Gonarthrose précoce et exo-prothèse de genou : analyses biomécaniques et développement d'un prototype

Early knee osteoarthritis and knee exo-prosthesis : biomechanical analysis and prototype development

• Auteur / Autrice : Gaëtan Aüllo-Rasser
• Direction : Patrick Chabrand, Jean-Noël Argenson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain
• Date : Soutenance le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Caroline Richard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hassan Zahouani, Roger Lecurieux-Clerville
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arnaud Germaneau, Sébastien Laporte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arthrose

Genou -- Chirurgie

Cartilage

Gonarthrose

Mots clés libres

Genou

Arthrose

Cartilage

Dispositif médical implantable

Décharge

Knee

Osteoarthritis

Cartilage

Implantable medical device

Unloading

Résumé

L'exo-prothèse de genou (EPG) est un dispositif médical implantable innovant pour la prise en charge de l'arthrose modérée chez des patients trop jeunes pour se voir proposer une prothèse. Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse vise à établir une base scientifique sur le potentiel thérapeutique de cette solution, cette base permettant finalement de proposer un prototype d'EPG fonctionnel. Deux expérimentations animales ont été conduites afin de mettre en évidence la réponse biologique des cartilages de genou arthrosique murin. La première consistait à explorer deux approches différentes d'induction, l'une chimique et l'autre mécanique. Nous avons pu mettre en évidence que les premiers temps de chaque méthode d'induction étaient différents. La seconde expérimentation nous a conduit à concevoir une EPG adaptée au rat, afin de comparer l'évolution de l'arthrose avec et sans EPG. Les résultats prouvent que l'EPG est une solution efficace pour la conservation du cartilage dans le processus arthrosique. Un prototype répondant au cahier des charges a pu être fabriqué et testé sur un banc de chargement mécanique sur sujet humain post mortem. Cette étude a mis en évidence la capacité de l'EPG à mettre en décharge les cartilages du compartiment médial du genou en extension sans pour autant limiter sa capacité de flexion.Ces travaux ont permis la conception et la fabrication d'un prototype d'EPG fonctionnel, validé tant sur le plan mécanique que biologique. L'EPG permet la décharge du compartiment médial sur anatomie humaine. Un dispositif analogue sur rat a permis la protection du cartilage durant un processus arthrosique.

The knee exo-prosthesis (KEP) is an innovative implantable medical device for the management of moderate osteoarthritis in patients too young to be offered a prosthesis. The work presented in this thesis manuscript aims at establishing a scientific basis on the therapeutic potential of this solution, this basis finally allowing to propose a functional KEP prototype. Two animal experiments were conducted in order to highlight the biological response of murine osteoarthritic knee cartilage. The first consisted in exploring two different induction approaches, one chemical and the other mechanical. We were able to show that the first times of each induction method were different. The second experiment led us to design a rat-adapted KEP, in order to compare the evolution of OA with and without KEP. The results prove that KEP is an effective solution for cartilage conservation in the osteoarthritis process. A prototype meeting the specifications was manufactured and tested on a mechanical loading bench on a post-mortem human subject. This study demonstrated the ability of the KEP to unload the cartilage of the medial compartment of the knee in extension without limiting its flexion capacity.This work led to the design and manufacture of a functional KEP prototype, validated both mechanically and biologically. The KEP allows the unloading of the medial compartment on human anatomy. An analogous device on rats allowed the protection of the cartilage during an arthrosic process.