Academic literature on the topic 'Bio-prothèse'

Background: Ceramics are inorganic nonmetallic materials and are used as bioinert components in joint replacement surgeries. Ceramics are known to be low allergenic. We experienced a ceramic-induced psoriasis. Objective: We report a first case of possible ceramic-induced psoriasis caused by a ceramic insert. Methods: A 55-year-old female received an implanted ceramic-on-ceramic total hip replacement for osteoarthritis of the right hip joint. Following surgery, she developed psoriatic lesions, which continued for 10 years. We suspected that psoriasis was caused by a ceramic insert and removed it surgically. Results: When the ceramic insert was replaced with a polyethylene-on-metal hip joint, the psoriatic lesions completely disappeared. Conclusion: The pathogenesis of psoriasis is still an enigma, although deregulation of nuclear factor κB signaling and resulting abnormal cytokine secretion are speculated to be involved. Ceramics may affect these signaling events and cause the onset of psoriasis. Renseignements de base: Les céramiques sont des matériaux non métalliques inorganiques et sont utilisées comme composants bio-inertes dans les arthroplasties. Les céramiques sont reconnues pour être peu allergisantes. Nous avons observé un psoriasis provoqué par la céramique. Objectif: Nous exposons un premier cas possible de psoriasis provoqué par la céramique causé par un implant en céramique. Méthodes: Une femme de 55 ans a reçu une prothèse céramique-sur-céramique implantée lors d'une arthroplastie totale de la hanche pour traiter l'arthrose de l'articulation de la hanche droite. Après la chirurgie, elle a développé des lésions psoriasiques dont la manifestation s'est poursuivie pendant 10 ans. Nous avons soupçonné que le psoriasis était causé par l'implant en céramique, et nous l'avons enlevé chirurgicalement. Résultats: Une fois l'implant en céramique remplacé par une prothèse articulaire en polyéthylène-sur-métal, les lésions psoriasiques ont disparu complètement. Conclusion: La pathogenèse du psoriasis demeure une énigme, bien qu'on suppose que la dérégulation de la voie de signalisation NF-κB et que la sécrétion anormale de cytokines résultante soient impliquées. Les céramiques peuvent affecter ces événements de signalisation et provoquer l'apparition du psoriasis.

Le premier objectif de notre travail est de caractériser l'évolution temporelle de proprié-tés structurales et mécaniques de matériau osseux régénéré et immature sur un grand volume.Nous avons étudié ce tissu en évolution lors de sa genèse dans un environnement mécanique contrôlé. Pour caractériser l'évolution temporelle des propriétés mécaniques de ce tissu, à partir d'un modèle animal, nous mettons en place une étude couplant essais mécanique d'indentation,observations macroscopiques et étude histologique. Cette méthodologie combinée donne des informations complémentaires à différentes échelles : macroscopique par simple observation,mésoscopique avec les tests d'indentation et microscopique avec l'histologie. Le tissu osseux ré-généré évolue d'un matériau homogène, visqueux et souple vers un matériau hétérogènes, plus rigide et moins visqueux. D'un point de vue biologique, l'organisation cellulaire part d'un amas de nombreuses cellules et progresse vers une structure plus proche de celle de l'os. Mécanique et biologie révèlent une évolution similaire : d'abord le régénérat grossit, puis il se différencie en tissu ostéochondral et finalement, la calcification commence. Les résultats biologiques confirment les études de la littérature et les résultats mécaniques donnent les premières valeurs de caractéristiques mécaniques de ce tissu avec le module d'Young réduit.Le deuxième objectif de cette étude est de développer une bioprothèse avec un biomatériau biodegradebable afin de régénérer un défaut d'os de taille critique. Notre étude est originale carelle propose d'utiliser le biomatériau comme tuteur de la régénération. Une étude préliminaire a été menée avec un modèle animal et un biomatériau céramique phosphocalcique. De premiers résultats encourageant ont été obtenus mais le processus clinique reste à concrétiser
The first objective of our work was to experimentally characterise the temporal evolutionof the structural and mechanical properties of large volume immature regenerated tissues. Westudied these evolving tissues from their genesis in controlled mechanical conditions. To characterizethe temporal evolution of mechanical properties, based on animal model, we carried outindentation tests coupled with macroscopic examinations and histological studies. This combinedmethodology yielded a range of information on osteogenesis at different scales : macroscopic bysimple observation, mesoscopic by indentation test and microscopic by histological study. Resultsallowed us to identify different periods, providing a link between biological changes and materialproperty evolution in bone tissue regeneration. The regenerated tissue evolves from a viscous,homogeneous, soft material to a heterogeneous stiffer material endowed with a lower viscosity.From a biological point of view, cell organization progresses from a proliferated cell clot to a maturestructure closer to that of the bone. During the first seven days, mechanical and biologicalresults revealed the same evolution : first, the regenerated tissue grew, then, differentiated into anosteochondral tissue and finally calcification began. While our biological results confirm those ofother studies, our mechanical results provide the first experimental mechanical characterizationby reduced Young's modulus of such tissue.In a second time,we develop a bioprothesis with a biodegradebable biomaterial to regenerate acritical size bone defect. Our study is original because it proposes to use the biomaterial to initiatethe regeneration. A study was performed with an animal model and phosphocalcic ceramic.First observation gave some encouraging results but the clinical process should be realized

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
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

Le développement de prothèses du membre supérieur est couramment divisé en deux parties : la conception mécatronique de la prothèse et l'interface homme-machine dédiée à la commande. L'objectif de cette thèse est de rapprocher ces deux domaines afin de mieux les assortir. Une première étape concerne l'acquisition et le traitement des signaux de commande. Ainsi, une base de données comprenant des signaux électromyographiques et des coordonnées articulaires mesurées par vision par ordinateur a été réalisée. Un réseau de neurones artificiels réalise ensuite la reconstruction de la position de la main par exploitation des séquences électromyographiques. Une architecture de main sous-actionnée bio-inspirée est alors proposée afin de reproduire la cinématique de la main en garantissant une répartition de l'effort de préhension. Cette nouvelle approche consiste à optimiser l'imitation des synergies de la main liées à la saisie, permettant ainsi une commande plus naturelle pour les utilisateurs de prothèses actives
Research on upper-body prosthetic device is commonly divided in two categories: The prosthesis mechatronic conception and the human-machine interface dedicated to the control. This PhD thesis aims to bring together these two fields of research. The first step deals with control signals. Thus, a database containing electromyographic sequences and vision based joint coordinate measurements was created. Then, an artificial neural network achieves the motion estimation from electromyographic sequences. Accordingly, an under-actuated bio-inspired hand architecture is proposed to copy an organic hand motion while ensuring a grasping force distribution. This innovative approach allows to optimize the synergies imitation and proposes a control more intuitive for active prosthesis users

Chez l'humain, la perte de fonctions motrices causée par l'absence d'une partie du bras affecte l'autonomie et la capacité à réaliser des tâches du quotidien. Pour rétablir certaines des fonctions perdues, la personne handicapée peut utiliser une prothèse qui remplace la partie absente du bras. Aujourd'hui, les prothèses les plus avancées mesurent l'activité des muscles du moignon pour commander leurs articulations. Cependant, plus le handicap est important, plus nombreuses sont les fonctions motrices à restaurer mais moins nombreux sont les muscles à partir desquels recueillir ces mesures. En vue de surmonter cet obstacle, cette thèse explore comment l'emploi de coordinations motrices, c'est-à-dire de régularités dans les rotations des différentes articulations, peut contribuer au pilotage d'une prothèse de bras. À cette fin, deux plateformes expérimentales intervenant comme substituts à une véritable prothèse sont élaborées~: un bras robotique anthropomorphe à taille humaine, et un bras simulé dans un dispositif de réalité virtuelle. Une première expérience met des participants valides aux commandes de ce bras robotique, piloté de façon à ce que son extrémité reproduise les déplacements de la main du participant. Dans une tâche d'atteinte de cible, elle compare la qualité du pilotage selon que le robot adopte des postures plutôt bio-mimétiques ou biologiquement invraisemblables, pour atteindre avec son extrémité le but défini par le participant. Cette expérience montre que la familiarisation au pilotage du robot est meilleure lorsque ses coordinations articulaires sont proches de celles d'un bras humain. Dans une seconde expérience, des participants valides pilotent un bras virtuel dont l'épaule imite les mouvements de leur propre bras, tandis que ses articulations distales (coude et au-delà) sont commandées artificiellement. Dans une tâche de prise et pose d'objet, elle compare la qualité du pilotage selon que ces articulations distales sont commandées uniquement à partir des rotations de l'épaule réelle, ou en intégrant également des informations contextuelles relatives à la cible à atteindre. Cette expérience révèle que l'inclusion d'informations contextuelles améliore notablement la qualité du pilotage. Dans leur ensemble, ces résultats montrent que les coordinations motrices naturelles sont une source d'informations pertinentes pour le pilotage d'une prothèse de bras et peuvent être employées en combinaison avec d'autres signaux de commande pour enrichir ses capacités motrices. En termes d'applications, ils fournissent des pistes pour la conception de techniques de pilotage exploitant les coordinations motrices naturelles pour piloter plusieurs articulations simultanément
In humans, the loss of motor functions associated with the absence of part of the arm disrupts autonomy and reduces the ability to carry out tasks of daily life. To restore some of the lost functions, a person with the aforementioned upper limb disability can use a prosthesis which replaces the missing part of the arm. To this day, the most advanced prostheses measure the activity of muscles located in the stump to control their joints. However, a higher level of disability implies that the prosthesis must restore more motor functions with fewer available muscles from which command signals can be measured. In order to overcome this obstacle, this thesis explores how motor coordinations extit{i.e.} regularities in the way the different joints are put in motion, can be used to drive an arm prosthesis. With this aim, two experimental platforms were developed to act as substitutes for an actual prosthesis: a human-like robotic arm, and a simulated arm in a virtual reality setup. In a first experiment, this robotic arm is driven by able-bodied participants so that its endpoint reproduces the motion of their own hand. Based on a target-reaching task, this experiment compares how well participants perform with this control scheme in two distinct conditions. These conditions correspond to two different strategies to choose the robot's postures when placing its endpoint on the goal defined by the participant: rather human-like or biologically implausible. The results show that employing joint coordinations close to those of a human arm elicits better familiarization to the robot's control scheme. In a second experiment, able-bodied participants drive a virtual arm whose shoulder mimics the participant's actual shoulder motion while its distal joints (elbow and lower) are artificially controlled. Based on a pick-and-place task, this experiment compares how efficiently participants manage to drive the virtual arm with two distinct control schemes. One controls these distal joints' rotations solely from the actual shoulder's motion whereas the other uses additional information in the form of contextual, target-related data. The results reveal that including this contextual information notably improves the performance achieved during the task. Overall, these results show that natural joint coordinations provide a relevant source of information for the control of an arm prosthesis and can be combined with other types of command signals to further expand its motor functions. Regarding application to real-life prosthesis use, they provide insight for the design of control schemes employing natural motor coordinations to drive multiple joints simultaneously

Les prothèses vasculaires en polyéthylène téréphtalate (Dacron®) et en polytétrafluoroéthylène expansé (Gore-Tex®) sont utilisées pour les pontages de plus de 6mm de diamètre avec de bons résultats. Pour les pontages de diamètre inférieur, les autogreffes vasculaires restent la meilleure option. Cette thèse décrit la mise au point et l'expérimentation in vivo de prothèses de petit calibre à base d'hydrogels. Les caractéristiques mécaniques d'aortes de rat ont été mesurées afin d'obtenir des valeurs de référence. Nous avons ensuite développé une prothèse tubulaire avec un diamètre interne de 2mm à base d'un mélange de polysaccharides pullulane/dextrane réticulés par le trimetaphosphate de sodium. Cette prothèse, renforcée par un treillis de nylon, a été implantée chirurgicalement chez le rat en remplacement de l'aorte abdominale. Les prothèses, suivies par doppler et angiographie, ont présenté une bonne perméabilité jusqu'à 8 semaines. L'étude histologique a montré la formation d'un néo-tissu sur la surface luminale de la prothèse, composé de fibres de collagène et d'élastine et de cellules musculaires lisses. Le remplacement des polysaccharides par l'alcool polyvinylique (PVA) a ensuite permis d'obtenir un tube en hydrogel aux propriétés mécaniques intrinsèques améliorées. La nouvelle prothèse a été testée in vivo en remplacement de l'aorte abdominale chez le rat pendant au moins une semaine sans complications mécaniques ni thrombose. L'association de polysaccharides et de PVA permettrait de combiner les avantages des deux matériaux constituant ainsi une voie de recherche prometteuse dans la mise au point de prothèses vasculaires de petit diamètre
Vascular prostheses in polyethylene terephtalate (Dacron®) or in expanded polytetrafluoroéthylène (Gore-tex®) are usually used for bypass larger than 6 mm with good results. For small diameter bypass, autografts remain the best choice. This thesis describes the fabrication and the in vivo testing of small diameter hydrogel-based prostheses. Mechanical characteristics of rat aortas were determined as standards. Then, we designed a polysaccharide-based tubular prosthesis with a 2mm internal diameter using a mixture of pullulan/dextran polysaccharides crosslinked with sodium trimetaphosphate. The prosthesis, reinforced with a wrapped nylon mesh, was grafted into rats as replacement of the abdominal aorta. The graft, monitored with doppler and angiography, showed a good patency for up to 8 weeks. Histology revealed the formation of new tissue on the luminal face made of collagen, elastic fibers and smooth muscle cells. Then, the replacement of polysaccharides with polyvinyl alcohol (PVA) allowed the preparation of tubular hydrogels with enhanced intrinsic mechanical properties. The new prosthesis exhibited patency for up to one week as a replacement of rat abdominal aorta. Eventually, the association of polysaccharides and PVA could combine the advantages of both materials opening thus a promising research pathway for small diameter vascular grafts