Academic literature on the topic 'Anévrisme de l'aorte abdominale – Modèles mathématiques'

Cette thèse se concentre sur une pathologie spécifique affectant la section abdominale de l'aorte, connue sous le nom d'anévrisme de l'aorte abdominale (AAA). Un anévrisme implique un affaiblissement persistant et localisé de la paroi du vaisseau, entraînant des élargissements et des renflements, provoquant une recirculation et une turbulence du flux sanguin.Notre thèse expose une méthodologie pour la modélisation géométrique des anévrismes abdominaux. Le processus comprend l'acquisition d'images de scanners CT, la reconstruction de la géométrie 3D de l'aorte et l'isolation de l'anévrisme. La phase de modélisation commence par l'identification et l'approximation de la ligne médiane du vaisseau aortique à l'aide de fonctions B-spline. La paroi aortique est ensuite partitionnée et profilée à l'aide de séries de Fourier.Pour évaluer son efficacité, la technique développée est appliquée à un ensemble de données de scanners CT de patients. Les reconstructions obtenues à partir des scans sont également présentées comme des exemples détaillant chaque étape de la procédure. De plus, une évaluation quantitative et la logique derrière les paramètres de modélisation sont expliquées. Ensuite, en tant que première application, la modélisation est intégrée à un processus de registration pour le diagnostic clinique et le suivi.La procédure de modélisation géométrique développée est utilisée dans un pipeline pour des simulations hémodynamiques et une évaluation des risques, en utilisant une approche de modélisation d'ordre réduit pour construire un espace de solution. Des simulations, utilisant des géométries paramétrées, sont réalisées dans des conditions réalistes, et des indicateurs de risque sont calculés et liés à la représentation géométrique à l'aide d'une fonction interpolante à base radiale. Enfin, des prédictions sur les indicateurs de risque sont obtenues pour une géométrie inconnue. Les résultats, bien que prometteurs, pourront être améliorés en augmentant de manière appropriée l'ensemble de données initial.Pour remédier à la pénurie mentionnée de données cliniques, nous avons élaboré un flux de travail automatisé pour générer des géométries synthétiques. Cette approche permet l'identification de paramètres géométriques pertinents et implique l'apprentissage automatique pour générer une population virtuelle de patients cohérente avec les données d'origine. En plus d'améliorer la capacité prédictive des modèles réduits, la méthode peut également être appliquée de manière prospective pour des essais in silico et des études impliquant des populations virtuelles de patients
This thesis focuses on a specific pathology affecting the abdominal section of the aorta, known as abdominal aortic aneurysm (AAA). An aneurysm involves a persistent and localized weakening of the vessel wall, leading to enlargements and bulges, causing recirculation and turbulence of blood flow.Our thesis outlines a methodology for geometric modeling of abdominal aneurysms. The process involves acquiring CT images, reconstructing the aorta 3D geometry, and isolating the aneurysm. The modeling phase begins by identifying and approximating the centerline of the aortic vessel using B-spline functions. The aortic wall is then partitioned and profiled using Fourier series.To evaluate its effectiveness, the developed technique is applied to a dataset of CT scans from patients. Reconstructions obtained from the scans are also presented as examples to detail each step of the procedure. In addition, a quantitative evaluation and rationale behind modeling parameters are explained. Then, as a first application, the modeling is integrated into a registration process for clinical diagnosis and follow-up.The geometrical modeling procedure developed is used in a pipeline for hemodynamic simulations and risk assessment, employing a reduced-order modeling approach to construct a reduced solution space. Simulations, utilizing parameterized geometries, are conducted under realistic conditions, and risk indicators are computed and linked to the geometrical representation using Radial Basis Functions interpolant. Finally, predictions on risk indicators are obtained for an unknown geometry. The results, despite being promising, can be further improved by appropriately augmenting the initial dataset.To address the aforementioned scarcity of clinical data, we devised an automated workflow for generating synthetic geometries. This approach allows for the identification of relevant geometry parameters and involves machine learning to generate a virtual patient population consistent with the original data. In addition to improving the predictive capability of reduced models, the method can also be applied prospectively for in-silico trials and studies involving virtual patient populations

La physiopathologie de l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA) est complexe. Elle implique notamment des facteurs hémodynamiques, une protéolyse matricielle, un stress oxydatif et une réaction immune. Des modèles expérimentaux ont été mis au point pour explorer les mécanismes impliqués dans la genèse et la croissance des AAAs. Dans ce travail, nous explorons le rôle de ces modèles dans la compréhension du remodelage vasculaire des AAAs. Dans une première partie, une revue de la littérature sur les modèles expérimentaux d’AAA est menée. Dans une seconde partie, nous explorons l’origine et le rôle des calcifications des AAAs expérimentaux. Dans une troisième partie, le modèle de xénogreffe aortique décellularisée est utilisé pour étudier le rôle de l’immunité adaptative dans la rupture. Notre revue identifie les principaux modèles d’AAA. Leur limite majeure est la survenue d’une cicatrisation empêchant l’évolution vers la rupture. Notre exploration des calcifications anévrysmales retrouve une co-localisation des calcifications avec de l’ADN libre et un modèle expérimental démontre la capacité de l’ADN libre à induire des calcifications. La croissance anévrysmale est toutefois ralentie par les calcifications. Notre étude sur le modèle de xénogreffe décellularisée retrouve la possibilité d’induire une rupture lorsqu’une pré-sensibilisation contre la matrice extracellulaire est réalisée. Les glycoprotéines de structure et les protéoglycanes semblent être les composants matriciels en cause dans ces ruptures. Les modèles expérimentaux constituent des outils majeurs pour l’étude des mécanismes impliqués dans le remodelage vasculaire des AAAs
Pathophysiology of abdominal aortic aneurysms (AAA) is complex. It mainly involves hemodynamics, matrix proteolysis, oxidative stress and an immune reaction. Several experimental models have been described to explore mechanisms involved in this disease. In the present work, we explore the role of experimental models in AAA vascular remodeling. First, a literature review regarding experimental models of AAA is performed. Second, we explore the origin and the role of calcifications observed in experimental models. Third, the decellularized xenograft model is used to study the role of adaptive immunity in triggering rupture. Our review identifies main AAA models. Their major limit is aortic healing, preventing evolution toward rupture. We find that AAA calcifications co-localized with free DNA and that free DNA could induce calcifications experimentally. However, AAA growth is decreased by calcifications. The decellularized xenograft model can evolve toward rupture when pre-sensitization against the extracellular matrix is performed. Structural glycoproteins and proteoglycans seems to be the main matrix component involved in these ruptures. Experimental AAA models are major tools to study mechanisms involved in vascular remodeling

La physiopathologie de l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA) est multifactorielle. De la plaque athéro-thrombotique jusqu’à l’anévrisme menaçant, les phénomènes hémodynamiques, protéolytiques, oxydatifs et inflammatoires jouent un rôle aussi complexe qu’interdépendant. Aucun traitement pharmacologique n’a fait la preuve de son efficacité. Dans ce travail, nous étudions 2 voies pharmacologiques potentielles, et développons un modèle murin d’exclusion endovasculaire. La rapamycine est utilisée en oncologie. Ses propriétés anti-inflammatoires, antiprolifératives et anti-angiogéniques stabilisaient la progression anévrismale dans un modèle établi d’AAA. L’AZD9668 est un inhibiteur sélectif de l’élastase. Sécrétée par les neutrophiles, cette protéase joue un rôle clé dans la physiopathologie anévrismale. Les propriétés thérapeutiques ont été étudiées sur un modèle murin potentialisé par l’injection systémique de Porphyromonas Gingivalis, entretenant la réaction inflammatoire et protéolytique pariétale. Dans un second temps, nous avons développé un modèle murin d’exclusion endovasculaire. La spécificité de ce traitement a soulevé de nouvelles problématiques, soulignant le rôle crucial de l’activité biologique du thrombus. L’exclusion endovasculaire d’un AAA sur les modèles de grands animaux est complexe et coûteuse. Nous avons ainsi décrit la technique sur un modèle reconnu d’AAA chez le rat. Le traitement pharmacologique des AAAs a démontré son efficacité sur modèles murins, mais est difficilement transposable à l’homme en raison des effets secondaires. Un traitement endoluminal véhiculant un principe actif délivré in-situ permettrait de stabiliser durablement les AAA
Abdominal aortic aneurysm (AAA) pathophysiology is multifactorial. From the athero-thrombotic plaque to a threatening aneurysm, hemodynamic, proteolysis, oxidation and inflammation play a complex but interdependent role. No pharmacological treatment has yet proved to be efficient. In this work, we study 2 potential pharmacological targets, and develop a murine model of endovascular abdominal aneurysm repair (EVAR). Rapamycine is used in oncology. Its anti-inflammatory, anti-proliferative and antiangiogenic properties stabilized aneurysm progression on an established AAA. AZD9668 is an elastase selective inhibitor. Secreted by neutrophils, this protease plays a key role in aneurysmal pathophysiology. Its therapeutic benefits have been study on a murine AAA model potentiated by Porphyromonas Gingivalis systemic injection, maintaining inflammatory reaction and wall proteolysis. Then, we developed a murine endovascular aneurysm exclusion model. EVAR raised new concern, underlining the crucial role of the thrombus biological activity. Endovascular AAA exclusion on big animals is complex and expensive. We hence described the technic on a rat AAA well known model. Pharmacological AAAs treatment has proved to be efficient on murine models, but is hard to transpose to humans because of systemic side effects. An endoluminal treatment carrying active drugs, and delivered in-situ, could durably stabilize AAAs

La survenue d'une insuffisance renale aigue apres traitement chirurgical des anevrysmes de l'aorte abdominale sous-renale est consideree comme une complication post-operatoire majeure responsable d'un taux de mortalite eleve. Une augmentation post-operatoire superieure a 20% du taux de creatininemie est frequente (20%) mais ne s'avere etre un facteur predictif de mortalite que lorsqu'elle est associee a une defaillance cardiaque, respiratoire, neurologique et/ou hematologique. Meme chez les patients operes d'anevrysme rompu de l'aorte sous-renale, l'insuffisance renale aigue isolee n'est pas un facteur de mortalite post-operatoire significatif. La pathogenie de ces insuffisances renales aigues est liee au retentissement hemodynamique renal induit par le clampage aortique. La creation d'un modele experimental de clampage aortique sous-renal a permis de reproduire chez l'animal les modifications hemodynamiques systemiques et renales observees chez l'homme. Ce modele experimental fiable et reproductible a ete elabore pour explorer les mecanismes de la vasoconstriction renale generee par le clampage aortique. Afin de prevenir cette vasoconstriction renale, l'utilisation des inhibiteurs calciques sur ce modele experimental se traduit par un effet vasodilatateur systemique sans effet vasodilatateur renal. Seules les techniques endovasculaires permettent d'eviter le clampage aortique et ses consequences deleteres sur les fonctions cardiaque, respiratoire et renale. Bien que la mise en place d'endoprotheses couvertes reduise la mortalite et la morbidite du traitement des anevrysmes de l'aorte sous-renale, le risque d'insuffisance renale post-operatoire reste proche de 10%. La technique de fixation supra-renale des nouvelles generations d'endoprotheses aortiques n'est pas un facteur predictif d'insuffisance renale a court ou a long terme mais procure une exclusion anevrysmale plus efficace que la fixation infra-renale des endoprotheses de premiere generation.

Les anévrysmes de l'aorte abdominale sont retrouvés chez 5 à 9 % de la population après l'âge de 65 ans, et la rupture de ces anévrysmes cause chaque année au moins 15000 décès. Bien que la plupart soient petits et asymptomatiques, typiquement leur diamètre s'accroît avec le temps et environ 60% finissent par nécessiter une réparation chirurgicale. A ce jour, aucune thérapeutique ne permet de ralentir ou de stopper la croissance des petits anévrysmes. La paroi anévrysmale est caractérisée par une inflammation chronique et un remodelage du tissu conjonctif associant synthèse et destruction qui conduisent à l'appauvrissement de la paroi en élastine. Tous ces éléments sont présents dans le modèle d'anévrysme à l'élastase chez la souris. Alors que de nombreuses données ont été accumulées sur l'implication des metalloprotéinases dans la dégradation de la matrice extracellulaire, le rôle des serines protéases a reçu beaucoup moins d'intérêt. En utilisant le modèle d'anévrysme à l'élastase chez les souris cathepsine S et cathepsine C knockout, nous avons montré que leur présence était indispensable au développement anévrysmal. Nous avons également montré qu'il était possible de bloquer le modèle au moyen d'un inhibiteur des cathepsines, l'E64. L'ensemble de nos travaux semblent montrer que les cathepsines jouent un rôle prépondérant dans la phase d'initiation de la réaction inflammatoire et que les cathepsines sont une voie de recherche potentielle pour le développement de traitements médicamenteux pouvant ralentir la croissance des AAAs
Abdominal aortic aneurysms occur in 5-9% of the population over the age of 65, and rupture of these aneurysms cause every year at least 15,000 deaths. Although most AAAs are small and asymptomatic, their diameter typically increases over time and about 60% eventually require surgical repair. To date, no therapy can slow or stop the growth of small aneurysms. The aneurysmal wall is characterized by chronic inflammation and tissue remodeling involving synthesis and destruction that leads to the loss of elastin. All these elements are present in the elastase model of aneurysm in mice. While many data have been accumulated on the involvement of metalloproteinases in the degradation of the extracellular matrix, the role of serine proteases has received much less interest. Using this model in mice cathepsin S and cathepsin C knockout, we have shown that their presence was essential for aneurysmal development. We also showed that it was possible to block the model using E64, an inhibitor of cathepsins. Taken together these data suggest that cathepsins play a role in the initiation of the inflammatory reaction and that cathepsins are a potential way of research for the development of medication which could slow down the AAAs growth. In order to block by pharmacological means the model, we developed the possibility to infuse doxycyline directly on the aneurysm. These studies showed that it was possible to block the model with an infusion of local doxycycline without blood levels of doxycycline. This experimental work opens the way for the development of drug-eluting stent graft, i.e. a stent graft able to infuse an active product which can stabilize the wall of the aneurysm