Soutenance de thèse de LEBLOND Lugdivine
Titre de thèse
Investigations numériques et morphologiques du liquide cérébrospinal et de la moelle épinière : une approche multidisciplinaire de l'humain à la souris
Numerical and Morphological Investigations of the Cerebrospinal Fluid and Spinal Cord: A Multidisciplinary Approach from Human to Mouse
Résumé de la thèse
Les pathologies de la moelle épinière, élément essentiel du système nerveux central, peuvent être traumatiques, dégénératives ou congénitales. Ces perturbations altèrent son fonctionnement et entraînent des déficits neurologiques sévères, responsables d'une perte majeure d'autonomie et de qualité de vie. Ces pathologies sont fréquemment associées à des modifications de la géométrie du canal rachidien et à des perturbations de la dynamique du liquide cérébrospinal, dont le rôle dans l'évolution des atteintes médullaires reste encore mal compris.
Malgré les avancées en imagerie médicale et en recherche clinique, l'étude directe des mécanismes physiopathologiques impliquant la moelle épinière et le liquide cérébrospinal chez l'humain demeure limitée par des contraintes éthiques et techniques. Dans ce contexte, les approches de modélisation numérique et l'utilisation de modèles animaux constituent des outils essentiels pour approfondir la compréhension des interactions entre la moelle épinière et le liquide cérébrospinal. Le modèle murin, en particulier, offre un compromis pertinent entre similarité anatomique avec l'humain et accessibilité expérimentale, permettant des investigations morphologiques fines grâce aux analyses histologiques.
Cette thèse s'inscrit dans une démarche pluridisciplinaire combinant neuroscience et biomécanique afin de mieux caractériser les interactions entre la moelle épinière et le liquide cérébrospinal. Elle s'appuie sur des données issues de l'imagerie in vivo et ex vivo afin de développer des modèles numériques. Dans une première partie, l'écoulement pulsé du liquide cérébrospinal dans le canal médullaire est modélisé chez onze patients humains, dans le but de quantifier la variabilité interindividuelle de l'écoulement et d'analyser l'influence de la géométrie du canal rachidien sur cette dynamique. Dans une seconde partie, le modèle murin est utilisé pour se concentrer sur une région spécifique de la moelle épinière, le canal central dans lequel le rôle biomécanique du liquide cérébrospinal est à évaluer. L'anatomie de la moelle épinière et du canal central chez la souris est ainsi caractérisée, afin de développer, dans une dernière partie, un modèle numérique de l'écoulement du liquide cérébrospinal au sein du canal central murin.
Les travaux présentés contribuent à améliorer la compréhension des mécanismes reliant les perturbations géométriques médullaires (dégénératifs ou traumatiques) aux modifications de l'écoulement du liquide cérébrospinal. À terme, cette approche vise à fournir des outils d'aide à l'interprétation des données cliniques et expérimentales, et à ouvrir de nouvelles perspectives pour le diagnostic, le pronostic et la prise en charge des pathologies de la moelle épinière.
Thesis resume
Pathologies of the spinal cord, a key component of the central nervous system, may be traumatic, degenerative or congenital. These disorders impair spinal cord function and lead to severe neurological deficits, resulting in major losses of autonomy and quality of life. Such pathologies are frequently associated with alterations in the geometry of the spinal canal and disturbances in cerebrospinal fluid dynamics, whose role in the progression of spinal cord damage remains poorly understood.
Despite advances in medical imaging and clinical research, direct investigation of the pathophysiological mechanisms involving the spinal cord and CSF in humans remains limited by ethical and technical constraints. In this context, numerical modelling approaches and the use of animal models constitute essential tools to improve the understanding of interactions between the spinal cord and cerebrospinal fluid. The murine model, in particular, offers a relevant compromise between anatomical similarity to humans and experimental accessibility, enabling detailed morphological investigations through histological analyses.
This thesis adopts a multidisciplinary approach combining neuroscience and biomechanics to better characterize the interactions between the spinal cord and cerebrospinal fluid. It is based on data derived from in vivo and ex vivo imaging to develop numerical models. In the first part, pulsatile cerebrospinal fluid flow within the spinal canal is modelled in eleven human patients, with the aim of quantifying interindividual variability in flow patterns and analysing the influence of spinal canal geometry on the cerebrospinal fluid dynamics. In the second part, the murine model is used to focus on a specific region of the spinal cord, the central canal, in which the biomechanical role of cerebrospinal fluid is to be evaluated. The anatomy of the spinal cord and central canal in mice is therefore characterized, leading, in the final part, to the development of a numerical model of cerebrospinal fluid flow within the murine central canal.
The work presented aims at improving the understanding of the mechanisms linking geometric alterations of the spinal cord (degenerative or traumatic) to modifications in cerebrospinal fluid flow. Ultimately, this approach aims to provide tools to aid in the interpretation of clinical and experimental data and to open new perspectives for the diagnosis, prognosis, and management of spinal cord pathologies.