Maha REDA : "Modélisation mécano-biologique de l’hyperplasie intimale induite par les vibrations transmises au système main-bras"

Résumé : L’exposition aiguë du système main-bras aux vibrations mécaniques peut diminuer les contraintes de cisaillement (Wall Shear Stress - WSS) exercées par le sang sur l’endothélium de l’artère. Or une modification chronique de ces contraintes hémodynamiques peut entrainer une croissance et un remodelage artériels induits par un phénomène d’hyperplasie intimale. Dans cette thèse, un modèle mécano-biologique de l’hyperplasie intimale, basé sur un couplage entre un système multi-agents (SMA) et un modèle éléments finis, a été élaboré. Le SMA décrit les phénomènes biologiques au niveau cellulaire et moléculaire, comme par exemple, la sécrétion des médiateurs biochimiques par les cellules endothéliales (CE) et les cellules musculaires lisses (CML), la prolifération, l’apoptose et la migration des CML, ainsi que la synthèse et la dégradation de la matrice extracellulaire (MEC). Ces phénomènes sont régulés d’une part par les valeurs du WSS, introduites comme données d’entrée, et d’autre part par les contraintes circonférentielles, simulées par le modèle élément finis. De plus, des tests ex-vivo sur des cellules endothéliales sous flux ont été menés afin de quantifier la sécrétion, par ces cellules, du facteur de croissance Platelet-Derived Growth Factor BB (PDGF-BB) en fonction des valeurs du WSS. Les paramètres du modèle biologique sont alors issus, soit de nos propres résultats expérimentaux précédents, soit de la littérature. L’hyperplasie intimale a été simulée en appliquant un WSS de 3 Pa, ce qui correspond à l’état non vibré et un WSS de 1 Pa s’agissant de l’état vibré. Le modèle mécano-biologique est capable de maintenir un état basal, dans la condition non vibrée, et de prédire 30 % de sténose après 10 ans d’exposition aux vibrations pendant 4 heures par jour. Les analyses de l’étude paramétrique ont montré que le taux de sténose artérielle est influencé par les effets chimiotactique et mitogénique du PDGF-BB et du Transforming Growth Factor β (TGF-β) sur les CML. Le coefficient de diffusion du PDGF-BB a un impact majeur sur le développement de l’hyperplasie intimale. L’atrophie de la media due à la dégradation de la MEC a été prédite par le modèle mécano-biologique lorsque les contraintes circonférentielles ont diminué en raison de l’épaississement des parois artérielles lors de la croissance. Enfin, nos simulations ont montré que la loi de comportement utilisée pour décrire le comportement mécanique de l’artère digitale a peu d’influence sur l’évolution de la sténose artérielle durant cinq ans de simulation. Notre modèle mécano-biologique pourra servir de base à une nouvelle définition de la dose d’exposition vibratoire permettant de mieux protéger les salariés contre le risque vibratoire vasculaire.

Composition du jury : Jean-François Ganghoffer (Université de Lorraine, LEM3)

Vittorio Sansalone (Université Paris Est créteil Val de Marne, Modélisation et Simulation Multi-Echelle (MSME))

Anne-Virginie Salsac UTC ( Biomechanics and bioengineering laboratory)

Alice Turcot (Direction de santé publique, CISS Chaudière-Appalaches)

Nicla Settembre (Université de Lorraine, CHU Nancy)

Christophe Lang (UFC, FEMTO-ST DISC)

Christophe Noël ( INRS)

Emmanuelle Jacquet (UFC, FEMTO-ST, DMA)

Localisation : INRS Nancy - Salle de conférence Batiment 29 - 1, rue du Morvan 54500 VANDOEUVRE-LES-NANCY