<p>This thesis presents research that created an application protocol for wireless networks and functional brain spectroscopy. The proposed protocol was tested through the integration of several types of networks, devices, and sensors to facilitate functional brain spectroscopy. The need for reliability and speed to transmit medical data in near real time can make medical application uniquely challenging. This research addresses one of the main challenges faced when building medical solutions that monitor the human brain. The findings proposed a protocol that was implemented using an architectural model for a solution that provides full mobility in an everyday environment using a near-infrared light sensor designed to monitor brain function in humans. Moreover the study showed it is possible to use heterogenic networks and heterogenic devices to provide useful data that can be used for medical purposes [103]. A system implemented the proposed protocol was built to allow the possibility of testing subjects to be monitored in their real environment [104]. To test this hypothesis, heterogenic communication software was developed to allow for the collection of physiological data from a mobile near-infrared sensor via a mobile telephone that had Bluetooth support and Global Standard for Mobile Communications (GSM) support. The result of this work introduced Medical Data Transfer Protocols (MDTP) [106], an algorithm [103], and an architectural model (Four-node Model) [105].</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Thèse d'exercice : Chirurgie dentaire : Nantes : 2007. / Bibliogr.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Chirurgie dentaire : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 83-97. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le génie tissulaire ossseux est un domaine de la médecine régénératrice qui permet la production de substituts à partir des cellules du patient en association avec des biomatériaux, ou non, et des facteurs de croissance, tels que les bone morphogenetic proteins (BMP). La composition chimique ou l'origine xénogénique de ces biomatériaux peut mener à des échecs de guérison qui se traduisent alors par la non-intégration du greffon au tissu natif environnant ou le rejet par le corps du patient. En outre, en absence de vascularisation, le centre des tissus épais produits se retrouvera avec un apport réduit, voir insuffisant en nutriments et oxygène. Ceci peut diminuer considérablement la survie des greffons et la guérison après la greffe. Nous avons émis l'hypothèse que la prévascularisation de ces substituts osseux procurera un réseau capillaire pouvant favoriser l'ostéogenèse in vitro et la guérison osseuse in vivo. Le but global de cette thèse est de développer un nouveau modèle de feuillet osseux humain prévascularisé produit par la méthode d'auto-assemblage à partir des cellules souches du tissu adipeux (CSTA). Les objectifs sont : 1) Déterminer le potentiel pro-angiogénique de ces feuillets osseux, et étudier le développement de structures microvasculaires bio-imprimées par laser. 2) Caractériser la formation d'un réseau capillaire produit grâce à un ensemencement aléatoire de cellules endothéliales et évaluer l'impact de ce dernier sur l'ostéogenèse, la biominéralisation et la guérison de défauts osseux calvariens. 3) Améliorer l'ostéogenèse des tissus par un traitement à la BMP et déterminer le potentiel de substituts osseux, co-cultivés ou non avec des cellules endothéliales, à stimuler la guérison des défauts osseux alvéolaires. Ainsi, des CSTA ont été induites dans une voie de différenciation ostéogénique pour former des feuillets osseux manipulables. Ces feuillets ont présenté un profil pro-angiogénique avec la sécrétion de molécules, telles que le vascular endothelium growth factor (aussi élevé que les feuillets non différenciés) et l'angiopoiétine-1 (2,3 fois plus élevé que les feuillets non différenciés), pouvant favoriser la formation et le maintien d'un réseau capillaire. De larges structures capillaires ont été formées par la bio-impression par laser de cellules endothéliales extraites de cordons ombilicaux humains (HUVEC). L'alignement de ces structures dépend de l'orientation cellulaire des feuillets empilés. Des tissus osseux prévascularisés par la méthode d'ensemencement aléatoire ont permis la formation d'un réseau capillaire 2,1 fois plus dense et 3,7 fois plus ramifié comparativement aux tissus non différenciés. Cependant, la prévascularisation retarde l'ostéogenèse et la biominéralisation in vitro, avec des réductions de la sécrétion en ostéocalcine (1,7 fois) et de la formation d'hydroxyapatite (1,6 fois) dans la matrice des feuillets osseux. Une amélioration de la survie des greffons osseux lorsqu'ils ont été prévascularisés (5,7 fois) a été révélée après 12 semaines d'implantation dans des défauts osseux calvariens créés dans des rats immunodéficents. En outre, les résultats suggèrent que la prévascularisation des tissus osseux ne nuit pas à la cicatrisation osseuse des défauts crâniens. Afin d'améliorer le potentiel du modèle, les effets d'un traitement à la BMP-9 sur l'ostéogenèse des CSTA, ainsi que l'impact de leur co-culture avec des HUVEC durant 21 jours, ont été étudiés. Ainsi, un traitement à la BMP-9 des tissus osseux a permis d'augmenter significativement l'activité de la phosphatase alcaline (3 fois), alors que la prévascularisation permet d'augmenter considérablement l'épaisseur (2 fois) et les propriétés mécaniques (pourcentage de déformation : 1,6 fois, module de Young : 3,6 fois et résistance à la traction : 3,7 fois) des tissus osseux après 21 jours de co-culture. Des tissus osseux et stromaux non traités, prévascularisés ou traités à la BMP-9 ont été greffés pendant dix semaines dans des défauts osseux alvéolaires créées chez des rats immunodéficients suite à des extractions dentaires. Un biomatériau chirurgical de comblement osseux a été utilisé comme contrôle positif. Des analyses par micro-tomodensitométrie et des observations histologiques ont révélé une guérison osseuse élevée lorsque les défauts ont été greffés avec des tissus osseux traités à la BMP-9 ou non. En outre, ces défauts ont présenté un volume osseux similaire à ceux comblés avec le biomatériau. Finalement, ce nouveau modèle de tissu osseux humain prévascularisé pourrait ultimement offrir aux cliniciens une solution avantageuse pour les traitements de petits défauts osseux en plus de représenter, pour les chercheurs fondamentaux, un outil de recherche in vitro performant. / Bone tissue engineering is a field of regenerative medicine that allows the production of substitutes from the patient's cells in association with either biomaterials and/or growth factors, such as bone morphogenetic proteins (BMPs). The chemical composition or the xenogeneic origin of these biomaterials can lead to healing failures that would result in the non-integration of the graft to the surrounding native tissue or the rejection by the patient's body. Moreover, in the absence of vascularization, the center of thick tissues produced will end up with reduced or insufficient intake of nutrients and oxygen. This can significantly reduce graft survival and post-implantation healing. We hypothesized that the prevascularization of these osseous substitutes will provide a capillary network that can promote in vitro osteogenesis and in vivo bone healing. The overall goal of this thesis is to develop a new model of a prevascularized human osseous cell sheet produced by the self-assembly method using human adipose-derived stem cells (hASCs). The aims are: 1) Determine the pro-angiogenic potential of these osseous cell sheets, and study the development of laser-assisted bioprinted microvascular structures. 2) Characterize the formation of a capillary network produced by random seeding of endothelial cells and evaluate its impact on osteogenesis, biomineralization, and the healing of calvarial bone defects. 3) Improve osteogenesis of the tissues using bone morphogenetic protein (BMP) treatment and determine the potential of osseous substitutes, co-cultured or not with endothelial cells, to heal alveolar bone defects. Thus, hASCs have been induced towards an osteogenic differentiation pathway to form manipulable osseous cell sheets. These cell sheets showed a pro-angiogenic profile with the secretion of molecules, such as vascular endothelium growth factor (as high as non-induced cell sheets) and angiopoietin-1 (2.3-fold higher than non-induced cell sheets), that can promote the formation and the maintenance of a capillary network. Large endothelial structures were formed by laser-assisted bioprinting of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). The alignment of these structures depends on the cellular orientation of the stacked cell sheets. Prevascularized osseous tissues, which were vascularized by the random seeding method, allowed the formation of a capillary network 2.1-fold denser and 3.7-fold more connected compared to non-induced tissues. However, prevascularization delayed osteogenesis and biomineralization in vitro, with decreases in osteocalcin secretion (1.7-fold) and hydroxyapatite formation (1.6-fold) in the matrix. Prevascularization of the osseous grafts revealed an improvement of their survival (5.7-fold) after 12 weeks of implantation in calvarial bone defects created in immunodeficient rats. In addition, these results suggest that the prevascularization of osseous tissue does not interfere with the healing of cranial bone defects. To improve the potential of the model, the osteogenic effect of BMP-9 treatment on hASCs, as well as the impact of their co-culture with HUVECs for 21 days, were investigated. BMP-9 treatment of osseous tissues significantly increased the activity of alkaline phosphatase (3-fold), while prevascularization significantly increased the thickness (2-fold) and the mechanical properties (percent deformation: 1.6-fold, Young modulus: 3.6-fold and tensile strength: 3.7-fold) of the osseous tissues after 21 days of co-culture. Untreated, prevascularized or BMP-9-treated osseous and stromal tissues were grafted for 10 weeks into alveolar bone defects created in immunodeficient rats following tooth extractions. A surgical bone filler biomaterial was used as a positive control. Micro-computed tomography scans and histologic observations revealed elevated bone healing when the defects are grafted with BMP-9-treated or non-BMP-treated osseous tissues. In addition, these defects exhibited a similar bone volume fraction at the implantation site after 10 weeks compared to those filled with the biomaterial. Finally, this new model of prevascularized human osseous tissue could ultimately offer clinicians an advantageous solution for the treatment of small bone defects and represent, for fundamental researchers, a powerful in vitro research tool.

Les os, qui sont à la fois résistants et légers, assurent des fonctions mécaniques, structurales et métaboliques. Afin d'assurer ces fonctions, les os sont soumis à un remodelage continuel qui implique la destruction (résorption), puis la formation d'un nouveau tissu osseux calcifié. Ce processus se produit par l'intermédiaire de cellules spécialisées : les ostéoclastes assurant la résorption osseuse et les ostéoblastes responsables de la formation de nouveau tissu osseux. Ainsi, un déséquilibre entre ces deux processus mène, dans bien des cas, à l'ostéoporose qui est une pathologie caractérisée par une faible densité minérale des os et également par une baisse de la masse osseuse. Récemment, différentes études ont permis de démontrer que les lipoprotéines sont impliquées dans le maintien de l'intégrité osseuse. En effet, il a été démontré que les chylomicrons permettent de réguler la formation osseuse en assurant l'acheminement de la vitamine K aux ostéoblastes. Le transfert de cette vitamine se fait par un processus de captation globale qui consiste en la prise de la lipoprotéine en son entier, contrairement à la captation sélective où seulement les esters de cholestérol (EC) de la lipoprotéine sont transférés à la cellule. Ce processus de prise sélective est surtout attribué au récepteur scavenger de classe B (SR-B). Cette famille inclut les récepteurs scavenger de classe B et de type l et II (SR-BI et SR-BII) ainsi que le cluster of differenciation-36 (CD36). Ces récepteurs ont la capacité de prendre de façon sélective les EC contenus dans les lipoprotéines de faible et de haute densité (respectivement les LDL et HDL). Cependant, l'expression de ces récepteurs et le rôle des LDL et HDL dans les fonctions ostéoblastiques demeurent à ce jour inexplorés, malgré le fait que ce sont deux classes de lipoprotéines abondantes chez l'humain et qui sont en plus reconnues pour transporter de l'oestrogène, une hormone impliquée dans l'activité de formation osseuse des ostéoblastes. Ainsi, ce projet de doctorat visait d'une part à déterminer si les LDL et les HDL ont la capacité d'acheminer du cholestérol et de l'oestrogène aux cellules ostéoblastiques et par conséquent, de déterminer également l'identité des récepteurs de lipoprotéines impliqués dans ce métabolisme. Pour ce faire, les lipoprotéines ont été marquées au niveau de leur partie protéique et lipidique et des essais d'association, de dégradation et de compétition ont été réalisés. Les résultats obtenus montrent que les ostéoblastes captent le cholestérol contenu dans les LDL et les HDL. De plus, nous avons démontré que cette prise du cholestérol peut se faire autant par captation globale que par captation sélective. En accord avec la présence de ce dernier mécanisme, nous avons démontré que les cellules ostéoblastiques expriment les récepteurs reconnus pour faire de la captation sélective, soit le SR-BI, le SR-BII et le CD36, et que ces derniers sont impliqués dans la captation sélective faite à partir des LDL et des HDL. Nous avons également démontré, par l'incorporation d'estradiol marquée radioactivement dans les LDL et les HDL, que ces lipoprotéines peuvent transférer de manière sélective l'oestrogène qu'elles contiennent par un processus impliquant aussi les SR-B. Il a aussi été démontré que les lipoprotéines sont impliquées dans le développement de l'ostéoporose, puisqu'une corrélation positive entre l'ostéoporose et l'athérosclérose a été démontrée par des études épidémiologiques et génétiques ainsi que par des études faites chez la souris. Étant donné que la progression des maladies cardiovasculaires est directement reliée au niveau des LDL en circulation, et que ces lipoprotéines deviennent pro-athérogéniques suite à une modification oxydative, les LDL oxydées (LDLOx) ainsi générées constituent un facteur qui pourrait être responsable du développement parallèle de l'athérosclérose et de l'ostéoporose. D'ailleurs, il a été démontré que la différenciation ostéoblastique est inhibée lorsque les ostéoblastes sont exposés à des LDLOx. Ainsi, le présent projet visait également à caractériser l'impact du métabolisme ostéoblastique des LDLOx sur la viabilité des ostéoblastes. Les résultats obtenus suite à des essais de transformation mitochondriale du jaune de tétrazolium (MTT) et des expériences d'incorporation de thymidine indiquent que les LDLOx induisent la prolifération des cellules ostéoblastiques lorsqu'elles sont présentes à de faibles concentrations. Cependant, à de fortes concentrations, les LDLOx induisent plutôt l'apoptose des ostéoblastes, puisqu'il y a une externalisation de la phosphatidylsérine et de la fragmentation d'ADN. De plus, nous avons montré que cet effet apoptotique provient d'une incapacité des ostéoblastes à effectuer le métabolisme des LDLOx. En effet, les LDLOx sont faiblement dégradées par les ostéoblastes, ce qui entraîne une accumulation Iysosomale telle que démontrée par la perte d'intégrité de la membrane des lysosomes. Cette perméabilisation lysosomale est responsable de l'induction de l'apoptose, puisque la présence de chloroquine (agent inhibant l'activité lysosomale) accentue la mort des ostéoblastes. De plus, puisque certaines études ont démontré l'existence d'une corrélation positive entre les niveaux de HDL en circulation et la densité osseuse, nous avons tenté d'établir si cet effet pouvait provenir d'une inhibition des effets toxiques des LDLOx, telle que rapportée au niveau cardio-vasculaire. Les résultats obtenus montrent que les HDL inhibent l'apoptose induite par les LDLOx. Cet effet protecteur est dû à la capacité des HDL d'empêcher l'association des LDLOx aux ostéoblastes. De plus, nous avons montré que les HDL ont la capacité de moduler le métabolisme des LDLOx et ainsi d'empêcher la mort induite pas les LDLOx. En effet, l'exposition des ostéoblastes à des HDL résulte en une hausse de l'expression du SR-BI. Ce changement dans l'expression de ce récepteur entraîne une diminution de l'association protéique des LDLOx et aussi une hausse de la captation sélective faite à partir de ces lipoprotéines modifiées. Ces effets résultent en une préservation de l'intégrité Iysosomale qui est perdue en présence de LDLOx. Ainsi, ces données suggèrent l'importance de maintenir des niveaux de HDL élevés afin de prévenir la mort des ostéoblastes exposés à des conditions athérogéniques.

Thèse doctorat : Médecine. Orthopédie - Substituts osseux : Université de Nantes : 2004. / Bibliogr. f. 73-84 [96 réf.].

Thèse d'exercice : Chirurgie dentaire : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 122-131 [80 réf.].

Thèse d'exercice : Pharmacie : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 71-75 [62 réf.].

Thèse d'exercice : Chirurgie dentaire : Université de Nantes : 2007. / Bibliogr.