Ecole Doctorale

Sciences du Mouvement Humain

Spécialité

Sciences du Mouvement Humain - MRS

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

cartilage,exo-prothèse,décharge,arthrose,genou,prototype

Keywords

cartilage,exo-prosthesis,unload,osteoarthritis,knee,prototype

Titre de thèse

Gonarthrose précoce et exo-prothèse de genou : études biomécaniques au développement d'un prototype.
Knee osteoarthritis and exo-prosthesis : Biomechanics studies and prototype development

Date

Mercredi 1 Décembre 2021 à 10:30

Adresse

Hopitaux universitaires de Sainte Marguerite 19 Avenue Viton 13274 Marseille France Salle de staff - Service du Pr Agrenson, Pavillon 6 3e etage.

Jury

Directeur de these M. Patrick CHABRAND Institut des Sciences du Mouvement E.J Marey
Rapporteur M. Arnaud GERMANEAU Institut P prime
Rapporteur M. Sébastien LAPORTE Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak
Examinateur Mme CarolineCaroline RICHARD GREMAN
Examinateur M. Hassan ZAHOUANI LTDS
CoDirecteur de these M. Jean-Noël ARGENSON Institut des Sciences du Mouvement E.J Marey / APHM

Résumé de la thèse

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 un remplacement des surfaces articulaires par une prothèse. Initialement breveté par le docteur Roger Lecurieux-Clerville au sein de sa société RLC Systems & Research, l’EPG est un concept ambitieux et prometteur. L’ensemble des travaux pré- sentés dans ce manuscrit de thèse vise à établir une base de connaissance scientifique sur la prise en charge de l’arthrose modérée par un dispositif tel que l’EPG, ainsi qu’à développer un prototype. Deux campagnes expérimentales animales ont été conduites afin de mettre en évi- dence 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. Bien que les stades finaux de l’arthrose induite soient assimilables (des- truction totale du cartilage), nous avons pu mettre en évidence que les premiers temps de chaque méthode d’induction étaient différents et ainsi souligner l’importance du choix de la méthode lorsque l’étude vise à discuter les premiers stades de l’arthrose. 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 pertinente pour la conservation du cartilage dans le processus arthrosique. Après plusieurs itérations, un prototype répondant au cahier des charges a pu être fabriqué et testé l’EPG, implantée sur sujet humain post mortem, sur un banc de chargement mécanique. Cette étude a permis d’évaluer la capacité de l’EPG à fournir une décharge du compartiment médial, et à améliorer le prototype d’EPG, pour donner lieu à un nouveau brevet. Pour résumer, ces travaux ont permis la conception et la fabrication d’un prototype d’EPG fonctionnel, validé tant sur le plan mécanique (analyses numériques et expéri- mentales) que sur le plan biologique (analyses expérimentales). Cette 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. Ces premiers éléments de preuves permettent aujourd’hui à la société RLC Systems & Research de se diriger vers des processus réglementaires de normalisation européenne, ainsi que la préparation d’une étude clinique.

Thesis resume

The knee exo-prosthesis (KEP) is an innovative implantable medical device for the management of moderate osteoarthritis in patients who are too young in patients too young to be offered joint surface replacement by a prosthesis. Initially patented by Roger Lecurieux-Clerville M.D. at his company RLC Systems & Research, the KEP is an ambitious and promising concept. The work presented in this thesis manuscript aims to establish a scientific knowledge base on the management of moderate osteoarthritis by a device such as the KEP, and to develop a prototype. Two experimental animal campaigns were conducted in order to highlight the biological response of the cartilage of murine osteoarthrosic knee cartilage. The first consisted in exploring two different induction approaches, one chemical and the other mechanical. Although the final stages of induced osteoarthritis can be assimilated (total destruction of cartilage), we were able to show that the early stages of each induction method were different, thus underlining the importance of the choice of method when the study aims to discuss the early stages of osteoarthritis. The second experiment led us to design an KEP adapted to the rat, in order to compare the evolution of osteoarthritis with and without KEP. The results prove that the KEP is an effective solution for the conservation of cartilage in the osteoarthritic process. After several iterations, a prototype meeting the specifications could be manufac- tured and the KEP, implanted on a post-mortem human subject, tested on a me- chanical loading bench. This study assessed the ability of the KEP to provide medial compartment unloading, and improved the prototype KEP, leading to a new patent. To summarise, this work has enabled the design and manufacture of a functional KEP prototype, validated both mechanically (numerical and experimental analyses) and biologically (experimental analyses). This KEP allows the discharge of the medial compartment on human anatomy. An analogous device on rats allowed the pro- tection of cartilage during an arthrosic process. These first elements of proof now allow RLC Systems & Research to move towards the regulatory process of European standardisation, as well as the preparation of a clinical study.