Traitement Endovasculaire des Malformations Artérioveineuses Cérébrales par Voie Veineuse : Développement d'un Nouvel Modèle in Vitro

Transvenous Endovascular Embolization of Brain Arteriovenous Malformations : Development of a New In Vitro Model

• Auteur / Autrice : Rodrigo Rivera Miranda
• Direction : Charbel Mounayer, Aymeric Rouchaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Innovation Technologique et Thérapeutique
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ω-LIM-Biologie-Chimie-Santé (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Gentric
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Clarençon, Christina Iosif, Chrysanthi Papagiannaki
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Clarençon, Christina Iosif

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impression 3D

Embolisation

Malformations vasculaires veineuses

Mots clés libres

Malformations Arterio-Veineuses

Traitement Endovasculaire

Cerveaux

Vasculaire

Arteriovenous Malformations

Endovascular Treatment

Brain

Vascular

Résumé

Les malformations artérioveineuses cérébrales (MAVC) sont des anomalies vasculaires rares mais significatives pouvant entraîner de graves conséquences neurologiques. Leur prise en charge a été un défi, et le traitement endovasculaire s'est imposé comme une approche essentielle. L'embolisation endovasculaire, impliquant l'utilisation de matériaux liquides qui se solidifient à l'intérieur des vaisseaux, peut partiellement ou complètement obstruer une MAVC. La voie artérielle a traditionnellement été le principal point d'accès pour traiter les MAVC. Cependant, ces dernières années, l'embolisation transveineuse (ETV) a révolutionné le traitement de certains cas, obtenant d'excellents résultats curatifs. Cette approche, impliquant l'embolisation endovasculaire du côté veineux de manière à contre-courant, exige des compétences avancées de l'opérateur.Lorsque nous avons lancé cette étude, il n'existait aucun modèle de MAVC adapté à l'enseignement ou à la formation en ETV. L'objectif de notre thèse était de développer un nouveau modèle de MAVC pour l'ETV. Notre question de recherche centrale était de savoir s'il était possible de créer un nouveau modèle de MAVC pour l'embolisation transveineuse.Dans une première partie de la thèse, nous avons mené des recherches approfondies, examinant systématiquement tous les modèles utilisés dans les études sur les MAVC. Nous avons observé que les modèles endovasculaires utilisaient principalement le rete mirabile chez le cochon, et que les modèles in vitro n'étaient pas largement utilisés à cette fin. L'impression 3D semblait être une technique attrayante pour créer de nouveaux modèles, moins chère et plus accessible que les animaux ; cependant, aucun modèle efficace avec des canaux creux n'avait été développé en utilisant cette technologie.Nous avons découvert qu'une technique d'impression 3D spécialisée appelée stéréolithographie (SLA) avait été utilisée pour créer des objets avec de petits canaux pour un domaine appelé millifluidique. Étant donné que la création de petits canaux creux était un défi technologique et une réalisation en millifluidique, nous avons choisi d'utiliser la SLA pour développer un nouveau modèle vasculaire. Nous avons commencé avec des conceptions de conteneurs simples, que nous avons appelées « puces », comportant des tubes internes creux. Au fil du temps, nous avons incorporé des courbes plus douces et des structures plus organiques pour simuler une MAVC, avec les éléments classiques des artères d'alimentation, du nidus et des veines de drainage.Dans une deuxième phase de nos recherches, nous avons testé notre modèle initial de puce de MAVC en utilisant l'embolisation par voie transartérielle dans un circuit fermé et nous avons pu confirmer sa fiabilité structurelle et fonctionnelle. Cette étude a servi de preuve de concept que le modèle pouvait être utilisé pour la formation, l'enseignement et la recherche en embolisation de MAVC.Grâce à un processus de conception itératif, nous sommes parvenus à la dernière évolution du modèle de MAVC, où nous avons pu transférer des données d'image de patients réels dans une conception informatique et l'imprimer en 3D. Ce modèle était connecté à un système avec une pompe, nous permettant de reproduire l'environnement vasculaire de l'embolisation transveineuse. Nous avons réussi à démontrer la faisabilité de l'ETV en utilisant des microcathéters et des agents emboliques liquides. Cette réalisation a marqué la création et le test du premier modèle in vitro de MAVC pour l'ETV utilisant l'impression 3D, répondant ainsi avec succès à notre question de recherche.Ce modèle unique et innovant ouvre de nouvelles possibilités pour l'enseignement, l'apprentissage, la formation et la recherche dans le traitement endovasculaire des MAVC.

Brain Arteriovenous Malformations (BAVM) are rare but significant vascular anomalies that can lead to severe neurological consequences. Managing them has been challenging, and endovascular treatment has emerged as a cornerstone approach. Endovascular embolization, involving the use of liquid materials that solidify inside the vessels, can partially or completely occlude a BAVM. The arterial route has traditionally been the primary access point for treating BAVMs. However, in recent years, transvenous embolization (TVE) has revolutionized the treatment of selected cases, yielding excellent curative results. This approach, involving endovascular embolization from the venous side in a counterflow manner, demands advanced operator skills.When we initiated this study, there were no BAVM models suitable for teaching or training in TVE. The objective of our thesis was to develop a new BAVM model for TVE. Our central research question was whether it was possible to create a new BAVM model for transvenous embolization.As an initial part of the thesis, we conducted extensive research, were we systematically examined all the models employed in BAVM studies. We observed that endovascular models predominantly featured the utilization of the rete mirabile in swine, and that in vitro models had not been widely utilized for this purpose. Three-dimensional printing appeared to be an attractive technique for creating new models, cheaper and more accessible than animals; however, no effective models with hollow channels had been developed using this technology.We discovered that a specialized 3D printing technique known as Stereolithography (SLA) had been used to create objects with small channels for a field called Millifluidics. Given that creating small hollow channels has been a technological challenge and achievement in millifluidic, we chose to utilize SLA to develop a novel vascular model. We began with simple container designs, which we referred to as 'chips,' featuring inner hollow tubes. Over time, we incorporated softer curves and more organic structures to simulate a BAVM, with the classical elements of arterial feeders, nidus, and draining veins.On a second phase of our research, we tested our initial BAVM chip model using the transarterial route embolization within a closed circuit and we were able to confirm its structural and functional reliability. This study was used as a proof of concept that the model could be employed for training, teaching, and research in BAVM embolization.Through an iterative design process, we reached the final evolution of the BAVM model, where we were able to transfer real patient image data into a computational design and 3D print it. This model was connected to a system with a pump, enabling us to replicate the vascular environment of transvenous embolization. We successfully demonstrated the feasibility of TVE using microcatheters and liquid embolic agents. This accomplishment marked the creation and testing of the first in vitro BAVM model for TVE using 3D printing, successfully answering our research question.This unique and innovative model opens new possibilities for teaching, learning, training, and research in endovascular treatment for BAVMs.