A myocardial infarction can cause irreversible damage to the heart muscle. A promising approach for the treatment of myocardial infarction and prevention of severe complications is the application of cardiac patches or epicardial restraint devices. The challenge for the fabrication of cardiac patches is the replication of the fibrillar structure of the myocardium, in particular its anisotropy and local elasticity. In this study, we developed a chitosan–gelatin–guar gum-based biomaterial ink that was fabricated using 3D printing to create patterned anisotropic membranes. The experimental results were then used to develop a numerical model able to predict the elastic properties of additional geometries with tunable elasticity that could easily match the mechanical properties of the heart tissue (particularly the myocardium).

Le cœur est un organe vital pouvant être soumis à des pathologies graves comme l'infarctus du myocarde qui peut causer des dommages irréversibles au muscle cardiaque, pouvant conduire à une insuffisance cardiaque. Une bonne connaissance de cet organe et de ses mécanismes de fonctionnement est indispensable pour son traitement. Ces connaissances ont permis l'élaboration de modèles de simulation numérique et de nouveaux dispositifs médicaux dédiés aux traitements de pathologies cardiaques. Une approche prometteuse pour le traitement de l'infarctus du myocarde et la prévention de complications graves consiste à utiliser des patchs cardiaques ou des dispositifs de contention épicardiques. La difficulté du traitement provient principalement du comportement mécanique du myocarde, en raison de sa structure fibreuse associée à un comportement anisotrope. Dans cette thèse, la première étape a consisté à développer une encre à base de biomatériaux, en l'occurrence de chitosane, de gélatine et de gomme de guar qui a été utilisée pour fabriquer des membranes orthotropes structurées à l'aide de l'impression 3D. Les résultats expérimentaux ont ensuite été utilisés pour développer un modèle numérique capable de prédire les propriétés mécaniques de membranes de différentes géométries pouvant correspondre aux propriétés mécaniques du tissu du myocarde. Dans une deuxième étape, nous proposons l'utilisation combinée de la simulation numérique et de modèles statistiques pour optimiser les paramètres de conception d'une membrane structurée afin de répondre aux exigences du traitement post-infarctus. Une analyse de sensibilité globale est utilisée pour identifier les variables clés dans le modèle éléments finis des tests de traction des membranes structurées. Ce processus vise à construire un méta-modèle statistique capable d'optimiser la conception de membranes personnalisées avec des spécifications techniques adaptées à chaque patient.