Le développement de bioprocédés pour la culture des cellules animales est d'une grande importance pour la biotechnologie, dû aux nombreuses applications biomédicales de ces cellules. Dans ce travail, la mise au point d'un système de contrôle ainsi que la conception, la caractérisation et l'utilisation de minibioréacteurs à échelle réduite (30-100 mL), entièrement équipés et automatisés pour la culture cellulaire, sont présentées. Les paramètres des contrôleurs ont de plus été optimisés pour des bioréacteurs de différentes tailles (500 mL et 15 L) avec différents volumes de travail (0,3, 0,5, 5, 10 et 15 L). Les temps de réponse de chaque sonde ainsi que le kLa dans les bioréacteurs ont aussi été évalués. Un système de contrôle en langage LABVIEW National Instruments, incluant une interface-usager numérique a été finalisé. Ce programme est capable de saisir, contrôler et surveiller les paramètres d'opération (pH, DO, pCO2, T) de huit bioréacteurs de façon simultanée et indépendante par le biais des modules de conversion Numériques/Analogues Field Point National Instruments. Finalement, le système a été testé par trois cultures de cellules HEK 293S dans les minibioréacteurs (100 et 300 mL). Les résultats ont été comparés à une culture statique dans un T-Flask de 25 cm2 . On a ainsi démontré que le système développé est robuste, précis et efficace.

La culture cellulaire in vitro a toujours motivé les scientifiques pour découvrir de nouveaux médicaments, explorer de nouvelles thérapies et pour mieux comprendre la biologie cellulaire. Cependant, la culture cellulaire requiert un environnement très bien contrôlé, d'où l'émergence des incubateurs cellulaires commerciaux. Ceci dit, la recherche scientifique requiert l'observation en continu du développement cellulaire dans un environnement contrôlé. Bien que plusieurs approches soient disponibles afin de miniaturiser des instruments pour les intégrer dans un incubateur, peu d'approches ont été abordées avec succès pour miniaturiser un micro-incubateur et l'intégrer dans des systèmes de contrôle. Ainsi, le parallélisme présent dans un système à base de FPGA ajouté à la puissance de calcul des processeurs motive l'intégration d'un système de contrôle de micro-incubateur sur une même puce. La volonté de miniaturiser et d'intégrer plusieurs sous-systèmes de contrôle dans un même système embarqué motive d'autant plus l'utilisation d'une architecture Zynq UltraScale+. Ces travaux de recherche permettent d'intégrer le contrôle d'un micro-incubateur sur une architecture Zynq UltraScale+, de développer une interface graphique conviviale permettant l'observation et le contrôle d'un système de micro-incubateur et, finalement, de tester et valider le fonctionnement de l'implémentation des différents sous-systèmes de contrôle du micro-incubateur. Le développement des éléments de contrôle du micro-incubateur s'effectue à l'aide des outils de Xilinx. Ceux-ci permettent de développer le code VHDL, le code des processeurs temps réels et de compiler un système d'exploitation Linux personnalisé. L'interface graphique est développée avec l'outil QtCreator et intégrée sur le système d'exploitation Linux. Une carte de développement Ultra96 et des cartes électroniques connexes permettent de valider le fonctionnement de l'implémentation du contrôle du micro-incubateur. Toutes les composantes du contrôle du micro-incubateur sont validées en simulation VHDL, intégrées sur la carte Ultra96 et testées. L'interface graphique développée sur le système d'exploitation Linux communique de manière efficace avec les processeurs temps réels afin de permettre le contrôle et l'observation des différents sous-systèmes. / The in vitro cell culture has always motivated scientists to discover new drugs, explore new therapies or for a better understanding of cell biology. However, cell culture requires a very well controlled environment, hence the emergence of commercial cell incubators. Thus, research in this field requires the continuous observation of cell development in a controlled environment, among others. Although several approaches were available to miniaturize tools used in biological research to be integrated into an incubator, few approaches have been successfully addressed to miniaturize a micro-incubator to be integrated into a biological sensor. Thus, the parallelism of an FPGA-based system in addition to the computing performances were key elements for the integration of a micro-incubator control system on the same FPGA. In addition, the miniaturization and integration of several control subsystems in a single on-board systems were a key element to use a Zynq UltraScale + architecture. In this research work we aim to integrate the control system of a micro-incubator on a Zynq UltraScale + architecture and to develop a user-friendly graphical interface to observe and to control of a micro-incubator system. Finally, we aim to test and validate our implementations of the various micro-incubator control subsystems. The development of the micro-incubator's control elements is carried out using Xilinx tools. These allow to develop the VHDL code, the code for real-time processors and to compile a custom Linux operating system. The graphical interface was developed with the QtCreator tool and integrated into the Linux operating system. An Ultra96 development board and related electronic boards were used to validate the operation of the micro-incubator control implementation. All the micro-incubator control components were validated in VHDL simulation, integrated in the Ultra96 card and tested. The graphical interface developed on the Linux operating system communicates with the real-time processors in order to control and to observe various subsystems' behavior.

L’étude des propriétés viscoélastiques des cellules entières par microscopie optique permet de soutirer de l’information unique sur les caractéristiques des cellules. Il est d’autant plus pertinent d’analyser ces propriétés tout au long de la maturation des cellules en culture pour en extraire de l’information sur le développement ainsi que sur la santé de celles-ci. Cependant, la grande majorité des techniques d’imagerie nécessite l’ajout d’un agent de marquage, alors que les méthodes permettant de mesurer les propriétés viscoélastiques cellulaires sont d’autant plus invasives. L’emploi de la microscopie holographique numérique est proposé, car cette méthode permet d’imager en temps réel des cellules en culture sans technique de marquage et d’en tirer des données quantitatives. De plus, la microscopie holographique numérique permet d’observer à l’échelle nanoscopique des déformations induites sur ces cellules, sans contact physique entre les cellules et un instrument externe. Le but de ce projet est de développer des tests en écoulement cisaillé permettant d’obtenir les propriétés viscoélastiques des cellules entières de façon précise et non invasive. Les réponses en déformation des cellules, face à la contrainte induite par le fluide en mouvement, sont ensuite interprétées par des modèles viscoélastiques auxquels les propriétés, telles que les constantes de rigidité et de viscosité, sont extraites pour toute la culture simultanément. Les résultats ont montré que les tests en écoulement cisaillé permettent de mesurer les propriétés viscoélastiques des cellules entières de façon non invasive. Une différence significative a été observée entre les propriétés des cellules NIH 3T3, HEK 293T/17 et des neurones. La constante de rigidité E1, ainsi que la constante de viscosité h2 des modèles Standard et Burgers sont des propriétés viscoélastiques des cellules entières permettant la distinction de ces types cellulaires. / The study of viscoelastic properties of whole-cell by optical microscopy allows one to obtain unique information on cell features. It is all the more important to assess those properties all along cultured cell maturation to extract information on its development and health. However, a vast majority of imaging techniques require a marking agent, whilst methods to measure viscoelastic properties are equally invasive. The use of digital holographic microscopy is proposed, since this method allows to image cell culture in real-time without a marking technique and provides quantitative images. Moreover, digital holographic microscopy provides screening deformation at nanoscopic scale induced on cells, without physical contact between the cells and an external instrument. The goal of this project is to develop shear flow assays allowing precise and non-invasive measurements of whole-cell viscoelastic properties. Cell deformation responses caused by the fluid shear stress are interpreted by viscoelastic models where rigidity and viscosity constants are extracted for the whole cell culture simultaneously. Results have shown that shear flow assays allow non-invasive whole-cell measurements of viscoelastic properties. A significant difference between cell properties of NIH 3T3, HEK 293T/17 and neurons have been found. The rigidity constant E1 and the viscosity constant h2 from Standard and Burgers models are viscoelastic properties to be used to discriminate those cell type.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / L'infiltration de lymphocytes B (LB) dans les tissus adipeux entraine un dysfonctionnement du métabolisme énergétique dans un contexte d'obésité et de vieillissement en produisant des immunoglobulines G du sous-type 2c (IgG2c). Ces immunoglobulines sont considérées comme auto-immunes et leur production dépend en partie de l'activation du récepteur des lymphocytes B (BCR) et d'un récepteur Toll-Like (TLR) intracellulaire. En revanche, les voies métaboliques modulatrices de la production des IgG2c ne sont pas bien connues. Les présents travaux avaient pour but de mettre au point un système de culture *in vitro* de LB et une méthode de mesure quantitative de la production des IgG2c afin d'élucider des voies métaboliques potentielles. La mise au point du cocktail d'activation a été validée après avoir testé différentes combinaisons de molécules pouvant entrainer une augmentation d'expression d'IgG2c. Des LB de souris mâles et femelles, d'âges différents, ont été isolés par une méthode de sélection négative. À la suite des traitements avec différents cocktails d'activation, pendant 1, 3 ou 7 jours, l'expression des IgG2c a été mesurée par cytométrie en flux. Cette méthode a permis d'étudier de manière quantitative l'activation et de déterminer le temps d'activation optimal (3 jours) pour l'étude de l'expression des IgG2c. Nous avons déterminé que les meilleures conditions d'activation des LB pouvant stimuler la production d'IgG2c impliquaient la présence d'un activateur de BCR et du TLR9. L'âge et le sexe n'ont pas eu d'impact sur la production d'IgG2c dans ce modèle de culture cellulaire. Ceci suggère que les changements de production d'IgG2c pendant le vieillissement ne proviennent pas d'un dysfonctionnement interne des LB, mais de facteurs externes. Finalement, dans ces conditions d'analyses, la leptine semble freiner la production des IgG2c. Afin de mieux comprendre cette modulation et si cette dernière est affectée lors du vieillissement, d'autres études seront nécessaires. / B-cell infiltration in adipose tissue leads to dysfunctional energy metabolism in the context of obesity and aging by producing immunoglobulins G subtype 2c (IgG2c). These immunoglobulins are auto immune and their production depends on the activation of B-Cell Receptor (BCR) and intracellular Toll-Like Receptor (TLR) (TLR7 or TLR9). However, the specific metabolic pathways involved in modulating IgG2c production are not well known. The aim of the present work was to develop an *in vitro* B-cell culture system and a method for quantitative measurement of IgG2c production, as well as the determination of the metabolic pathways involved in modulating this production. Activation cocktails were optimized after testing different combinations of molecules that could induce IgG2c production. Primary B cells from male and female mice of different ages were isolated by negative selection. Cells were then seeded on non-adherent plates. After activation during 1, 3 or 7 days with different activation cocktails, IgG2c expression was measured by quantitative flow cytometry. In this setting, the optimal incubation time for the study of IgG2c production was 3 days. IgG2c production was significantly higher in the presence of BCR and TLR9 activators. Age and sex did not change IgG2c production. These results suggests that modulation in IgG2c production in aging does not result from an intracellular B cell dysfunction but is rather due to changes in external factors. Finally, preliminary results point to leptin as potential inhibitor of IgG2c production. In order to better understand this modulation, further studies are needed.

Les cellules endothéliales cornéennes constituent un tissu à la fois extrêmement particulier et d'une importance singulière. En effet, celui-ci est pourvu d'une capacité régénératrice pratiquement nulle, mais son intégrité est essentielle à la transparence cornéenne et donc à la vision. Par contre, l'endothélium cornéen fait défaut dans diverses pathologies telles que la dystrophie de Fuch et la kératopathie bulleuse du pseudophaque. La méthode traditionnelle pour le remplacement d'un endothélium cornéen pathologique est la greffe de cornée pleine épaisseur. Par contre, la greffe lamellaire postérieure est une alternative chirurgicale en plein essor, très intéressante, puisqu'elle permet de remplacer seulement la portion malade de la cornée. Cette technique chirurgicale a ouvert la porte à une nouvelle possibilité au niveau du génie tissulaire. En effet, il est maintenant envisageable de greffer un endothélium produit en laboratoire. Un défi supplémentaire, que s'est imposé notre équipe, est de reconstruire non seulement un endothélium complet, mais d'en reconstruire un qui serait également autologue, l'immunogénicité jouant un rôle non négligeable lors d'échec de greffes. Mon rôle dans ce projet était donc d'évaluer la faisabilité de reconstruire par génie tissulaire un endothélium cornéen autologue pour notre modèle animal, et ce, à des fins de greffes. D'abord en optimisant les conditions de culture afin de permettre la croissance des cellules endothéliales cornéennes animales. Puis en reconstruisant in vitro un endothélium à partir d'une biopsie cornéenne de taille minimale. Un endothélium sain similaire au tissu natif a ainsi été reconstruit.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique dégénérative des muscles qui touche un garçon sur 3500. L'absence de la protéine à l'origine de la maladie, la dystrophine, entraîne une fragilité musculaire ce qui engendre une dégradation prématurée des muscles. Parmi les différentes thérapies à l'étude, on retrouve la greffe de myoblastes sains qui permet de rétablir en partie l'expression de la protéine. Cependant, la migration et la survie limitées des myoblastes ainsi que l'induction du système immunitaire restent des problèmes importants rencontrés par ce traitement. Les cellules souches isolées du muscle (MDSC) pourraient offrir un bon potentiel thérapeutique. Par exemple, il a été démontré qu'elles possèdent la capacité de migrer des vaisseaux sanguins vers les fibres musculaires pour régénérer l'expression de la dystrophine dans les muscles de souris mdx (modèle de la DMD). Toutefois, il existe plusieurs techniques d'isolement de ces cellules et les caractéristiques des différentes sous-populations sont encore mal connues. De plus, les MDSC sont très rares à l'intérieur du muscle, il faut donc utiliser des techniques permettant d'isoler un nombre maximal de cellules et des milieux soutenant une meilleure prolifération des MDSC. À cet effet, nous utilisons avec succès un milieu de culture sans sérum décrit précédemment dans la littérature pour la croissance des cellules souches de la peau. Dans ce milieu, nous avons identifié que les MDSC forment des sphéroïdes et augmentent leur population de quatre fois en dix jours. Le volume des sphéroïdes augmente aussi tout au long de la culture jusqu'à atteindre un plateau après dix jours. Dans ce travail, nous avons déterminé que la formation des sphéroïdes est un processus obligatoire dans l'expansion des MDSC. Étant donné que la plupart des protocoles nécessitent l'obtention de cellules dissociées, nous avons donc développé des techniques de dissociation enzymatique minimisant le dommage fait aux cellules et aux récepteurs cellulaires tout en maximisant le bris des sphères. L'effet du milieu de culture sur la croissance des différentes sous-populations a également été mesuré. Nous avons également déterminé que les cellules exprimant le récepteur Seal, caractéristique des cellules souches de souris, pouvait proliférer dans le milieu. Par contre, l'expression de CD34, un autre marqueur de cellules souches hématopoïétiques, chute rapidement après la mise en culture. Comme la prolifération des MDSC est faible, différents paramètres de culture ont été variés afin de voir leur influence sur la croissance. Nous avons observé que les hautes densités cellulaires initiales (2 xl0E5 cellules/ml) et les plus grands volumes de culture utilisés (plaque 6-12 puits) ont une influence positive sur l'expansion des cellules.

La thérapie cellulaire pour traiter la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est présentement à l'étude chez l'humain. Elle consiste à injecter aux patients des cellules précurseurs de muscle ("muscle precursor cells", MPC) saines. Ce traitement a récemment démontré qu'il était efficace en essais cliniques de phase 1 sur de petits volumes de muscle (1 ce). Cependant, il reste plusieurs problèmes à résoudre au niveau du procédé de production de ces cellules avant que la thérapie soit applicable pour le traitement complet des patients. Pour le moment, le seul milieu de culture commercial qui permet une bonne prolifération des MPC contient du sérum sanguin d'origine bovine, un produit animal non-défini pouvant être contaminé par des virus ou des prions d'origine inconnue, ce qui peut entraîner des risques pour la santé des patients. Quelques milieux ne contenant pas de sérum sont également disponibles commercialement, par contre aucun des ces milieux ne permet une expansion cellulaire satisfaisante. L'objectif de notre projet est de développer un milieu de culture sans sérum pour l'expansion des MPC par une approche de fractionnement séquentiel et itératif, ce qui devrait permettre à terme l'isolation des facteurs sériques stimulant la croissance des MPC. Pour ce faire, nous avons adopté une méthodologie basée sur la planification statistique des expériences pour identifier les composés qui permettent une bonne expansion des cellules, sur de longues périodes et de façon économique. La procédure de fractionnement choisie consiste en une séparation basée sur l'ultrafiltration et la chromatographie d'échange anionique. Plusieurs fractions ont été obtenues et analysées individuellement et en combinaison pour identifier leur effet sur l'expansion cellulaire. Les résultats montrent que certaines fractions ont un effet positif sur la croissance cellulaire, meilleur que celui obtenu avec le milieu contenant du sérum complet. D'autres techniques analytiques comme la chromatographie liquide couplée en ligne avec la spectrométrie de masse (LCMS) et Pélectrophorèse ont également été utilisées pour analyser des facteurs présents dans ces fractions.

L'activité cellulaire répond à la stimulation électrique (SE). Le but de cette thèse était le développement d'un composite multifonctionnel et l'étude de la réponse des ostéoblastes à la SE transmise par un tel composite. Les objectifs spécifiques étaient les suivants: a) synthèse des particules de haute conductivité en polypyrroles (PPy) avec des rendements élevés en contrôlant la taille et la régularité moléculaire; b) bioactivation des particules PPy par dopage à l'héparine (HE); c) préparation de composites multifonctionnels électriquement stables et présentant une haute affinité biologique; d) étude de la prolifération et de la minéralisation des ostéoblastes sur un échafaudage conducteur sous SE. Le chapitre I résume les phénomènes bioélectriques chez l'humain à différents niveaux, les mécanismes possibles de l'action de l'électricité sur les cellules, et l'étude de la SE en génie tissulaire osseux. Ce chapitre propose également une revue critique des différentes techniques et des différentes méthodologies de SE utilisées pour des études environnementales, scientifiques et pour les soins cliniques. Les hypothèses et les objectifs de la thèse sont présentés. Le chapitre II décrit la synthèse des nanoparticules en PPy par polymérisation en emulsion en utilisant le réactif de Fenton comme oxydant. Ces nanoparticules présentent une morphologie polygonale creuse, avec une épaisseur approximative de 50 nm et un diamètre de 400-500 nm. Les caractéristiques cristallines de ces nanoparticules ont été démontrées. Un mécanisme plausible de synthèse est proposé. Le chapitre III rapporte la bioactivation des particules en PPy en utilisant F héparine (HE) comme dopant, la préparation d'une membrane conductrice biodégradable, et la culture de fibroblastes sur ces membranes. Le dopage avec HE améliore la stabilité électrique de la membrane conductrice et augmente l'adhésion et la prolifération de cellules. Le chapitre IV démontre que la SE induite par la membrane conductrice peut moduler l'activité des ostéoblastes et accélérer la formation osseuse. Un champ électrique optimal de 200 mV/mm avec une durée de stimulation entre 2 et 8 h a favorisé la prolifération des ostéoblastes et augmenté l'expression et la production de ses marqueurs spécifiques de maturation (ALP) et de minéralisation (CO). Le chapitre V présente une discussion générale, le sommaire des conclusions et les perspectives de recherche pour le futur. L'implication de ces travaux en génie tissulaire et en santé humaine est également abordée.

Monoclonal antibodies (MAbs) have an expanding market for use in diagnostic and therapeutic applications. Industrial production of these biopharmaceuticals is usually achieved based on fed-batch cultures of mammalian cells in bioreactors (Chinese hamster ovary (CHO) and Hybridoma cells), which can express different kinds of recombinant proteins. In order to reach high cell densities in these bioreactors, it is necessary to carry out an optimization of their production processes. Hence, macroscopic model equations must be developed to describe cell growth, nutrient consumption and product generation. These models will be very useful for designing the bioprocess, for developing robust controllers and for optimizing its productivity.<p>This thesis presents a new kinetic model of hybridoma cell metabolism in fed batch culture and typical illustration of a systematic methodology for mathematical modelling, parameter estimation and model-based optimization and state estimation of bioprocesses. <p>In the first part, a macroscopic model that takes into account phenomena of overflow metabolism within glycolysis and glutaminolysis is proposed to simulate hybridoma HB-58 cell cultures. The model of central carbon metabolism is reduced to a set of macroscopic reactions. The macroscopic model describes three metabolism states: respiratory metabolism, overflow metabolism and critical metabolism. The model parameters and confidence intervals are obtained via a nonlinear least squares identification. It is validated with experimental data of fed-batch hybridoma cultures and successfully predicts the dynamics of cell growth and death, substrate consumption (glutamine and glucose) and metabolites production (lactate and ammonia). Based on a sensitivity analysis of the model outputs with respect to the parameters, a model reduction is proposed. <p>In the next step, the effort is directed to the maximization of biomass productivity in fed-batch cultures of hybridoma cells based on the overflow metabolism model. Optimal feeding rate, on the one hand, for a single feed stream containing both glucose and glutamine and, on the other hand, for two separate feed streams of glucose and glutamine are determined using a Nelder-Mead simplex optimization algorithm. Two different objective functions (performance criteria) are considered for optimization; the first criterion to be maximized is the biomass productivity obtained at the end of the fed-batch culture, the second criterion to be minimized is the difference between global substrate consumption and the maximum respiratory capacity.<p>The optimal multi exponential feed rate trajectory improves the biomass productivity by 10% as compared to the optimal single exponential feed rate. Moreover, this result is validated by the one obtained with the analytical approach in which glucose and glutamine are fed to the culture so as to control the hybridoma cells at the critical metabolism state, which allows maximizing the biomass productivity. The robustness analysis of optimal feeding profiles obtained with different optimization strategies is considered, first, with respect to parameter uncertainties and, finally, with respect to model structure errors.<p>Finally, the overflow metabolism model is used to develop an extended Kalman filter for online estimation of glucose and glutamine in hybridoma cell fed-batch cultures based on the considered available measurements (biomasses (on-line), lactate and ammonia (on-line or off-line)). The observability conditions are examined, and the performances are analysed with simulations of hybridoma cell fed-batch cultures. Glutamine estimation sensitivity is enforced by minimizing a cost function combining a usual least-squares criterion with a state estimation sensitivity criterion. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Living cells and their components play a key role within biotechnology industry. Cell cultures and their products of interest are used for the design of vaccines as well as in the agro-alimentary field. In order to ensure optimal working of such bioprocesses, the understanding of the complex mechanisms which rule them is fundamental. Mathematical models may be helpful to grasp the biological phenomena which intervene in a bioprocess. Moreover, they allow prediction of system behaviour and are frequently used within engineering tools to ensure, for instance, product quality and reproducibility.<p> <p>Mathematical models of cell cultures may come in various shapes and be phrased with varying degrees of mathematical formalism. Typically, three main model classes are available to describe the nonlinear dynamic behaviour of such biological systems. They consist of macroscopic models which only describe the main phenomena appearing in a culture. Indeed, a high model complexity may lead to long numerical computation time incompatible with engineering tools like software sensors or controllers. The first model class is composed of the first principles or white box models. They consist of the system of mass balances for the main species (biomass, substrates, and products of interest) involved in a reaction scheme, i.e. a set of irreversible reactions which represent the main biological phenomena occurring in the considered culture. Whereas transport phenomena inside and outside the cell culture are often well known, the reaction scheme and associated kinetics are usually a priori unknown, and require special care for their modelling and identification. The second kind of commonly used models belongs to black box modelling. Black boxes consider the system to be modelled in terms of its input and output characteristics. They consist of mathematical function combinations which do not allow any physical interpretation. They are usually used when no a priori information about the system is available. Finally, hybrid or grey box modelling combines the principles of white and black box models. Typically, a hybrid model uses the available prior knowledge while the reaction scheme and/or the kinetics are replaced by a black box, an Artificial Neural Network for instance.<p><p>Among these numerous models, which one has to be used to obtain the best possible representation of a bioprocess? We attempt to answer this question in the first part of this work. On the basis of two simulated bioprocesses and a real experimental one, two model kinds are analysed. First principles models whose reaction scheme and kinetics can be determined thanks to systematic procedures are compared with hybrid model structures where neural networks are used to describe the kinetics or the whole reaction term (i.e. kinetics and reaction scheme). The most common artificial neural networks, the MultiLayer Perceptron and the Radial Basis Function network, are tested. In this work, pure black box modelling is however not considered. Indeed, numerous papers already compare different neural networks with hybrid models. The results of these previous studies converge to the same conclusion: hybrid models, which combine the available prior knowledge with the neural network nonlinear mapping capabilities, provide better results.<p><p>From this model comparison and the fact that a physical kinetic model structure may be viewed as a combination of basis functions such as a neural network, kinetic model structures allowing biological interpretation should be preferred. This is why the second part of this work is dedicated to the improvement of the general kinetic model structure used in the previous study. Indeed, in spite of its good performance (largely due to the associated systematic identification procedure), this kinetic model which represents activation and/or inhibition effects by every culture component suffers from some limitations: it does not explicitely address saturation by a culture component. The structure models this kind of behaviour by an inhibition which compensates a strong activation. Note that the generalization of this kinetic model is a challenging task as physical interpretation has to be improved while a systematic identification procedure has to be maintained.<p><p>The last part of this work is devoted to another kind of biological systems: proteins. Such macromolecules, which are essential parts of all living organisms and consist of combinations of only 20 different basis molecules called amino acids, are currently used in the industrial world. In order to allow their functioning in non-physiological conditions, industrials are open to modify protein amino acid sequence. However, substitutions of an amino acid by another involve thermodynamic stability changes which may lead to the loss of the biological protein functionality. Among several theoretical methods predicting stability changes caused by mutations, the PoPMuSiC (Prediction Of Proteins Mutations Stability Changes) program has been developed within the Genomic and Structural Bioinformatics Group of the Université Libre de Bruxelles. This software allows to predict, in silico, changes in thermodynamic stability of a given protein under all possible single-site mutations, either in the whole sequence or in a region specified by the user. However, PoPMuSiC suffers from limitations and should be improved thanks to recently developed techniques of protein stability evaluation like the statistical mean force potentials of Dehouck et al. (2006). Our work proposes to enhance the performances of PoPMuSiC by the combination of the new energy functions of Dehouck et al. (2006) and the well known artificial neural networks, MultiLayer Perceptron or Radial Basis Function network. This time, we attempt to obtain models physically interpretable thanks to an appropriate use of the neural networks.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished