Indentation instrumentée du tissu cardiaque : vers l’élaboration d’une bio-prothèse - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Instrumented indentation of cardiac tissue : towards the development of a bio-prosthesis

Indentation instrumentée du tissu cardiaque : vers l’élaboration d’une bio-prothèse

Jean-Philippe Jehl

Résumé

Despite undeniable progress of the heart function understanding and in the improvement of medical and surgical techniques, ischaemic heart failure is still a major cause of death worldwide. New therapeutic approaches, such as regenerative medicine and tissue engineering are being developed to compensate or even replace damaged tissues. One of the attempts of tissue engineering is to reproduce as closely as possible the mechanical behavior of the tissue to be treated. In this thesis work, an approach linking the mechanical characterisation of healthy heart tissue with its microstructure was carried out. To this end and in order to avoid the degradation of the material properties due to its drying out and/or de-vascularisation, an experimental protocol was defined to perform the measurements in a context close to its physiological environment. The cardiac tissue was thus characterised through the estimation of Young's modulus in two main directions by spherical indentation. These results thus confirmed the anisotropic nature of the cardiac tissue. The search for the time limits for using the samples after collection (ex-vivo experimentation) enabled us to define a tissue rigidification kinetics which can be compared to the dating techniques used in forensic medicine. One perspective to this thesis work is the development of a passive substitute material in order to obtain membranes whose mechanical properties are close to those of cardiac tissue. On the basis of the mechanical characterization of the myocardium, a model of the mechanical behavior of a bio-prosthesis has been defined. A first membrane prototype has been produced and tested on small animals. These results were an essential step in the development of biomechanical assistance within the framework of a European ERDF ASCATIM project (2018-2021). Finally, a first transposition of the method developed for cardiac tissue was proposed for a biological material whose mechanical characteristics are unknown: cortical bone.
Malgré des progrès indéniables dans la compréhension de la fonction cardiaque et dans l’amélioration des techniques médicales et chirurgicales, l'insuffisance cardiaque ischémique représente toujours une cause majeure de mortalité dans le monde De nouvelles approches thérapeutiques, telles que la médecine régénérative et le génie tissulaire, sont développées pour compenser voire se substituer aux tissus endommagés. Une des tentatives de l’ingénierie tissulaire est de reproduire le plus fidèlement possible le comportement mécanique du tissu à traiter. Dans ce travail de thèse, une approche liant la caractérisation mécanique du tissu cardiaque sain avec sa microstructure a été réalisée. A cet effet et afin d’éviter la dégradation des propriétés du matériau due à son asséchement et/ou à sa dé-vascularisation, un protocole expérimental a été défini permettant d’effectuer les mesures dans un environnement proche de son milieu physiologique. Le tissu cardiaque a été ainsi caractérisé à travers l’estimation des modules d’Young suivant deux directions principales par indentations sphériques. Ces résultats ont confirmé ainsi la nature anisotrope du tissu cardiaque. La recherche des durées limites d’exploitation des échantillons après prélèvement (expérimentation ex-vivo) nous a permis de définir une cinétique de rigidification des tissus pouvant être comparée aux techniques de datation utilisées en médecine légale. Une perspective à ces travaux de thèse est l’élaboration d’un matériau de substitution passif dans le but d’obtenir des membranes dont les propriétés mécaniques sont proches du tissu cardiaque. Sur la base de la caractérisation mécanique du myocarde, une modélisation du comportement mécanique d’une bio-prothèse a été définie. Un premier prototype de membrane a été réalisé et expérimenté sur le petit animal. Ces résultats ont constitué une étape indispensable dans le développement d’une assistance biomécanique dans le cadre d’un projet européen FEDER ASCATIM (2018-2021). Enfin, une première transposition de la méthode développée pour le tissu cardiaque a été proposée pour un matériau biologique dont les caractéristiques mécaniques sont peu connues : l’os cortical.
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tel-03335673 , version 1 (06-09-2021)

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  • HAL Id : tel-03335673 , version 1

Citer

Jean-Philippe Jehl. Indentation instrumentée du tissu cardiaque : vers l’élaboration d’une bio-prothèse. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0033⟩. ⟨tel-03335673⟩
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