The exact mechanisms involved in the pathogenesis of aortic aneurysms of the human ascending aorta (AA) are unknown. It is believed that the remodeling capabilities of the endothelial cells (ECs) and vascular smooth muscle cells (VSMCs) combined with abnormal and non-uniform shear and tissue stresses, generated by a perturbed hemodynamics produced by a diseased aortic valve, are the precursors in the disease progression. In this work, we hypothesize that local remodeling of the dilated AA exists and is valve type dependent. However, very little data exists on the local mechanical and structural properties of healthy and dilated AA. A detailed description of these tissues will provide valuable clues about the progression of the disease and help identify the mechanisms involved. The regional analysis has revealed a significant location dependency in stiffness, thickness and collagen content in healthy and dilated BAV-T1 AA tissues. However, these natural regional variations were not evident in dilated TAV tissues, which suggests a loss of the natural heterogeneity with dilation. On average, collagen content and thickness have shown differences between dilated TAV and BAV-T1 tissues, which suggests two distinct remodeling processes. Regional variations in the density and orientation of the VSMCs have also been found in pig AA. The outer curvature has a higher cell density with cells tilting towards the axial direction in response to higher tissue stresses in this quadrant. Although, VSMCs activation with phenylephrine had a significant effect on the stiffness of the pig AA, which was independent of location or direction. Local remodeling often occurs after an aortic arch reconstruction surgery because of compliance mismatch between the native AA and the replacement material. Since no study has carefully quantified this degree of mismatch in the repaired AA, such an investigation was needed. We have found significant differences in stiffness and anisotropy between replacement materials and native tissues. Knowledge of the anisotropy is important when placing patch materials to minimize mismatch. Making surgeons aware of these mechanical differences can aid in surgical decision-making and hopefully inspire the design of new materials or techniques.

Les mécanismes impliqués dans le développement des maladies aortiques telles que les anévrismes de l’aorte ascendante (AA) humaine sont inconnus. On pense que la capacité de remodelage des cellules endothéliales (CE) et musculaires lisses (CML) combinées avec une distribution non uniforme des contraintes à la surface et dans le tissu aortique dû à une hémodynamie perturbée produit par une valve aortique malade jouent un rôle important dans la progression de la maladie. Dans cette thèse, on fait l’hypothèse qu’il existe un remodelage aortique local dans les tissus aortiques dilatés et que ce remodelage dépendent du type valve. Cependant, très peu de données sont disponibles sur les propriétés mécaniques et structurelles de l’AA saine et dilatée. Une description détaillée de ce tissu fournira des indices essentiels pour mieux comprendre la progression de la maladie et aidera à identifier les mécanismes impliqués. L’analyse régionale a révélé une variation circonférentielle de la rigidité, de l’épaisseur et du contenu en collagène dans les tissus sain et BAV-T1 dilatés mais non présents dans les tissus TAV dilatés. En moyenne, on a montré des différences d’épaisseur et du contenu en collagène entre les tissus dilatés TAV et BAV-T1. On a également trouvé des variations régionales de la densité et de l’orientation des CML dans l’AA porcine. La grande courbure montre une densité plus élevée de CML orientées dans la direction axiale. Bien que l’activation des CML à la phenylephrine ait eu un effet significatif sur la rigidité de l’AA, aucunes variations circonférentielles ou directionelles de cet effet ont été trouvées. On observe la présence de remodelage local, suite à une reconstruction de l’arche aortique, causé par la différence de compliance entre l’aorte native et le greffon de remplacement. Aucune étude n’avait essayé de quantifier cette différence dans l’aorte reconstruite. Nous avons trouvé des différences de rigidité et d’anisotropie entre les greffons et les tissus natifs. En connaissant le degré d’anisotropie des greffons utilisés, on peut réduire la différence de compliance en orientant adéquatement le greffon. Prendre conscience des ces différences de compliance peut aider dans le processus de décision lors d’interventions chirurgicales et met en lumière le besoin criant de nouveau matériaux.