Elastographie clinique et ingénierie tissulaire : approche diagnostique translationnelle de la faiblesse musculaire acquise en réanimation

Clinical elastography and tissue engineering : translational diagnosis approach of intensive-care-unit-acquired muscle weakness

• Auteur / Autrice : Aurélien Flatres
• Direction : Boris Jung, Pascal Etienne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 27/04/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiologie & médecine expérimentale du cœur et des muscles (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Stefan Matecki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boris Jung, Pascal Etienne, Stefan Matecki, Alexandre Demoule, Cécile Legallais, Stein Silva Sifontes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Demoule, Cécile Legallais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Muscles -- Régénération (biologie)

Complications anesthésiques

diagnostic

Maladies neuromusculaires

Mots clés libres

Faiblesse musculaire acquise en réanimation

Ingénierie tissulaire

Régénération musculaire

Élastographie

Diagnostique

Intensive-Care-Unit-Acquired muscle weakness

Tissue engineering

Muscle regeneration

Elastography

Diagnosis

Résumé

L’atteinte des muscles squelettiques lors d’un séjour prolongé en soins intensifs est rapide et induit une baisse de la force de contraction. Cette atteinte concerne le diaphragme, le principal muscle respiratoire, et induit un retard du sevrage de la ventilation mécanique et une probabilité de décès plus importante. A plus long terme, l’atteinte des muscles périphériques engendre une qualité de vie et une autonomie fonctionnelle dégradée. Le principal médiateur de la persistance de cette faiblesse musculaire implique un défaut de la régénération musculaire avec une atteinte quantitative et qualitative des cellules satellites. Ces travaux de thèse translationnels avaient un double objectif. Le premier était d’évaluer la faisabilité et l’apport de l’élastographie par onde de cisaillement, dans le but d’identifier de manière non invasive et précoce une altération qualitative des muscles. A travers ces résultats, nous démontrons tout d’abord que l’évaluation du module de cisaillement est faisable et reproductible sur une population de patients critiques. De très bons indices de corrélation sont obtenus pour le diaphragme et les muscles périphériques, et ce pour deux opérateurs. Le suivi du module de cisaillement (MC) lors du séjour en SI sur une cohorte de 94 patients nous a permis de montrer qu’il peut diminuer ou augmenter, signe d’une modification tissulaire. Sur le modèle de cochon ventilé mécaniquement, le MC est associé à une baisse de la force ainsi qu’a des atteintes histologiques (atrophie des fibres musculaires, inclusion lipidique). Le second objectif de ces travaux de thèse s’est focalisé sur le développement d’un modèle de muscle in vitro permettant l’étude du défaut de régénération musculaire. Grâce au principe de l’ingénierie tissulaire, les premières étapes de ce modèle ont été initiées. Tout d’abord et afin d’induire une différenciation orientée des myotubes in vitro, un nouveau bio-matériau à été développé afin de construire un support en silicone microstructuré. Ce matériau hybride organique-inorganique basé sur l’EETMOS permet une microstructuration directe et rapide sur du silicone par écriture laser UV. De plus, c’est un bon candidat pour l’utilisation en culture cellulaire : il est non toxique et présente une auto-fluorescence inférieure au matériau photosensible classique. Ces travaux ont également permis de montrer la faisabilité d’un greffage de peptides de synthèse sur le silicone en association avec des cellules primaires de patients.

Skeletal muscle injury during a prolonged stay in intensive care unit is rapid and leads to a decrease in the strenght of the contraction. This weakness affects the diaphragm, the main respiratory muscle, and leads to a delay in weaning from mechanical ventilation and a higher probability of death. In the longer term, weakness to the limbs muscles leads to a poor quality of life and impaired functional autonomy. The main mediator of the persistence of this muscular weakness involves a defect of the muscular regeneration with a quantitative and qualitative impairment of the satellite cells. These translational thesis works had a double objective. The first was to evaluate the feasibility and contribution of shear wave elastography, in order to identify in a non-invasive and early manner a qualitative alteration of the muscles. Through these results, we first demonstrate that the evaluation of shear modulus is feasible and reproducible on a critical patient population. Very good correlation coefficient is obtained for the diaphragm and limbs muscles for two operators. Monitoring the shear modulus (SM) during the SI stay on a cohort of 94 patients allowed us to show that it can decrease or increase, showing a tissue modification. In the mechanically ventilated pig model, MC is associated with a decrease in strength as well as histological damage (muscle fiber atrophy, lipid inclusion). The second objective of this thesis work focused on the development of an in vitro muscle model allowing the study of the muscle regeneration failure. Thanks to the principle of tissue engineering, the first steps of this model were initiated. First of all, and in order to obtain an oriented differentiation of the myotubes in vitro, a new bio-material has been developed to build a microstructured silicone support. This EETMOS-based organic-inorganic hybrid material allows direct and fast microstructuring on silicone by UV laser writing. Moreover, it is a good candidate for use in cell culture: it is non-toxic and has a lower auto-fluorescence than the classical photosensitive material. This work has also demonstrated the feasibility of grafting synthetic peptide onto silicone in association with primary patient cells.