Caractérisation de milieux biologiques poreux : Application au thrombus intraluminal

Article par J. Léonet, lauréat d'une bourse de participation au congrès de la Société de Biomécanique de 2022.

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde avec près de 18 millions de morts chaque année. L’aorte abdominale ou thoracique peut être affectée par des pathologies comme les anévrismes de l’aorte abdominale (AAA) ou thoracique (AAT) et les dissections aortiques (DAT). Dans la majorité des cas, ces pathologies sont le siège de la formation de matériel thrombotique appelé thrombus intraluminal (ILT) (Fig. 1A). Au niveau biologique, l’ILT est un agrégat de sang, de plaquettes et de résidus cellulaires. Ces éléments impliqués dans la coagulation sanguine sont ordinairement en libre circulation dans les vaisseaux mais plusieurs phénomènes peuvent conduire à l’activation d’un processus d’agrégation et de formation de thrombus comme l’endommagement d’un tissu ou encore la perturbation des écoulements sanguins¹. Au niveau mécanique, l’ILT peut être considéré comme une structure multicouches² (Fig. 1B), poreuse³, inhomogène présentant des gradients de perméabilité⁴. Son rôle sur l’évolution favorable ou défavorable de la pathologie est encore sujet à controverse. En effet, les études expérimentales de caractérisation morphologique de l’ILT restent souvent bidimensionnelles et les résultats de la caractérisation mécanique dépendent de la provenance des échantillons. D’autre part, rares sont les études numériques relatives aux pathologies de l’aorte prenant en considération l’aspect poreux et multicouches de l’ILT⁵. Par conséquent, l’objectif de mon projet de thèse est de caractériser les différentes propriétés mécaniques et morphologiques de l’ILT à différentes échelles spatiales par le biais d’expérimentations afin d’obtenir un modèle représentatif de l’ILT.

Figure 1. Représentation du thrombus intraluminal (ILT). (A) CT-scan d’un AAA avec un ILT. (B) Représentation schématique des différentes couches de l’ILT.

Notre projet intègre plusieurs études expérimentales en commençant par des études de perméabilité effectuées à l’échelle macroscopique par le biais d’un perméamètre développé par l’équipe de biomécanique de l’IRPHÉ. Les résultats obtenus ont révélés que seule la couche interne de l’ILT (luminale) est perméable au fluide contredisant les travaux de Boschetti et al⁴. Ces travaux ont été complétés par des analyses histologiques réalisées à l’échelle microscopique en collaboration avec l’AP-HM, hôpital de la Timone (Marseille, France). L’histologie a révélé des microstructures et des compositions différentes pour chacune des couches de l’ILT avec une couche luminale riche en éléments cellulaires. Enfin, la morphologie 3D de l’ILT à l’échelle microscopique a été observée sous micro-tomographe RX permettant de corréler perméabilité, microstructure et composition de l’ILT. Pour la première fois, la morphologie 3D de l’ILT a été obtenu renseignant sur la porosité des différentes couches de l’ILT. Des calculs de perméabilité à l’échelle microscopique ont été réalisés à partir des images micro-tomographiques et les résultats sont similaires à ceux obtenus à l’échelle macroscopique permettant ainsi de valider notre modèle.

Les premiers résultats de cette étude expérimentale sur la caractérisation morphologique de l’ILT se sont révélés novateurs et prometteurs. Associée à une étude rhéologique, un modèle représentatif de l’ILT pourra être défini. Ce modèle pourrait ensuite être implémenté dans des simulations numériques afin de comprendre son rôle dans l'évolution des pathologies aortiques et répondre à des questions d’intérêts cliniques.

Références

1. Furie, B., & Furie, B. C. (2007). In vivo thrombus formation. Journal of thrombosis and haemostasis : JTH, 5 Suppl 1, 12–17. https://doi.org/10.1111/j.1538-7836.2007.02482.x
2. Wang, D. H., Makaroun, M., Webster, M. W., & Vorp, D. A. (2001). Mechanical properties and microstructure of intraluminal thrombus from abdominal aortic aneurysm. Journal of biomechanical engineering, 123(6), 536–539. https://doi.org/10.1115/1.1411971
3. Polzer, S., Gasser, T. C., Markert, B., Bursa, J., & Skacel, P. (2012). Impact of poroelasticity of intraluminal thrombus on wall stress of abdominal aortic aneurysms. Biomedical engineering online, 11, 62. https://doi.org/10.1186/1475-925X-11-62
4. Boschetti, F., Martino, E.S., & Gioda, G. (2007). Poroviscoelastic model of intraluminal thrombus from abdominal aortic aneurysms, A.
5. Loffredo, S., Guivier-Curien, C., & Deplano, V. (2021, October 25-27). Influence of the presence of a porous thrombus on hemodynamics in a CFD model of a descending thoracic aneurysm [Conference presentation abstract]. 46^ème Congrès de la société de biomécanique, St Etienne, France. https://doi.org/10.1080/10255842.2021.1978758

L'auteur

 Joris Léonet, Aix-Marseille Université, IRPHÉ UMR 7342, Marseille, France, et ISUTI UMR7343, Marseille, France.

Joris Léonet est titulaire d’un diplôme d’ingénieur en Mécanique de l’École Nationale d’Ingénieurs de Metz (ENIM) et d’un Master 2 de recherche en Biomécanique de l’Université de Lorraine. il est actuellement en thèse à l’Université d’Aix-Marseille sous la direction de Valérie Deplano (IRPHÉ) et sous la co-direction de Jérôme Vicente (IUSTI). Ma thèse porte sur la caractérisation mécanique et morphologique du thrombus intraluminal qui se forme au sein de pathologies aortiques (anévrisme, dissection aortique) afin de construire un modèle représentatif qui répondra à des questions d’intérêt clinique au service des patients par une approche expérimentale.

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