the standard prosthesis in this subgroup of patients. While reducing operating time, Perceval does not compromise the quality or safety of the surgical procedure and it offers clinical and hemodynamic benefits both in the short and long term. To demonstrate this, we present to you the results of a cohort study involving 215 consecutive patients which made it possible to evaluate the effectiveness and durability of Perceval. Our study is intended to support the place and contribution of Perceval in the therapeutic arsenal of aortic valve replacement (AVR). Like all bioprostheses, Perceval is subject to a low, but constant long-term risk of structural degeneration which may eventually require reoperation. To clarify this problem, we present to you a descriptive study reporting our experience in the management of structural deterioration of the Perceval prosthesis. In addition, this study shed light on the sometimes unexpected complementarity (in urgent conditions) of these therapeutic approaches (TAVI and Perceval) in high-risk patients. Nowadays, a certain percentage of patients referred for surgical revascularization present a fairly diffuse and complex coronary pathology which can compromise the desirable coronary revascularization. To this end, coronary endarterectomy (CE), an old technique widely used before, then abandoned thereafter, deserves to be reconsidered in these patients. The third study presented in this thesis reports the results of a cohort of 147 patients with diffuse coronary artery disease. In addition to being safe, our study documents the short- and medium-term patency of a subgroup of patients studied with a coronary CT angiography.