• Langue : Français
• Discipline : Chimie des matériaux
• Identifiant : 2025ULILS057
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 17/12/2025

Résumé en langue originale

L’anévrisme complexe de l’aorte abdominale (AAA) est provoqué par la dilatation permanente de la paroi de l’aorte abdominale englobant les artères rénales et viscérales. Cette fragilisation augmente le risque de rupture selon la taille de l’AAA, avec jusqu’à 90 % de mortalité en cas de rupture. La nécessité de traiter cette pathologie avant sa rupture est donc un enjeu capital pour la santé du patient. La réparation endovasculaire fenêtrée (FEVAR) est une chirurgie mini-invasive reposant sur l’implantation d’une endoprothèse fenêtrée (EDP) pour réduire la pression sur la paroi aortique, tout en permettant la perfusion des organes alentour. La fabrication d’endoprothèses sur mesure, adaptées à l’anatomie aortique du patient, représente un coût important (15 à 20 k€) ainsi qu’un temps de conception incompressible (6-8 semaines) empêchant leur utilisation en cas d’urgence. Par ailleurs, l’implantation d’un tel dispositif peut engendrer des complications postopératoires importantes, comme la thrombose, avec une incidence estimée entre 3 et 19%, ainsi que le risque d’infection, touchant environ 3% des patients. L’objectif de la thèse est de réaliser une endoprothèse par impression 3D et fonctionnalisée pour apporter des propriétés antithrombotiques et/ou antibactériennes. Dans un premier temps, un prototype cylindrique a été réalisé par fabrication additive de polyuréthane thermoplastique (TPU) dans le cadre de la thèse de Marie-Stella M’Bengue (2019-2022). Une optimisation de l’impression 3D a permis de diminuer l’épaisseur des prothèses, permettant leur sertissage dans un introducteur vasculaire de 22Fr, nécessaire à la FEVAR. Des fenêtres ont été ajoutées, à partir du scanner du patient, pour permettre la circulation sanguine dans les artères rénales et viscérales. L’impact du procédé de mise en forme sur les propriétés physico-chimiques et de surface a été contrôlé à chaque étape de la mise en forme (granulé, filament, impression 3D), par diverses analyses thermiques, spectroscopiques et microscopiques (DSC, ATG, FTIR, SEC, MEB, profilométrie optique…). Dans un second temps, ce prototype a été fonctionnalisé pour lui conférer des propriétés antibactériennes et antithrombotiques. Une couche d’ancrage en polydopamine et polyéthylèneimine (PDA/PEI) a été réalisée, permettant une fonctionnalisation secondaire avec les molécules d’intérêt. L’optimisation de cette couche a fait l’objet d’études systématiques visant à évaluer l’impact de la masse molaire de la PEI, le pH de la solution et le temps d’immersion dans la solution de PDA/PEI sur la qualité du revêtement obtenu. Pour ce faire, des dosages des fonctions amines et catéchols ont été réalisés ainsi qu’une évaluation de la surface (MEB, profilométrie). Une évaluation de la cytotoxicité et du taux d’hémolyse a également été effectuée et a confirmé la biocompatibilité du revêtement. Pour conférer une activité antibactérienne, du sulfate d’argent et du nitrate d’argent ont été testés. Les échantillons ont été caractérisés et le sulfate d’argent a montré une activité antibactérienne plus efficace, surtout sur Escherichia coli. Afin d’obtenir une activité antithrombotique, la fixation d’héparine non fractionnée a été réalisée sur la couche de PDA/PEI par interactions électrostatiques. La présence de l’héparine a été confirmée par XPS et des tests d’hémocompatibilité ont montré une réduction et un décalage du temps de formation de la thrombine et de la fibrine, confirmant l’efficacité du revêtement. L’impression 3D d’une EDP patient spécifique en quelques heures a été réalisée et sertie dans un introducteur vasculaire. Un revêtement à base de PDA/PEI contenant de l’héparine ou des nanoparticules d’argent a permis respectivement l’obtention d’une activité antithrombotique ou antibactérienne. L’ajout de fenêtres sur le prototype devra être consolidé et une étude sur la tenue de ces activités au cours du temps devra être effectuée pour garantir leur efficacité dans le temps.

Résumé traduit

A complex abdominal aortic aneurysm (AAA) is caused by the permanent dilation of the abdominal aortic wall involving the renal and visceral arteries. This weakening increases the risk of rupture depending on the size of the AAA and leads to mortality of up to 90% of cases in the event of rupture. Therefore, treatment before rupture is a critical issue for patient health. Fenestrated endovascular aneurysm repair (FEVAR) is a minimally invasive surgical procedure based on the implantation of a fenestrated endograft to reduce the pressure exerted on the aortic wall while preserving perfusion of the surrounding organs. The manufacturing of custom-made endografts, adapted to the patient’s aortic anatomy, represents a significant cost (€15,000–€20,000) and requires a long design time (6-8 weeks), which difficult their use in emergency situations. In addition, implantation of such a device may lead to major postoperative complications, such as thrombosis and infection with an estimated incidence of 3–19% and 3%, respectively. The objective of this PhD work is to develop a 3D-printed and functionalized endograft designed to provide antithrombotic and/or antibacterial properties. Firstly, a cylindrical prototype was produced by additive manufacturing using thermoplastic polyurethane (TPU) as part of the doctoral work of Marie-Stella M’Bengue (2019–2022). Optimization of the 3D printing process helped to reduce the thickness of the prostheses, enabling their crimping into a 22 Fr vascular introducer, which is required for FEVAR. Fenestrations were added, based on a patient’s CT scan, to allow blood flow through the renal and visceral arteries. The impact of the forming process on the physico-chemical and surface properties was monitored at each stage of the shaping process (pellets, filament, 3D printing) through various thermal, spectroscopic, and microscopic analyses (DSC, TGA, FTIR, SEC, SEM, optical profilometry, etc.). Secondly, the prototype was functionalized to obtain antibacterial and antithrombotic properties. An anchoring coating composed of polydopamine and polyethyleneimine (PDA/PEI) was applied, enabling a second functionalization with molecules of interest. A systematic study was performed for the optimization of this layer by the evaluation of PEI molecular weight, solution pH, and immersion time in the PDA/PEI solution. To do this, amine/catechol group quantifications and surface analyses (SEM, profilometry) were performed. Cytotoxicity and hemolysis rate assessments were also conducted, confirming the biocompatibility of the coating. In order to assess the antibacterial activity, silver sulfate and silver nitrate coated samples were tested against E. Coli and S. aureus. Thus, the silver sulfate layered sample exhibited a more effective antibacterial activity, particularly against Escherichia coli. To add an antithrombotic activity, unfractionated heparin was grafted on the PDA/PEI layer through electrostatic interactions. The grafting of heparin was confirmed by XPS, and hemocompatibility tests revealed a reduction and delay in thrombin and fibrin formation times, thus, confirming the effectiveness of the coating. The 3D printing of a patient-specific fenestrated endograft was achieved within a few hours and successfully crimped into a vascular introducer. A PDA/PEI-based coating containing either heparin or silver nanoparticles conferred antithrombotic or antibacterial activity, respectively. In a future study, the addition of fenestrations on the prototype needs to be reinforced, and a stability study over time is required in order to ensure the long-term effectiveness of these properties.