L'adhérence, l'activation et l'agrégation des plaquettes sanguines sont essentielles à l'hémostase mais peuvent également conduire à la thrombose artérielle sur plaque d'athérosclérose, aujourd'hui première cause de mortalité dans le monde. Les anti-thrombotiques actuels, dirigés contre l'activation et l'agrégation plaquettaires, ont une efficacité reconnue mais ont pour inconvénient d'augmenter le risque de saignement. L'objectif de cette thèse a été d'explorer de nouvelles stratégies réduisant la thrombose tout en préservant l'hémostase. L'utilisation de souris modifiées génétiquement a mis en évidence que l'intégrine alpha6 beta1, impliquée dans l'adhérence des plaquettes aux laminines, joue un rôle critique en thrombose expérimentale mais pas en hémostase. De plus, nous avons montré dans un système de perfusion de sang qu'une protéine préférentiellement exprimée dans les plaques d'athérosclérose, la ténascine-C, permet l'adhérence et l'activation des plaquettes. En revanche, la beta-arrestine-1, une protéine de signalisation, ne contribue que modestement aux fonctions plaquettaires et à la thrombose. En conclusion, ce travail a permis de dégager deux nouvelles pistes anti-thrombotiques potentiellement capables de préserver l'hémostase, basées sur le ciblage de l'intégrine alpha6 beta1 ou de l'interaction plaquette/ténascine-C.

Thrombosis and restenosis are two major complications associated with current commercial vascular stents. In situ regeneration of a healthy endothelium has been recognized as a promising strategy to address these issues. Numerous strategies have been explored for this goal. However, in most of the cases, they only focused on enhancing endothelial cell growth, ignoring antithrombotic requirements and the competition between smooth muscle cells (SMCs) and endothelial cells (ECs) for their growth. This resulted in non-satisfying clinical results. In this study, we created a multifunctional surface that meets the need of antithrombosis and re-endothelialization. A nanotubular titanium oxide (TiO₂) system has been developed, which elutes the direct thrombin inhibitor, bivalirudin (BVLD); moreover, polydopamine (PDAM) is used to tailor the surface functionality of TiO₂ nanotubes (NTs) for controlling the elution of BVLD. PDAM-functionalized TiO₂ NTs controls the BVLD for more than two months. BVLD eluted from NTs was bioactive and showed a substantial inhibitory effect on thrombin bioactivity, platelet adhesion and activation. In addition, the BVLD-eluting nanotubular TiO₂ system has high selectivity to enhance human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) growth, while it inhibits human umbilical artery smooth muscle cell (HUASMC) proliferation. Our design strategy for the BVLD-eluting nanotubular TiO₂ system creates a favorable microenvironment for durable thromboresistance and the promotion of reendothelialization, and thus it is suitable for the long-term treatment of cardiovascular diseases.

Biomaterials-associated thrombosis is dependent critically upon electrochemical response of fibrinogen on material surface. The relationship between the response and anti-thrombogenicity of biomaterials is not well-established. Titanium oxide appears to have good anti-thrombogenicity and little is known about its underlying essential chemistry. We correlate their anti-thrombogenicity directly to electrochemical behaviors in fibrinogen containing buffer solution. High degree of inherent n-type doping was noted to contribute the impedance preventing charge transfer from fibrinogen into film (namely its activation) and consequently reduced degree of anti-thrombogenicity. The impedance was the result of high donor carrier density as well as negative flat band potential.

Background: In reconstructive surgery, loss of a microvascular free flap due to perfusion disorders, especially thrombosis, is a serious complication. In recent years, viscoelastic testing (VET) has become increasingly important in point-of-care (POC) anticoagulation monitoring. This paper describes a protocol for enhanced anticoagulation monitoring during maxillofacial flap surgery. Objective: The aim of the study will be to evaluate, in a controlled setting, the predictive value of POC devices for the type of flap perfusion disorders due to thrombosis or bleeding. VET, Platelet monitoring (PM) and standard laboratory tests (SLT) are comparatively examined. Methods/Design: This study is an investigator-initiated prospective trial in 100 patients undergoing maxillofacial surgery. Patients who undergo reconstructive surgery using microvascular-free flaps will be consecutively enrolled in the study. All patients provide blood samples for VET, PM and SLT at defined time points. The primary outcome is defined as free flap loss during the hospital stay. Statistical analyses will be performed using t-tests, including the Bonferroni adjustment for multiple comparisons. Discussion: This study will help clarify whether VET can improve individualized patient care in reconstruction surgery. A better understanding of coagulation in relation to flap perfusion disorders may allow real-time adaption of antithrombotic strategies and potentially prevent flap complications.

Cette thèse est consacrée à la modélisation mathématique de la coagulation sanguine et de la formation de thrombus dans des conditions normales et pathologiques. La coagulation sanguine est un mécanisme défensif qui empêche la perte de sang suite à la rupture des tissus endothéliaux. C'est un processus complexe qui est règlementé par différents mécanismes mécaniques et biochimiques. La formation du caillot sanguin a lieu dans l'écoulement sanguin. Dans ce contexte, l'écoulement à faible taux de cisaillement stimule la croissance du caillot tandis que la circulation sanguine à fort taux de cisaillement la limite. Les désordres qui affectent le système de coagulation du sang peuvent provoquer différentes anomalies telles que la thrombose (coagulation exagérée) ou les saignements (insuffisance de coagulation). Dans la première partie de la thèse, nous présentons un modèle mathématique de coagulation sanguine. Le modèle capture la dynamique essentielle de la croissance du caillot dans le plasma et le flux sanguin quiescent. Ce modèle peut être réduit à un modèle qui consiste en une équation de génération de thrombine et qui donne approximativement les mêmes résultats. Nous avons utilisé des simulations numériques en plus de l'analyse mathématique pour montrer l'existence de différents régimes de coagulation sanguine. Nous spécifions les conditions pour ces régimes sur différents paramètres pathophysiologiques du modèle. Ensuite, nous quantifions les effets de divers mécanismes sur la croissance du caillot comme le flux sanguin et l'agrégation plaquettaire. La partie suivante de la thèse étudie certaines des anomalies du système de coagulation sanguine. Nous commençons par étudier le développement de la thrombose chez les patients présentant une carence en antihrombine ou l'une des maladies inflammatoires. Nous déterminons le seuil de l'antithrombine qui provoque la thrombose et nous quantifions l'effet des cytokines inflammatoires sur le processus de coagulation. Puis, nous étudions la compensation de la perte du sang après un saignement en utilisant un modèle multi-échelles qui décrit en particulier l'érythropoïèse et la production de l'hémoglobine. Ensuite, nous évaluons le risque de thrombose chez les patients atteints de cancer (le myélome multiple en particulier) et le VIH en combinant les résultats du modèle de coagulation sanguine avec les produits des modèles hybrides (discret-continues) multi-échelles des systèmes physiologiques correspondants. Finalement, quelques applications cliniques possibles de la modélisation de la coagulation sanguine sont présentées. En combinant le modèle de formation du caillot avec les modèles pharmacocinétiques pharmacodynamiques (PK-PD) des médicaments anticoagulants, nous quantifions l'action de ces traitements et nous prédisons leur effet sur des patients individuels / This thesis is devoted to the mathematical modelling of blood coagulation and clot formation under flow in normal and pathological conditions. Blood coagulation is a defensive mechanism that prevents the loss of blood upon the rupture of endothelial tissues. It is a complex process that is regulated by different mechanical and biochemical mechanisms. The formation of the blood clot takes place in blood flow. In this context, low-shear flow stimulates clot growth while high-shear blood circulation limits it. The disorders that affect the blood clotting system can provoke different abnormalities such thrombosis (exaggerated clotting) or bleeding (insufficient clotting). In the first part of the thesis, we introduce a mathematical model of blood coagulation. The model captures the essential dynamics of clot growth in quiescent plasma and blood flow. The model can be reduced to a one equation model of thrombin generation that gives approximately the same results. We used both numerical simulations and mathematical investigation to show the existence of different regimes of blood coagulation. We specify the conditions of these regimes on various pathophysiological parameters of the model. Then, we quantify the effects of various mechanisms on clot growth such as blood flow and platelet aggregation. The next part of the thesis studies some of the abnormalities of the blood clotting system. We begin by investigating the development of thrombosis in patients with antihrombin deficiency and inflammatory diseases. We determine the thrombosis threshold on antithrombin and quantify the effect of inflammatory cytokines on the coagulation process. Next, we study the recovery from blood loss following bleeding using a multiscale model which focuses on erythropoiesis and hemoglobin production. Then, we evaluate the risk of thrombosis in patients with cancer (multiple myeloma in particular) and HIV by combining the blood coagulation model results with the output of hybrid multiscale models of the corresponding physiological system. Finally, possible clinical applications of the blood coagulation modelling are provided. By combining clot formation model with pharmacokinetics-pharmacodynamics (PK-PD) models of anticoagulant drugs, we quantify the action of these treatments and predict their effect on individual patients

No description available.