Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [166]-181. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Mémoire (M.Ress.Renouv.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 17 juillet 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (de maîtrise)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 32-35. Publié aussi en version électronique.

Th. doct.-ing.--Écol.--Rennes 1, 1985. N°: 192.

L'enregistrement extracellulaire d'activité électrique est une technique très répandue en neurosciences, mais son application aux îlots pancréatiques et cellules bêta n'est que très récente. La facilité d'utilisation des MEAs (Microelectrode Arrays, Matrices de Microélectrodes) a ouvert de nouvelles perspectives à l'électrophysiologie des cellules bêta, dont des méthodes de criblage en clinique ou des approches biocapteur pour le pancréas artificiel. Cette thèse contribue à la conception et la caractérisation d'un biocapteur hybride composé de cellules pancréatiques cultivées sur un MEA et d'un système électronique de traitement du signal. Le système ainsi réalisé est le fruit de collaborations et projets pluridisciplinaires menés à l'IMS (groupe bioélectronique), en partenariat avec le CBMN (biologie cellulaire et biocapteurs), tous deux au sein de l'Université de Bordeaux. Les projets faisaient également appel au service d'endocrinologie des Hôpitaux Universitaires de Bordeaux, Montpellier, Grenoble et Genève.Les projets en question incluent:- ISLET-CHIP (ANR 2013-PRTS-0017), qui explore une méthode pour évaluer la qualité d'un greffon pancréatique destiné à des patients diabétiques de type I.- BIODIA (EU FEDER), qui caractérise la réponse électrique d'îlots à des stimuli de glucose, hormones et médicaments pour des applications de criblage, différentiation cellulaire, et en boucle-fermée.- DIAGLYC (Bourse régionale 2017 1R30 226), qui étudie l'utilisation du biocapteur hybride comme un capteur pour le pancréas artificiel.La thèse aborde le biocapteur dans ses aspects à la fois électronique et biologique, son intégration dans des expériences appliquées, et ses résultats expérimentaux. Elle s'intéresse également à la modélisation d'une boucle de régulation chez le patient diabétique de type I.D'abord, le système d'analyse électronique est décrit. Issue de l'équipe Elibio, elle réalise acquisition multicanaux et traitement du signal numérique. Elle est construite autour d'un FPGA (Field Programmable Gate Array) qui rend son architecture de calcul polyvalente et évolutive. Elle est capable de mesurer, afficher, et enregistrer des données multicanaux. Le calcul embarqué est optimisé pour de faibles latences de calcul, compatibles avec des applications en boucle fermée. La thèse décrit ses algorithmes de traitement et son architecture.Des résultats expérimentaux utilisant le système et ses algorithmes sont ensuite montrés pour illustrer la réponse des îlots à des stimuli de glucose, médicaments et hormones. L'activité des îlots est quantifiée en analysant leurs APs (Action Potentials, Potentiels d'Action), et plus notoirement leurs SPs (Slow Potentials, Potentiels Lents), une nouvelle signature électrique exclusivement mesurée sur les îlots pancréatiques. Ces mesures, en régimes statique et dynamique, contribuent non seulement à caractériser la réponse du biocapteur, mais aussi à mettre en évidence les algorithmes internes des îlots de Langerhans.Enfin, des approches pour l'intégration du biocapteur dans un pancréas artificiel sont étudiées. Les réponses au glucose et aux hormones sont modélisées et simulées dans un modèle des interactions glucose-insuline dans le corps entier. Ce concept est novateur dans le sens où le capteur en charge de mesurer le besoin d'insuline n'est pas seulement sensible au glucose, mais aussi aux hormones présentes dans le sang. / Extracellular recording of electrical activity is a widespread technique in neurosciences, but only recently has it been applied to pancreatic islets and beta cells. The ease of use of Microelectrode Arrays (MEAs) has opened new perspectives for the electrophysiology of pancreatic cells, including screening methods for clinics and biosensor approaches for the artificial pancreas. This thesis is a contribution to the design and characterization of a hybrid biosensor composed of pancreatic cells cultured on an MEA and dedicated processing electronics. This device is the product of multi-disciplinary projects conducted at IMS (Bioelectronics group), partnered with CBMN (Cell biology and Biosensors team), both at the University of Bordeaux. Projects also involved the endocrinology service of university hospitals in Bordeaux, Montpellier, Grenoble, and Geneva.The covered projects include:- ISLET-CHIP (French ANR 2013-PRTS-0017), investigating a method of evaluating the quality of a preparation prior to its transplantation in type-I diabetic patients.- BIODIA (EU FEDER), characterizing islet electrical response to glucose, hormone, and drug stimuli for screening, cell differentiation, and closed-loop approaches.- DIAGLYC (French regional grant 2017 1R30 226), investigating the use of the hybrid biosensor as an artificial pancreas front-end sensor.The thesis tackles the biosensor in both its electronic and biological aspects, its integration in applicative experimental setups, and experimental results. It also addresses the modeling of a closed regulation loop for type-I diabetic patients.First, the electronic processing platform is described. It is a custom board performing multichannel acquisition and digital signal processing. It is built around an FPGA (Field Programmable Gate Array) that makes its processing architecture versatile and evolutive. It is capable of measuring, displaying and storing multichannel data. Computation was optimized for low-processing latencies compatible with closed-loop configurations. Both its processing algorithms and architecture are detailed.Then, experimental results using this system and its algorithms are shown to illustrate islet response to glucose, drug, and hormone stimuli. Islet activity is quantified by analyzing Action Potentials (APs), and more importantly Slow Potentials (SPs), a novel electrical signature exclusively measured on pancreatic islets. These measurements in both steady state and dynamic regime help characterize the biosensor response, but also shed light on the endogenous algorithms of islets of Langerhans.Finally, approaches for integrating the biosensor in an artificial pancreas are investigated. The measured glucose and hormone responses are modeled and simulated in a full-body glucose-insulin system. This concept is novel in that the sensor in charge of measuring insulin demand in the body is not only sensitive to glucose, but also to blood hormones.

La présente étude porte tout d’abord sur la mesure de l’activité antimicrobienne de 42 plantes médicinales qui sont utilisées traditionnellement en Iran et en Guadeloupe, contre 36 souches microbiennes résistantes à de multiples drogues afin de sélectionner la plante la plus intéressante. Les résultats obtenus révèlent la présence des principes actifs antimicrobiens dans chacune des plantes.Nous avons finalement sélectionné Hyptis atrorubens Poit. qui présente une forte activité antimicrobienne. De plus, cette plante n’a jamais été étudiée dans la littérature. Des analyses phytochimiques et biologiques sur l’extrait hydro-méthanolique des tiges, nous ont permis de trouver pour la première fois les quatre principaux composés actifs de cette plante : acide rosmarinique, rosmarinate de méthyle, quercétine-3-glucoside (isoquercétine) et quercétine-3-galactoside (hyperoside). L’activité antibactérienne de ces composés a été évaluée par différentes valeurs microbiologiques (CMI, CMB, synergie, dénombrement bactérien et courbes de croissance). La meilleure activité inhibitrice et bactéricide a été trouvée pour le rosmarinate de méthyle (0,3 mg/ml). Cette recherche suggère la forte potentialité d’activité antimicrobienne pour la combinaison de quatre composés avec une CMI de 70 µg/ml, qui s’approche de la CMI des antibiotiques.Ce travail présente les composés d’Hyptis atrorubens Poit. comme étant de nouveaux agents antimicrobiens et comme étant une source potentielle de lutte contre les bactéries, de plus en plus résistantes aux antibiotiques. / This study focuses firstly on the extent of the antimicrobial activity of 42 medicinal plants that are traditionally used in Iran and Guadeloupe, against a panel of 36 pathogenic and multi-resistant bacteria and fungi. The results show presence of the antimicrobial agents in all plants.We finally selected Hyptis atrorubens Poit. which has a strong antimicrobial activity. In addition, this plant has never been studied in the literature. Phytochemical and biological analysis of the hydro-methanolic extract of stems, enabled us to find for the first time the four main active compounds of this plant: rosmarinic acid, methyl rosmarinate, quercetin-3-glucoside (isoquercetin) and quercetin-3-galactoside (hyperoside).The antibacterial activity of these compounds was evaluated by various microbiological values ​​(MIC, MBC, synergy, kill-time and growth curves).The best inhibitory and bactericidal activity was found for methyl rosmarinate (0.3 mg/ml).This research suggests the high potential of antimicrobial activity for a combination of all four compounds (MIC = 70 µg/ml), which is very close to MICs of antibiotics.This work presents the main compounds of Hyptis atrorubens Poit. as new antimicrobial agents and as potentially useful tools against bacteria that are more and more resistant to antibiotics.

La rapidité du diagnostic de candidémie et de candidose invasive (CI) est cruciale pour permettre l'introduction précoce des antifongiques. Cette dernière est souvent retardée car l’ hémoculture, test diagnostique de référence, n’est positive que dans 50% des cas avec un délai de plusieurs jours. Des méthodes complémentaires consistent en la détection sérique de polysaccharides de la paroi des Candida : les β-glucanes (BDG) et les mannanes (Man). Nos objectifs étaient de : a) évaluer la signification et l’intérêt clinique de la détection des BDG et des Man en réanimation b) de participer à l’analyse de l’intérêt d’une méthode de spectrometrie de masse (MS) en développement visant à détecter /caractériser des glycannes fongiques circulants. Matériels et Méthodes : a) Pour l'étude clinique cas-contrôles, la cinétique des BDG/Man par rapport à la candidémie a été évaluée chez 41 patients candidémiques et a été comparée à celle relevée chez 67 patients non candidémiques, hospitalisés dans le même service et chez qui la colonisation était déterminée toutes les semaines. b) une méthode de type MALDI-MS a été appliquée à des sérums après extraction sélective des glycannes et comparée à des standards. Resultats : au seuil recommandé le BDG est un biomarqueur sensible, précoce, mais peu spécifique pour le diagnostic de candidémie en réanimation. Il ne semble pas affecté par la colonisation mais sa décroissance lente le rend peu utile pour le suivi du traitement. A l'opposé, le Man est un biomarqueur très spécifique mais peu sensible. En changeant les seuils du BDG, son utilisation séquentielle avec le Man permet de proposer un algorithme dans le cadre d'une stratégie thérapeutique préemptive. b) La méthode MALDI-MS permet de révéler un signal m/z 365 correspondant à un disaccharide (dont le tréhalose) associé aux CI humaines et expérimentales. Des études préliminaires montrent que ce test semble avoir une bonne sensibilité et une bonne spécificité pour le diagnostic de CI ainsi que pour d’autres infections fongiques. Conclusion : a) Le BDG est un marqueur sensible, le Man est une marqueur spécifique, leur utilisation conjointe peut permettre un diagnostic précoce des CI et une rationnalisation du traitement antifongique. b) L'application de la méthode MALDI-MS à la détection/caractérisation des glycannes circulant semble présenter un important potentiel pour se substituer ou complémenter les méthodes diagnostiques actuelles de CI. / The rapidity of the diagnosis of candidaemia and invasive candidiasis (IC) is crucial to allow the early introduction of antigungal therapy. This one is often delayed because Candida yeasts are found in blood culture, the gold standard diagnostic test, in only 50% of cases of IC and several days are needed to have this result. Complementary methods relie on the detection of Candida cell wall polysaccharids in the serum, β-glucans (BDG) and mannans (Man). Our objectives were to : a) determine the signification and clinical interest of the detection of BDG and Man in intensive care b) take part in the analysis of the interest of a mass spectrometry (MS) technic in development which aim to detect/caracterize circulant fongic glycans. Materials and Methods : a) For the clinical case-control study, the BDG and Man kinetics in relation with candidaemia were evaluated in 41 candidemic patients, and were compared to the kinetic observed in 67 non candidemic patients, hospitalised in the same ward and assessed weekly for yeast colonisation b) a MALDI-MS method was applied to sera after selective extraction of glycans and compared to standards. Results : BDG at the recommanded cut-off is a sensitive and precoce but non specific test for the diagnosis of candidemia in ICU. It does not seem to be affected by the colonisation, but its very slow decrease limits its usefulness for the management of the treatment. At the opposite, Man is very specific but not sensitive. Modulating the cut-off of BDG, it is possible to propose a decisional algorithm for preemptive therapy based on the sequential use of BDG and Man. b) MALDI-MS reveals a signal at position m/z 365, corresponding to a disaccharid (among which is trehalose), associated to human and experimental IC. In preliminary studies this test seems to have good sensitiity and specificity for the diagnosis of IC as well as for other fungal infections. Conclusion : a) BDG is a sensitive test, Man is a specific one, and their joint use could be useful for an early diagnosis of IC and a rationalization of the antifungal treatment. b) The application of MALDI-MS method to the detection/caracterisation of circulating glycans seems to present an important potential to replace or complete the current available diagnostic tools of IC.

. / In this PhD, we present some algorithms and complexity results for two general problems that arise in the analysis of a metabolic network: the search for elementary modes of a network and the search for minimal precursors sets. Elementary modes is a common tool in the study of the cellular characteristic of a metabolic network. An elementary mode can be seen as a minimal set of reactions that can work in steady state independently of the rest of the network. It has therefore served as a mathematical model for the possible metabolic pathways of a cell. Their computation is not trivial and poses computational challenges. We show that some problems, like checking consistency of a network, finding one elementary mode or checking that a set of reactions constitutes a cut are easy problems, giving polynomial algorithms based on LP formulations. We also prove the hardness of central problems like finding a minimum size elementary mode, finding an elementary mode containing two given reactions, counting the number of elementary modes or finding a minimum reaction cut. On the enumeration problem, we show that enumerating all reactions containing one given reaction cannot be done in polynomial total time unless P=NP. This result provides some idea about the complexity of enumerating all the elementary modes. The search for precursor sets is motivated by discovering which external metabolites are sufficient to allow the production of a given set of target metabolites. In contrast with previous proposals, we present a new approach which is the first to formally consider the use of cycles in the way to produce the target. We present a polynomial algorithm to decide whether a set is a precursor set of a given target. We also show that, given a target set, finding a minimal precursor set is easy but finding a precursor set of minimum size is NP-hard. We further show that finding a solution with minimum size internal supply is NP-hard. We give a simple characterisation of precursors sets by the existence of hyperpaths between the solutions and the target. If we consider the enumeration of all the minimal precursor sets of a given target, we find that this problem cannot be solved in polynomial total time unless P=NP. Despite this result, we present two algorithms that have good performance for medium-size networks

Les recherches décrites dans ce travail appartiennent à une branche de la science relativement jeune et interdisciplinaire, la nanophotonique. Les projets réalisés avaient pour objectif de décrire les phénomènes qui apparaissent lors de l’irradiation par un faisceau lumineux d’un matériau restreint à la dimension de quelques nanomètres à quelques centaines de nanomètres. Les phénomènes qui ont été examinés sont la génération d’absorption, de dispersion et d’émission fluorescente ainsi que le renforcement d’émission fluorescente et le renforcement du champ électromagnétique à une échelle plus petite que la limite de diffraction restreignant l’optique classique. Dans cette thèse, j’ai profité de nouvelles propriétés de la matière générées quand les dimensions sont réduites à l’échelle nanométrique (10-9 m). Elles se distinguent significativement des propriétés classiques qui caractérisent un matériau de plus grandes dimensions. Le changement de propriétés résulte de la limitation spatiale de la structure du nuage d'électrons et de l’augmentation du rapport entre la surface du matériau et son épaisseur. 23 Les particules plasmoniques, largement décrites dans ce travail, en sont un excellent exemple puisque leurs colloïdes possèdent une section efficace d'absorption très importante dans le domaine visible. Un colloïde peut présenter des couleurs différentes en fonction des formes, des dimensions et de la composition des particules qui le constituent, contrairement à une surface métallique qui ne doit son aspect qu'à la réflexion presque totale de la lumière visible et au lustre métallique. À l’échelle nanométrique, nous avons affaire à la résonance plasmonique de surface, un phénomène qui ouvre la porte à la manipulation, à la modification et au renforcement du champ électromagnétique autour de la nanostructure métallique. La possibilité de concentrer la lumière autour d’une nanoparticule au-dessous de la limite de diffraction a trouvé un bon nombre d’applications, dont la microscopie en champ proche, la spectroscopie Raman exaltée de surface (ang. Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS), la théranostique , la production de lecteurs de carte mémoire ou de cellules photovoltaïques. Les recherches décrites dans ce travail ont un caractère interdisciplinaire, elles améliorent nos connaissances dans le domaine de la synthèse de nanostructures plasmoniques, et des méthodes de séparation permettant d'obtenir des colloïdes qui contiennent des nanoparticules presque monodispersives. La méthode de synthèse d'un nouveau métamatériau, produit lors du transfert des nanobâtonnets d’or de l’eau à l’isopropanol, a aussi été présentée dans cette thèse. Par ailleurs, ces recherches ont montré une forte exaltation du champ électromagnétique parmi les nanoparticules. J’ai aussi dénoté une application potentielle de ce matériau en tant que substrat pour la détection de biomolécules. En outre, j’ai préparé des nanocoques d’or largement stables et dont l’épaisseur de dorure est contrôlée. À l’aide de la technique Z-scan, j’ai fait la mesure des propriétés non-linéaires des nanocoques d’or et je les ai comparées avec celles des nanobâtonnets d’or et de colorants organiques en indiquant une application possible. J’ai discuté aussi d'une nouvelle méthode de biofonctionnalisation des nanobâtonnets d’or qui m’a permis de créer un marqueur afin de visualiser des cellules vivantes. Il est aussi possible de convertir l’énergie lumineuse en énergie thermique par le biais des nanostructures plasmoniques, ce qui pourrait trouver d’autres applications intéressantes dans les recherches en théranostique. / This dissertation shows the experimental results, which I strongly believe prove the possibility of application the proposed bioprobe in theranostics treatment. The advantages and disadvantages of the probe were discussed on the basis of imaging of cancer cells, toxicity and fluorescent efficiency. It is important to mention that the process of synthesis of the biomarker was controlled on each step, starting from the selection of appropriate size and shape of the core, through optical characterization, effective way of biofunctionalization and finally application in cell visualization.At first, I presented an improved method of separation of distinct shapes of gold nanoparticles from a heterogeneous mixture. The method of centrifugation in a glucose density gradient was applied in order to get homogenous fractions. The procedure of sample preparation, centrifugation and collection of the separated nanoparticles is described. Moreover, I discussed the synthesis with and without Ag+ ions added to the growth solution.Then, I had a closer look on transferring procedure of the NRs from water into IPA solvent, which induce self-organization of the nanoparticles. Optical characterization as well as recorded ATR spectra gave the foundations to understanding of the assembly process taking place. Additionally the work is enriched with the theoretical calculations indicating that individual self-assembled nanostructures show strong light polarization dependent properties. The electric field localized in the gap between NRs is estimated to be enhanced over 350 fold.In the next part of my thesis I have performed a systematic and quantitative description of the interactions of NRs with light (femtosecond laser pulses, 130 fs, 800 nm) in order to characterize the optical properties and design NRs with specific functionalities. In this work I focused on the investigation of structural changes of the NRs and the parameters influencing the reshaping, like surface modification using sodium sulfide, laser power and the position of the longitudinal surface plasmon resonance band (l-SPR) with respect to the laser wavelength.In the next part of the thesis I have quantified the probability of simultaneous absorption of two photons by plasmonic nanoparticles: gold nanorods and gold nanoshells, and by several dye molecules, by using the open-aperture Z-scan technique available in the laboratory at WUT in Poland. At first, I started from fabrication of stable and highly monodisperse NSs suspensions in water, with a varying degree of gold coverage. Then, the NLO properties of the nanoshells were quantified in terms of the two-photon absorption coefficient (α2), the nonlinear refractive index (n2), and the saturation intensity for one-photon absorption (Isat), which are extensive quantities. Then I calculated the two-photon absorption cross-section (σ2) taken per nanoparticle, which was also interpreted in terms of the merit factor σ2/M (where M is the molar mass of the nanoparticle), the quantity suitable for comparisons with other types of nonlinear absorbers.Finally, in the last chapter I have combined the results and knowledge from all previously described experiments in order to propose a new bioprobe. The probe is based on NR functionalized by DNA strand with attached fluorophore. The distance between gold surface and dye is selected in a such way as to maximize the fluorescent emission. The viability tests show low toxicity for cells and high compatibility. I showed that biofunctionalized NRs can provide fluorescent labeling of cancer cells and enable effective photothermal therapy. This is one of the first demonstrations of coupling a bioimaging application to a cancer therapy application using NRs targeted against a clinical relevant biomarker. I hope that the future studies will extend the in vitro concept demonstrated here to in vivo animal experiments.