Nous étudions l'utilisation de l'électronique organique à l'interface du tissu nerveux pour des applications in vitro et in vivo. Le principal objectif est la fabrication d’interfaces neuronales flexibles pour enregistrer l'activité électrophysiologique de cellules neuronales sur de longues durées. À cette fin, nous utilisons du parylène-C comme substrat et le polymère conducteur poly(3,4-éthylène dioxythiophène):poly(styrène sulfonate) pour réduire l'impédance de l'interface cellule/électrode. En utilisant nos matrices de microélectrodes, nous montrons comment améliorer le rendement d'enregistrement avec un modèle 3D in vitro. La formation de clusters cellulaires 3D augmente considérablement le nombre d’enregistrements de potentiels d’action unitaires. In vivo, nous démontrons la fabrication de sondes de support en polymères biodégradables sur nos capteurs flexibles en utilisant une combinaison de polymères alcool polyvinylique et poly(lactique-co-glycolique). Alors que notre support d’insertion en PVA fournit la rigidité nécessaire à la pénétration, le revêtement PLGA retarde la dissolution du support afin de placer précisément les capteurs à l'intérieur du cerveau. Cela nous permet d’enregistrer en profondeur et, dans les conditions idéales, de minimiser les lésions cérébrales par rapport à les sondes traditionnelles rigides. Dans l'ensemble, nous avons réussi à effectuer des enregistrements électrophysiologiques avec nos propres microélectrodes et sondes invasives, améliorant le rendement d'enregistrements in vitro et démontrant que nos support d’insertion biodégradables pénètrent le cerveau. Ces résultats annoncent de prometteuses applications médicales futures. / Neural interfaces are designed to unravel the mysteries of the brain and to restore the functions of paralyzed patients. Despite the success of traditional neural interfaces, these rigid devices are prone to failure within months after surgery. Mechanical mismatch with the soft neural tissue is believed to be one of the main causes. In this thesis, we studied the use of soft organic electronics to interface with neural tissue for both in vitro and in vivo applications. Parylene-based microelectrode arrays (MEAs) and depth probes were made, employing the conducting polymer poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) to reduce the impedance at the cell-electrode interface. In vitro, we thereby showed how to enhance the recording yield of MEAs by creating a three-dimensional model of neurospheres. We further report on the fabrication of a new biodegradable polymer shuttle for flexible depth probes based on the combination of poly(vinyl alcohol) (PVA) and poly(lactic-co-glycolic) (PLGA). In vivo, the PVA/PLGA- shuttled probes were acutely tested in mice and revealed promising electrophysiological results. More research remains necessary to evaluate its long-term function in vivo. In conclusion, our results demonstrate that bioresorbable polymers are capable of providing the required stiffness to penetrate the brain, which shows much promise for future neural applications. This work thereby shows that a long-term functional neural interface is not far from being developed.

La carence en vitamine B12 est fréquente chez les sujets âgés et produit un vieillissement cérébral par des mécanismes malconnus. La vitamine B12 joue un rôle majeur dans les régulations épigénomiques dépendantes de la S-adénosyl méthionine (SAM). Nous avons établi un modèle de cellules neuronales dopaminergiques NIE115 carencé en vitamine B12 par l'expression stable d'une protéine chimère : la transcobalamine-oléosine (TO) réduisant la disponibilité cellulaire en B12, la SAM et la prolifération cellulaire. La protéine chimère oléosine-transcobalamine (OT) ne lie pas la B12 et constitue un contrôle. Les cellules TO ont une diminution B12-dépendante de la déacétylase SIRT1 (sirtuin1) et un stress du réticulum endoplasmique (RE) avec une augmentation des transducteurs transmembranaires, une diminution des protéines chaperonnes et une augmentation des marqueurs pro-apoptotiques. La diminution de l'expression de SIRT1 déclenche le stress du RE en réponse au stress nutritionnel. Cette diminution produit une augmentation de HSF1 acétylé diminuant l'expression des protéines chaperons. L'ajout de B12, des activateurs de SIRT1 et HSF1, la surexpression de SIRT1 et HSF1 réduisent le stress du RE. Dans les cellules contrôles, le traitement par la thapsigargin, l'inhibition de SIRT1 et HSF1 induisent également un stress du RE réversible en présence de B12. Le traitement des cellules OT par Adox (inhibiteur des méthyltransférases) induit les mêmes effets que la carence. En conclusion, la carence en B12 induit un stress du RE via la diminution de SIRT1 et l'augmentation de HSF1 acétylé, l'ajout de B12 induit des effets neuro-protecteurs sur les cellules soumises à un stress du RE. Ces résultats suggèrent d'évaluer les effets des agonistes de SIRT1 sur les complications cérébrales de la carence / Vitamin B12 deficiency is common in elderly population and produces neurodegenerative disorders by elusive mechanisms. B12 is a key determinant for the S-adenosyl methionine-dependent epigenomic regulations. We have established a B12-deficient cell model via the stable expression of transcobalamin-oleosin chimera (TO), which impairs cellular availability of vitamin B12, reduces SAM level and cell proliferation. Since the expression of oleosin transcobalamin chimera (OT) does not modify the phenotype of the transfected cells, these cells serve as control cells. TO cells present a B12-dependant decrease of deacetylase SIRT1 (sirtuin1) and an endoplasmic reticulum stress (ER stress) reflected by the increased expression of ER stress tranducers, decreased chaperon proteins and increased pro-apoptotic markers. We propose that the decreased expression of SIRT1 triggers cell response to nutritional stress through ER stress. This decrease results in a greater acetylation of heat-shock factor protein 1 (HSF1) and thus reducing the expression of heat shock proteins (HSP). Adding B12, SIRT1, or HSF1 activators as well as overexpressing SIRT1 or HSF1 reduce ER stress. In OT cells, thapsigargin treatment or impairing SIRT1 and HSF1 leads to B12-reversible ER stress. Treating OT cells with AdoX, an inhibitor of methyltransferase activities, produces effects similar to those observed in cells with decreased B12 availability.In summary, the impaired cellular availability of vitamin B12 induces ER stress by increasing HSF1 acetylation through a decreased SIRT1 expression and adding vitamin B12 produces neuro-protective effects in cells subjected to prior ER stress. These results suggest evaluating the effects of SIRT1 agonists on cerebral complications due to a B12 deficiency

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), produites par C. botulinum, sont responsables du botulisme humain et animal. Dans sa forme naturelle, le botulisme résulte le plus souvent d’une absorption des toxines botuliques à partir du tube digestif après ingestion d’aliments contaminés par la toxine et C. botulinum. L’intoxination peut être divisée en 4 grandes étapes : production de toxine par la bactérie, ingestion d’aliments contenant la toxine préformée, passage de la neurotoxine à travers la barrière intestinale et action protéolytique aux terminaisons nerveuses. La régulation de la production des toxines et le passage des neurotoxines botuliques à travers la barrière intestinale sont mal compris. BoNT s’associe à des protéines non toxiques (NAPs) pour former des complexes de différentes tailles. Les gènes codant les BoNTs et NAPs sont regroupés sur le locus botulique et leur expression est contrôlée positivement par le facteur sigma alternatif BoTR/A. La toxinogénèse chez C. botulinum est contrôlée par un réseau complexe de régulateurs incluant au moins 3 systèmes à deux composants (TCS), identifiés pas la méthode d’ARN antisens, qui régulent positivement la production de complexe botulique indépendamment de BoTR/A. D’autre part, l’entrée de BoNT/B dans la barrière intestinale a été suivie à l’aide du fragment HcB marqué en fluorescence dans une anse intestinale ligaturée de souris. Des analyses en microscopie à fluorescence, immunohistochimie et microscopie électronique ont permis de mettre en évidence que HcB transcytose à travers les entérocytes par une voie d’endocytose dépendante de la dynamine. HcB cible les terminaisons nerveuses acétylcholinergiques de la lamina propia des villosités et gagne les neurones acétylcholinergiques et sérotoninergiques de la sous-muqueuse et de la musculeuse en seulement 10 minutes. Une étude in vitro réalisée sur cellules intestinales (m-ICcl2) montre que l’entrée de HcB est dépendante de récepteurs gangliosidiques GD1b/GT1b présents à la surface des cellules mais pas de la synaptotagmine II qui est requise pour l’entrée de BoNT/B dans les cellules neuronales. / Botulinum neurotoxins (BoNTs), produced by C. botulinum, are responsible for animal and human botulism. In its natural form, botulism is mostly acquired after absorption of BoNTs in the digestive tract after ingestion of food contaminated with C. botulinum and its toxins. The intoxination can be divided in 4 major steps: toxin production, ingestion of food contaminated with BoNTs, passage of BoNTs through the intestinal barrier, and proteolytic activity on nerve endings. Regulation of toxin production and passage of BoNTs through the intestinal barrier are poorly understood. BoNT associates with non toxic protein (NAPs) to form complexes of various sizes. The BoNTs and NAPs genes are clustered in the botulinum locus and are positively regulated by an alternative sigma factor BotR/A. Toxinogenesis in C. botulinum is regulated by a complex regulatory network containing at least 3 two components systems (TCS), identified by antisens RNA strategy, which regulate the production of botulinum complex independently of BotR/A. On the other hand, BoNT/B entry was monitored with fluorescent HcB fragment in ligatureted mouse intestinal loop. Fluorescent imaging analysis, immunohistochemistry and electron microscopy, have evidence that HcB is transcytosed through enterocytes cells by an endocytosis dynamin dependant. HcB targets acetylcholinergic nerves localized in lamina propria of villi then reaches serotoninergic and acetylcholinergic nerve endings in the submucosa and musculosa within 10 minutes. In vitro experiments performed on intestinal cell line (m-ICcl2) shows that the endocytosis of HcB is dependent on the GD1b/GT1b gangliosidic receptors on the cell surface but not on the synaptotagmine II protein which is recquiered HcB entry in neuronal cells

Les pathologies du système nerveux central sont souvent caractérisées par des pertes de populations cellulaires. Une voie thérapeutique prometteuse en développement consiste à utiliser des biomatériaux bioactifs, associant une greffe de cellules et des biopolymères servant d'échafaudage pour la confection des nouveaux tissus in vitro, implantés in vivo. Dans cette thèse, nous développons une bioprothèse cérébrale qui combine le potentiel régénératif des cellules souches adultes humaines avec un pilotage du comportement de ces cellules par la microtopographie et les nanotubes de carbone. Dans une première partie, dédiée aux études in vitro des interactions entre différents types de cellules neuronales et des indices topographiques, nous montrons que la variation de la géométrie de microsillons créés sur la surface d'un polymère non cytotoxique, le PDMS, permet de déterminer l'architecture des réseaux neuronaux développés. Nous démontrons aussi que les nanotubes de carbone déposés sur des surfaces sous forme de couches constituent un substrat favorable pour le développement des cellules neuronales, et proposons une nouvelle explication de leur rôle dans la culture cellulaire. Dans une deuxième partie, nous utilisons ces résultats pour élaborer une bioprothèse cérébrale pour le rat visant à reconstituer un tissu lésé, dans le cortex moteur responsable de la motricité. L'architecture de la bioprothèse développée intègre les impératifs liés à la culture de cellules souches et liés à la neurochirurgie. Elle est faite en PDMS qui est microstructuré en surface et comporte des cellules souches neurales adultes prédifférenciées en neurones. Nos premiers essais d'implantation chez le rat montrent une récupération fonctionnelle partielle de la motricité des animaux

Dans cette thèse, deux dispositifs de culture in vitro de cellules ont été développés selon des technologies de microfabrication, qui offrent de nouveaux niveaux de contrôle sur le microenvironnement de la culture cellulaire. Les applications des dispositifs développés dans la recherche sur le cancer et la neurobiologie ont été démontrées, notamment pour l'étude fondamentale de métastases du cancer et le pathfinding axonal de neurones. La puce microfluidique dédiée à la transmigration comprend des microcanaux utilisées pour mimer les capillaires des tissus le long de la trajectoire des cellules cancéreuses lors de la métastase. La transparence optique du dispositif a permis une bonne observation de la déformation et de la migration des cellules dans les capillaires artificiels. Les résultats ont montré que la déformation du noyau de la cellule rigide était une des étapes les fastidieuses du processus de transmigration. Les restrictions physiques modifient la morphologie des cellules, mais elles affectent aussi de manière significative leur profil de migration. D'autres études sur le contenu moléculaire et les propriétés biologiques des cellules transmigrées ont montré que le blocage des modifications des histones par un médicament spécifique peut inhiber la transmigration des cellules cancéreuses dans le microcanal, ce qui pourrait avoir des implications sur la prévention et le traitement du cancer. La puce microfluidique peut également être utilisée pour évaluer la déformabilité de la cellule, qui est un marqueur pronostique potentiel pour le diagnostic du cancer. La puce de la culture de neurones permet la culture de cellules dans un microenvironnement au sein duquel de protéines sont imprimées selon des motifs géométriques précis. Les somas et axones des neurones mis en culture dans le dispositif peuvent être polarisés dans différents environnements fluidiquement isolés sur une longue période. L'extension des axones peut être guidée par des protéines immobilisées sur le substrat de verre. La croissance axonale orientée peut en outre être modulée par un traitement médicamenteux localisé. Les études sur le mécanisme moléculaire sous-jacent ont révélé que ces processus ont été étroitement associés à des protéines synthétisées localement dans les extrémités d'axones en croissance / In this PhD project, two in vitro cell culture devices were developed via microfabrication technologies, which provided entirely new levels of controls over the cell culture microenvironment. The applications of the developed devices in cancer and neurobiology researches were demonstrated, specifically for the fundamental study of cancer metastasis and neural axonal pathfinding. The microfluidic transmigration chip used microchannel structures to mimic the tissue capillaries along the path of cancer cell metastasis. The transparent optical qualities of the device allowed good observation of the deformation and migration of cells in the artificial capillaries. Results showed that deformation of the stiff cell nucleus were the most time-consuming steps during the transmigration process. The physical restrictions not only changed the morphology of the cells, but also significantly affect their migration profile. Further studies on the molecular contents and biological properties of the transmigrated cells showed that blocking the histone modifications by specific drug can inhibit the transmigration of cancer cells in the microchannel, which might have implications on cancer prevention and treatment. The microfluidic chip can also be used to evaluate cell deformability, which is a potential prognostic marker for cancer diagnosis. The neural culture chip integrated microfluidic cell culture and protein patterning techniques. The somas and axons of neurons cultured in the device can be polarized into different fluidically isolated environments for long period, and the extension of the axons can be guided by proteins immobilized on the glass substrate into specific patterns. The oriented axon growth can be further modulated by localized drug treatment. Studies on the underlying molecular mechanism revealed that these processes were closely associated with the proteins synthesized locally in the tips of growing axons

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les travaux présentés dans cette thèse portent sur les mécanismes centraux impliqués dans la planification de la direction et de l'amplitude d'atteintes manuelles vers des cibles visuelles. Les résultats de plusieurs études psychophysiques suggèrent que le système nerveux central utilise une règle générale d'organisation qui consiste à planifier la direction et l'amplitude d'atteintes manuelles par l'intermédiaire de deux canaux de traitement indépendants. Nous avons évalué cette hypothèse en testant l'effet de différentes conditions sensorimotrices sur la nature des erreurs de direction et d'amplitude d'atteintes manuelles. Un système d'analyse de mouvement (Optotrak) a permis revaluation des erreurs produites lors d'atteintes manuelles vers des cibles visuelles. Sept sujets ont exécuté des mouvements d'atteintes vers des cibles situées à 5 distances différentes le long de 5 directions différentes dans deux conditions expérimentales. Dans la tâche l, les sujets devaient orienter le regard vers une cible visuelle présentée sur un plan horizontal, puis fermer les yeux, et effectuer un pointage manuel en direction de cette cible. Dans la tâche 2, les pointages manuels étaient effectués vers les mêmes positions spatiales que dans la tâche l, mais, les cibles étaient présentées sur un plan vertical. Dans ces deux tâches, les erreurs variables de distance ont été plus grandes que les erreurs variable de direction. Cependant, dans la tâche 2, ces erreurs variables ont présenté une gradation différente en fonction de l'amplitude des mouvements. Cette influence différente de la nature des transformations sensorimotrices sur les erreurs variables de direction et d'amplitude d'atteintes manuelles supporte l'hypothèse que le SNC planifie ces deux paramètres par des canaux de traitement distincts. Une analyse subséquente a porté sur une prédiction de cette conclusion. Si les patrons dans la variabilité finale des pointages manuels reflètent les processus de planification motrice qui précèdent l'initiation des mouvements, ces derniers devraient présenter une étroite correspondance avec les patrons dans la variabilité initiale d'atteintes manuelles. L'analyse comparée des distributions des positions spatiales des sommets d'accélération et de vitesse ainsi que des points finaux d'atteintes manuelles a montré que les positions finales ne sont pas entièrement déterminées lors de l'initiation des mouvements suggérant que la planification et l'exécution ne sont pas des étapes sérielles strictes. Cependant, l'indépendance de la variabilité spatiale de direction et d'amplitude le long des trajectoires de mouvements a suggéré une planification indépendante de ces paramètres au cours du temps. Une approche neurophysiologique a été utilisée afin d'évaluer les fondements neuronaux des canaux de traitement indépendants par lesquels la direction et l'amplitude des mouvements d'atteintes sont planifiées. L'activité de 162 cellules du cortex prémoteur dorsal (PMd) a été enregistrée dans 2 hémisphères d'un singe rhésus alors qu'il effectuait des mouvements d'atteinte vers 24 cibles visuelles situées à 3 différentes distances le long de 8 directions différentes. Dans cette tâche expérimentale, un indice visuospatial présenté durant 500 ms indique la position vers laquelle une atteinte manuelle devait être dirigée après une période de délais (l 000-2500 ms). Ensuite, un deuxième indice (visuel, non-spatial) donne l'instruction au singe d'initier un mouvement en direction de la position mémorisée de la cible. Durant la présentation de la cible, l’activité des cellules individuelles de PMd est préférentiellement liée à la direction du mouvement à produire. Ensuite, au cours des événements successifs, elle montre une augmentation graduelle de la modulation en fonction de la distance de la cible. Les fréquentes interactions entre l'encodage de la direction et de l'amplitude dans la décharge de cellules individuelles de PMd suggère que les canaux de traitement pour la planification de la direction et de l'amplitude n'impliquent pas deux populations distinctes de cellules dans le cortex PMd. L'augmentation progressive de la convergence de l'expression de ces paramètres au cours du temps pourrait refléter une représentation intermédiaire interposée entre les canaux de traitement indépendants et un code approprié pour la spécification éventuelle des forces et de l'activité musculaire.

Contexte: L'encéphalopathie hépatique (EH) est une complication majeure de la maladie hépatique chronique (MHC) caractérisée par des symptômes débilitants, notamment des troubles cognitifs, psychiatriques et moteurs. Il est cru que l’EH, définie comme étant un syndrome métabolique, disparaît après une transplantation hépatique (TH). Cependant, des complications neurologiques persistantes ont été signalées chez jusqu'à 47 % des receveurs de TH. Plusieurs études rétrospectives ont démontré une association entre des antécédents d'épisodes d'EH pré-TH et une mauvaise condition neurologique après la TH. D’autre part, l’alcool est un facteur étiologique fréquent à l’origine de la MHC. Cependant, une consommation excessive d’alcool a également un impact sur le cerveau. À ce jour, l’impact des épisodes d’EH ainsi que de l’alcool sur le développement de l’EH et l’intégrité cérébrale reste indéfini. Par conséquent, nos objectifs étaient 1) d’évaluer l'impact de plusieurs épisodes d’EH (induits par l'ammoniac) et 2) d'évaluer l'effet d'une consommation constante d'alcool sur le déclin neurologique, l'intégrité et les lésions cérébrales chez les rats atteints de MHC induite par la ligature des voies biliaires (LVB). Méthodes: Pour le premier objectif, des rats LVB ont reçu une injection (s.c.) d'acétate d'ammonium (LVB-Ammoniac), précipitant un épisode sévère d'EH réversible (perte du réflexe de redressement) tous les 4 jours à partir de la semaine 3 post-chirurgie LVB ( total ; 4 épisodes). Des rats SHAM ont également reçu une injection d'ammoniaque et des rats témoins BDL/SHAM ont reçu une injection de solution saline. La coordination motrice (rotarod) et la mémoire à court et à long-terme (test de reconnaissance d'objets nouveaux) ont été évaluées une semaine après la dernière injection. Pour évaluer l'intégrité neuronale, une analyse d’immunobuvardage de type Western et d’immunofluorescence a été réalisée dans le cortex frontal, le cervelet et l'hippocampe. Pour le deuxième objectif, des rats LVB ont reçu de l'alcool (LVB-Alcool) deux fois par jour (51 % v/v, dose de 3 g/kg, par gavage) pendant 4 semaines. Les rats SHAM ont également reçu de l'alcool et les rats LVB/SHAM servant de contrôles ont reçu une solution saline. La coordination motrice (rotarod) et le comportement anxieux (champ ouvert et labyrinthe surélevé) ont été évalués une semaine après la dernière administration d'alcool. Des analyses d’immunobuvardage de type Western et d’immunofluorescence ont été effectuées pour étudier l'intégrité neuronale du cortex frontal et du cervelet. Résultats: Chez les LVB-Ammoniac, des niveaux protéiques plus élevés d’un marqueur astrocytaire (GFAP) et apoptotique (caspase-3 et Bax/Bcl2) ont été trouvés dans l'hippocampe, alors que les niveaux de marqueurs neuronaux (NeuN et SMI311) ont été réduits par rapport à tous les autres groupes expérimentaux. Les rats LVB-Ammoniac ont présenté des niveaux accrus de stress oxydatif plasmatique par rapport aux rats SHAM/BDL respectifs. Une diminution des niveaux de capacité antioxydante totale (CAT) et une augmentation des protéines modifiées par le 4-HNE ont été observées dans l'hippocampe (et non dans le cortex frontal ou le cervelet) du groupe LVB-Ammoniac par rapport aux rats SHAM/BDL respectifs. Les résultats d'immunofluorescence ont révélé la colocalisation du marqueur apoptotique (caspase-3 clivée) avec un marqueur neuronal (NeuN) dans la région CA1 de l'hippocampe des rats LVB-Ammoniac. Chez les rats LVB-alcool, il a été démontré une altération de la coordination motrice aux semaines 2, 3, 4 et 5 ainsi qu'une augmentation du comportement anxieux par rapport aux rats SHAM respectifs. Chez les rats BDL-alcool, il a été démontré une diminution des marqueurs neuronaux (NeuN et SMI311), une augmentation de l'activité enzymatique apoptotique (caspase-3 clivée), une augmentation des marqueurs de nécroptose (pRIP3 et pMLKL), une diminution de la CAT et une augmentation des protéines modifiées par 4-HNE dans le cervelet par rapport à tous les groupes. Les résultats d'immunofluorescence ont révélé la colocalisation du marqueur apoptotique (caspase-3 clivée) et du marqueur de nécroptose (pMLKL) dans les neurones de la couche granulaire du cervelet de rats LVB-alcool. Conclusion: De multiples épisodes d'EH sévère ont entraîné une perte de cellules neuronales dans l'hippocampe des rats LVB et qui est associée à une augmentation du stress oxydatif, à l'apoptose et à une diminution des cellules neuronales. Des niveaux élevés du marqueur astrocytaire (GFAP) dans l'hippocampe insinuent une gliose, pouvant être le résultat d'une perte neuronale. De plus, l'administration d'alcool aggrave les troubles de la coordination chez les rats LVB et qui ont été associés à une augmentation du stress oxydatif, à une diminution des marqueurs neuronaux (NeuN et SMI311) avec l’apoptose et la nécroptose dans le cervelet des rats LVB-alcool. Globalement, de multiples épisodes d’EH sévère ainsi qu'une consommation constante d'alcool, via le stress oxydatif, déclenchent une perte/lésion neuronale qui entraînera par conséquent une mauvaise condition neurologique après la TH. / Background: Hepatic encephalopathy (HE) is a major complication of chronic liver disease (CLD) characterized by debilitating symptoms, including cognitive, psychiatric, and motor disturbances. HE, defined as a metabolic syndrome, is believed to resolve following liver transplantation (LT). However, persisting neurological complications have been reported in up to 47% of LT recipients. Several retrospective studies have demonstrated an association between a history of HE episodes pre-LT and poor neurological outcome following LT. Furthermore, alcohol is a common etiological factor which causes CLD. However, excessive alcohol consumption also impacts the brain. To date, the impact of HE episodes as well as of alcohol on the development of HE and brain integrity remains undefined. Therefore, our aims were to 1) evaluate the impact of multiple episodes (induced by ammonia) and 2) evaluate the effect of constant alcohol consumption on neurological decline, brain integrity and injury in rats with CLD induced via bile-duct ligation (BDL). Methods: In the first aim, BDL rats were injected (s.c.) with ammonium acetate (BDLAmmonia), precipitating a reversible overt episode of HE (loss of righting reflex) every 4 days from week 3 post-BDL surgery (total; 4 episodes). SHAM rats were also injected with ammonia and BDL/SHAM rats were injected with saline as controls. To assess the neuronal integrity, western blot and immunofluorescence analysis were performed for frontal cortex, cerebellum, and hippocampus. Motor coordination (rotarod) and short- and long-memory (novel object recognition test) were assessed one week following last injection. In the second aim, BDL rats were administered alcohol (BDL-Alcohol) twice a day (51% v/v, dose of 3g/kg, via gavage) for 4 weeks. SHAM rats also received alcohol and BDL/SHAM rats received saline as controls. Motor coordination (rotarod) and anxiety-like behavior (open field and elevated plus maze) were assessed one week following last alcohol administration. Western blot and immunofluorescence analyses were performed to investigate neuronal integrity in frontal cortex and cerebellum. Results: In BDL-Ammonia, higher protein levels of astrocytic marker (GFAP) and apoptotic markers (caspase-3 and Bax/Bcl2) were found in the hippocampus, whereas neuronal markers (NeuN and SMI311) levels were reduced compared to all other experimental groups. BDLAmmonia rats showed increased levels of plasma oxidative stress compared to respective SHAM/BDL rats. Decreased levels of total antioxidant capacity (TAC) and increased 4-HNE modified proteins were found in the hippocampus (not in frontal cortex or cerebellum) of the BDL-Ammonia group compared to respective SHAM/BDL rats. Immunofluorescence results revealed the colocalization of apoptotic marker (cleaved caspase-3) with neuronal marker (NeuN) in the CA1 region of the hippocampus of BDL-Ammonia rats. BDL-Alcohol rats demonstrated impaired motor coordination at weeks 2, 3, 4, and 5 as well as an increase in anxiety-like behavior compared to respective SHAM rats. BDL-Alcohol rats showed a decrease in neuronal markers (NeuN and SMI311), an increase in apoptotic enzyme activity (cleaved caspase-3), an increase in necroptosis markers (pRIP3 and pMLKL), a decrease in TAC and an increase in 4-HNE modified proteins in the cerebellum compared to all groups. Immunofluorescence results revealed the colocalization of apoptotic marker (cleaved caspase3) and necroptosis marker (pMLKL) in granular layer neurons of the cerebellum of BDLAlcohol rats. Conclusion: Multiple episodes of overt HE led to neuronal cell loss in the hippocampus of BDL rats which was associated with increased oxidative stress, apoptosis and decreased neuronal count. Elevated levels of astrocytic marker (GFAP) in the hippocampus insinuate gliosis, possibly a result of neuronal loss. Moreover, alcohol administration worsens coordination impairments in BDL rats which were associated with increased oxidative stress, decreased neuronal markers (NeuN and SMI311) with apoptosis and necroptosis in the cerebellum of BDL-Alcohol rats. Overall, both multiple episodes of overt HE as well as continuous alcohol consumption, via oxidative stress, triggers neuronal loss/injury which consequently will lead to poor neurological outcome post-LT.

Les chitooligosaccharides (COS) présentent des propriétés biologiques intéressantes telles que l'activité antimicrobienne, antifongique et antitumorale. Dans ce travail, nous avons utilisé les COS pour des applications très diverses, telles que l'ingénierie des cellules neuronales (blocage de la formation du réseau périneuronal), la complexation des cations Fe2+ et Fe3+ pour la synthèse de particules supermagnatiques et enfin pour le développement de conjugués fonctionnels à base de COS. Dans le cadre de ces études en partenariat, nous avons travaillé sur l'élaboration de chitooligosaccharides à structure contrôlée afin d’étudier leurs propriétés physico-chimiques ou biologiques. Des modifications de chitooligosaccharides ont été effectuées dans ce travail de deux façons: la modification par N-substitution et la modification par le groupe aldéhyde du résidu 2,5-anhydro-D-mannofuranose (amf) à l'extrémité réductrice des chitooligosaccharides. Les premiers types de COS consistent en la désamination suivie d'une réaction de N-réacétylation afin de contrôler (partiellement) à la fois le degré moyen d'acétylation et le degré moyen de polymérisation. La seconde stratégie consiste en la synthèse de nouveaux COS fonctionnalisés à leur extrémité réductrice par amination réductrice et oximation avec différents groupes chimiques cliquables (c'est-à-dire alcyne, alcène, azide, thiol et hydrazide). En fonction des COS fonctionnalisé ciblé, différentes techniques d'analyse ont été réalisées pour analyser pleinement leurs caractéristiques structurales telles que la spectroscopie RMN, la spectrométrie de masse MALDI-TOF, la chromatographie HPLC, la spectroscopie RAMAN et la chromatographie SEC. Des structures chimiques spécifiques de chitooligosaccharides modifiés ont été étudiées dans le but de les utiliser pour moduler le réseau périneural de neurones et l'établissement de connexions synaptiques. Nous avons également montré que les COS solubles permettent la précipitation des nanoparticules supramagnétiques de Fe3O4 avec un revêtement COS en les rendant moins toxiques. Enfin, les COS fonctionnalisés à leur extrémité réductrice pourraient être des intermédiaires utiles pour le développement de nouveaux conjugués fonctionnels à base de chitosane / Chitooligosaccharides (COS) classically present several biological properties such as anti-microbial, anti-tumor and anti-fungal activity. In this work, we used COS for widely different applications, such as tissue engeneering of neuronal cells (blocking of perineuronal net formation), the complexation of iron cations (Fe2+ and Fe3+) for the synthesis of supermagnatic particle and finally for the development of advanced functional COS-based conjugates. In this partnership studies, we worked on the elaboration of controlled structure chitooligosaccharides in order to decipher their physico-chemical or biological properties. Further modification of chitooligosaccharides was performed in this thesis in two ways: modification via amine N-substitution and the modification via the 2,5-anhydro-D-mannofuranose (amf) aldehyde group located at the reducing end of chitooligosaccharides. The first COS types consist in the nitrous depolymerization followed by N-acetylation in order to (partly) control both the mean degree of N-acetylation and the degree of polymerization. The second consist in the synthesis of new COS-based building blocks functionalized at their reducing end by reductive amination and oximation with different clickable chemical groups (i.e. alkyne, alkene, azide, thiol, and hydrazide). Depending on the targeted functionalized COS, different analysis techniques were carried out to fully characterize such as NMR spectroscopy, MALDI-TOF mass spectrometry, HPLC-chromotography, RAMAN spectroscopy and SEC chromatography. Specific chitooligosaccharides were studied in the objective to use them to modulate the perineuronal net of neurons, and the establishment of synaptic connections. We also showed that water soluble COS permit the precipitation of supramagnetic Fe3O4 nanoparticles with a COS coating and succeded in decreasing their toxicity. Finally we have shown that COS-based building blocks could be useful intermediates for the development of advanced functional COS-based conjugates such as COS-b-PEG diblock copolymers