Afin d’offrir un service de diagnostic fiable à l’ensemble de la communauté, les spécialistes de la santé doivent user d’un réseau de centres de prélèvement et de laboratoires d’analyse biomédical. Les laboratoires ont des équipements de pointe servant à fournir aux spécialistes les informations sur les diagnostics. Ce travail présente un riche problème de planification de tournées de véhicules dans le contexte du réseau des laboratoires du Québec. Les centres de prélèvement sont soumis à un ensemble de contraintes techniques qui en font un problème difficile à résoudre. En effet, nous verrons qu’un ensemble d’exigences doit être respecté de la part des transporteurs afin d’éviter certaines sources de gaspillage. Dans le cadre d’une démarche d’optimisation des opérations du réseau des laboratoires et de l’offre de service aux patients, le Ministère de la Santé et des Services Sociaux (MSSS) a mandaté l’Université Laval et notre équipe pour le développement d’une méthode de planification du transport. Nous présentons d’abord une description en profondeur du contexte étudié et de la problématique de transport, qui par notre revue de littérature, semble encore un problème peu exploré. Deux modèles d’optimisation mathématiques sont proposés ainsi que des méthodes heuristiques afin d’identifier des plans de transport qui minimisent les coûts de transport. Les performances de ces diverses méthodes sont discutées et analysées en détail.

L'objectif de mon travail de thèse était de développer des outils bio informatiques permettant d'améliorer la traditionnelle gestion de l'information scientifique au sein d'un grand centre de recherche et en particulier au sein d'une plateforme de génomique. Trois outils ont été développés: un cahier de laboratoire électronique, un système de gestion de l'information de laboratoire pour des applications de génomique dont le séquençage de nouvelle génération, ainsi qu'un système de gestion des échantillons pour de grandes bio-banques. Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec des biologistes, épidémiologistes et informaticiens. Il a également inclus la mise en place d'interactions entre les différents outils pour former un système informatique intégré. Les trois outils ont été rapidement adoptés par l'ensemble des scientifiques du centre de recherche et sont désormais utilisés au quotidien pour le suivi de toutes les activités de laboratoire mais aussi plus globalement pour les autres activités scientifiques du centre de recherche. Ces outils sont transposables dans d'autres instituts de recherche / The aim of my thesis work was to develop bioinformatics tools to improve the traditional scientific information management within a large research centre and especially within a genomics platform. Three tools have been developed: an electronic laboratory notebook, a laboratory information management system for genomics applications including next generation sequencing, as well as a sample management system for large biobanks. This work has been conducted in close collaboration with biologists, epidemiologists and IT specialists. It has also included the setup of interactions between the different tools to make an integrated IT system. The three tools have been rapidly adopted by all the scientists of the research centre and are now daily used for the tracking of all the laboratory’s activities but also more globally for the research centre’s other scientific activities. These tools are transposable in other research institutes

La pharmacogénomique (PGx) étudie le concept selon lequel les déterminants génétiques peuvent aider à prédire la réponse clinique d’un patient aux médicaments. Les concentrations plasmatiques de ces derniers sont essentielles pour déterminer l’exposition, les profils pharmacocinétiques (PK), les effets cliniques et éventuellement les doses des médicaments, dont la plupart sont métabolisés par des enzymes hépatiques, les cytochromes P450 (CYPs). Néanmoins, la plupart des découvertes en matière de PGx concernant la prédiction des profils de concentrations des médicaments ont généralement recours à des plans d’études PK traditionnels avec une approche fonctionnelle. Bien qu’utile, cette méthodologie comporte des limites pour les études PGx, notamment le nombre restreint de sujets inclus, qui réduit la puissance statistique des associations PGx et limite l’identification de nouveaux variants génétiques moins fréquents. À l’inverse, les grandes cohortes observationnelles sont largement utilisées pour identifier des marqueurs génétiques physiopathologiques. Cette thèse de doctorat visait donc à 1) synthétiser les données publiées concernant les effets cliniques des polymorphismes génétiques de l’enzyme CYP2D6 sur le traitement au métoprolol, un agent β-bloquant. Les concentrations plasmatiques de métoprolol ont montré à plusieurs reprises qu’elles étaient fortement influencées par la PGx du CYP2D6; 2) développer une nouvelle méthode bioanalytique capable de quantifier les concentrations chirales de métoprolol des patients dans un contexte clinique; 3) mener une étude clinique en utilisant une grande cohorte observationnelle, ou biobanque, comme preuve de concept pour recréer l’association précédemment établie entre les phénotypes inférés des génotypes du CYP2D6 et les concentrations plasmatiques de métoprolol. Ces projets sont présentés en tant que chapitres de thèse et sous forme de manuscrits publiés. Le premier projet consistait en une revue systématique qui a permis d’extraire toutes les études relatives à la PGx du métoprolol-CYP2D6. La synthèse qualitative a suggéré que les métaboliseurs lents du CYP2D6, dépourvus de capacité enzymatique, avaient des valeurs plus élevées concernant les réductions de la fréquence cardiaque et de tension artérielle, ainsi que la survenue d’épisodes bradycardiques relativement aux autres phénotypes. Une méta-analyse ultérieure a confirmé la significativité de ces associations. Le deuxième projet a combiné des techniques bioanalytiques telles que la dérivation, l’extraction en phase solide et la chromatographie liquide avec spectrométrie de masse en tandem. Une méthode permettant de surmonter les limites analytiques antérieures a été validée avec succès pour mesurer les concentrations plasmatiques de (S)-métoprolol, l’énantiomère pharmacologiquement actif, et de son métabolite spécifique au CYP2D6. L’applicabilité d’une telle méthode a ensuite été démontrée grâce aux échantillons d’un groupe de patients issus de la Cohorte Hospitalière de l’Institut de Cardiologie de Montréal (ICM). Puis, le troisième projet présente la réalisation de l’étude LEVEL-PGx (LEVEraging Large observational cohort studies to identify pharmacogenetic determinants of drug dosing : A proof-of-concept study in the Montreal Heart Institute Hospital Cohort). L’étude portait sur un échantillon de >1000 patients sélectionnés dans la cohorte hospitalière de l’ICM, incluant leur génotypage pour CYP2D6 et la quantification du métoprolol racémique et de son métabolite spécifique au CYP2D6 dans des échantillons provenant de la Biobanque de l’ICM. Un seul échantillon unique et aléatoire par patient a été utilisé. Le recours à des modèles multivariables a validé le concept selon lequel de grandes cohortes transversales recueillant des échantillons biologiques pouvaient être utilisées afin d’identifier des associations PGx de concentrations de médicaments et ce, à des valeurs satisfaisant les seuils de significativité d’essais pangénomiques. D’autres analyses de cette cohorte ont indiqué que cette méthodologie parvenait à identifier des associations PGx qui influençaient la fréquence cardiaque au repos et la posologie du métoprolol à-travers les phénotypes du CYP2D6 et pour les déterminants génétiques uniques, même en présence de co-médications. Cependant, ces associations PGx avec les paramètres cliniques n’ont pas atteint une significativité applicable aux seuils pangénomiques. En résumé, par la reproduction d’une association PGx préalablement démontrée, l’ensemble des travaux présentés dans cette thèse suggère que l’identification et la découverte de nouveaux déterminants génétiques prédictifs des concentrations et des doses des médicaments pourrait s’effectuer par le biais de grandes cohortes observationnelles à l’échelle du génome. Ces approches permettraient de développer des modèles prédictifs plus précis de l’exposition et de la réponse aux médicaments, ce qui pourrait favoriser les découvertes PGx et, dans certains cas, éventuellement développer le potentiel translationnel d’une approche thérapeutique personnalisée selon le profil génétique des patients. / Pharmacogenomics (PGx) studies the concept that genetic determinants can help predict a patient’s clinical response to therapies. Drug concentrations are an essential component to determining the exposure, pharmacokinetic (PK) profiles, clinical effects, and potentially drug doses, most of which are metabolized through the cytochrome P450 (CYPs) liver enzymes. Nevertheless, most PGx discoveries regarding the prediction of drug concentration profiles have generally resorted to traditional PK study designs with a functional approach. Though useful, this methodology contains limitations for gene-drug interaction studies, most notably the restricted number of subjects included, which reduces the statistical power for PGx associations and limits the identification of new, less frequent genetic variants. On the opposite, large observational cohorts have long been utilized for identifying genetic markers of disease. This doctoral thesis therefore aimed to 1) synthesize published data regarding the clinical effects of CYP2D6 genetic polymorphism on metoprolol therapy. A β-blocker, metoprolol plasma concentrations have shown repeatedly to be heavily influenced by the PGx of the CYP2D6 enzyme; 2) develop a new bioanalytical method able to quantify patients’ chiral concentrations of metoprolol in a clinical setting; 3) conduct a clinical study using a large observational cohort, or biobank, as a proof of concept to recreate the previously established association between CYP2D6 genotype-inferred phenotypes and metoprolol plasma concentrations. Those projects are presented as thesis chapters in the form of published manuscripts. The first project was a systematic review that allowed us to find all studies pertaining to the PGx of metoprolol. The qualitative synthesis suggested that CYP2D6 poor metabolizers (PMs), without enzymatic capacity, had greater values regarding reductions in heart rate, blood pressures, and occurrences in bradycardia relative to non-PMs. A subsequent meta-analysis confirmed the significance of those associations. The second project combined bioanalytical techniques such as derivatization, solid phase extraction, and liquid chromatography-tandem mass spectrometry. A method overcoming previous analytical shortcomings was successfully validated to measure (S)-metoprolol plasma concentrations and its CYP2D6-specific metabolite. Its application was later demonstrated in a group of patients from the Montreal Heart Institute (MHI) Hospital Cohort. Then, the third project presents the conduct of the LEVEL-PGx study (LEVEraging Large observational cohort studies to identify pharmacogenetic determinants of drug dosing: A proof-of-concept study in the Montreal Heart Institute Hospital Cohort). The study implicated a sample of >1000 selected patients selected from the MHI Hospital Cohort, along with the genotyping of CYP2D6, and the quantification of racemic metoprolol and its CYP2D6-specific metabolite in samples from the MHI Biobank. A single, random sample per patient was used. Multivariable modeling validated the concept that large observational cohorts collecting biospecimens could be utilized to identify PGx associations of drug concentrations with genome-wide significance. Further analyses in our cohort indicated that the tested PGx associations influenced resting heart rate and metoprolol daily drug dosage across CYP2D6 phenotypes and for single genetic determinants, regardless of interfering comedications. However, such PGx associations with clinical parameters could not achieve genome-wide significance. In summary, the body of work presented in this thesis suggested that, using a previously validated PGx association, the identification of novel genetic determinants predictive of drug concentrations and dosage could be discovered and identified at the genome-wide level with large observational cohorts. These approaches would help develop more accurate predictive models of drug exposure and response, which could favor PGx discoveries and the translational potential of a personalized approach to treatments according to a patient’s genetic profile.

La transformation du sang de cordon ombilical en une précieuse source de cellules souches a, dès le début des années 1990, donné naissance à une industrie commerciale globale de conservation faisant désormais concurrence à un large réseau de conservation public. Ce mémoire cherche à comprendre et à expliquer les soubassements socio-culturels liés à l’émergence de cette industrie, ainsi qu’à mieux cerner les enjeux éthiques et politiques qu’elle pose. En exposant en premier lieu la manière dont les institutions publiques de conservation de sang de cordon se définissent, et sont généralement définies par les comités bioéthiques, comme étant porteuses des valeurs d’altruisme et de solidarité nationale traditionnellement liées au modèle « redistributif » d’échange de sang et d’organes né au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, nous problématisons la manière innovatrice par laquelle les banques privées structurent le rapport entre les mères et leurs propres produits biologiques comme l’expression d’une reconfiguration du lien social et politique caractérisée par l’émergence de nouvelles socialisés. L’hypothèse au coeur de ce mémoire est que celles-ci peuvent être comprises comme l’aboutissant de l‘espoir collectivement partagé par les consommatrices d’améliorer leur propre condition biologique familiale, étant lui-même le fruit d’une financiarisation croissante des sciences du vivant. En analysant le discours « promissif » que représente le matériel promotionnel des banques autologues, notre objectif est alors d’identifier la manière par laquelle les multiples potentialités attribuées au sang de cordon définissent des subjectivités maternelles caractérisées par des obligations morales spécifiques. / The recent transformation of cord blood to a precious source of stem cells has given rise to a global commercial industry of conservation, which is now competing with a large network of public cord blood banks. This dissertation explores the socio-cultural context surrounding the emergence of that industry and aims at elucidating the ethical and political concerns that it generates. It begins by examining how public cord blood banks define themselves (and are defined by ethical commitees) as purveyors of values such as altruism and national solidarity -that is, values which were traditionally linked to the « redistributive » model of human blood and organs exchanges that emerged after World War II. It next argues that private banks are bringing about a radical transformation of the relationship between mothers and their biological “products”. This dissertation suggests that this innovative model of exchange is an expression of contemporary reconfigurations of the very notion of community, which is now characterized by what we call new forms of “biosociality”. Our hypothesis is that these new socialities can be understood as the consequence of a collective hope to improve familial biological conditions, which is itself the product of the growing financiarization of life sciences. By way of a foray into the « promissive » discourse employed by private banks for their promotional material, the dissertation attemps to identify how these potentialities attributed to cord blood define new maternal subjectivities characterized by specific moral duties and obligations.