Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le sepsis sévère est un problème majeur de santé publique mondiale. Sa mortalité élevée résulte d’une réponse dérégulée de l’hôte au sepsis, associant hyper inflammation et immunodépression. Le choc septique est la forme la plus grave du sepsis, impliquant une défaillance cardiovasculaire à laquelle peuvent se surajouter d’autres défaillances d’organes. Le foie, organe majeur impliqué dans la défense et la réponse au stress induit par la septicémie peut être victime de cette réponse inflammatoire exagérée. Une dysfonction hépatocellulaire (DHC) peut survenir et évoluer jusqu’à la défaillance d’organe. Dans ce cas, l’existence d’une insuffisance hépatique est associée à un mauvais pronostic dans le choc septique à court terme. A partir d’une grande cohorte prospective de patients en choc septique, nous avons montré dans ce travail que cette DHC était associée à une surmortalité à long terme. Malgré, une meilleure connaissance de la physiopathologie du sepsis et en particulier des altérations du foie, l’impact des thérapeutiques utilisées au cours du choc septique, telles que les catécholamines (adrénaline, noradrénaline), reste indéterminé. Les travaux préliminaires de notre équipe avaient permis de montrer l’effet pro-inflammatoire de l’adrénaline sur un modèle de culture hépatocytaire. Dans ce travail, nous avons cherché à évaluer l’influence des cellules de Küpffer acteur de l’environnement péri-hépatocytaire. Pour cela nous avons utilisé un modèle de co-culture d’hépatocytes (HepaRG) et de macrophages (THP1 différenciés par PMA), stimulé par le lipopolysaccharide (LPS) et/ou l’adrénaline. L’analyse de la réponse d’expression génique et de production de cytokines a permis d’identifier l’adrénaline comme facteur capable de modifier la réponse immune vers un état pro-inflammatoire même en présence d’un mécanisme anti-inflammatoire développé par les macrophages, indiquant ainsi un rôle potentiellement délétère de l’adrénaline sur les mécanismes de défenses du foie. / Severe sepsis is a major health problem. Its high mortality rate over the world is the result of a dysregulated host response to sepsis including an exaggerated inflammation response and immune suppression. Septic shock is the most severe expression of sepsis, including cardiovascular failure and other organ failure. The liver, a major organ involved in the defense and stress response induced by sepsis may also be a victim of this inflammatory response to infection. A hepatocellular dysfunction (HCD) can develop and evolve to the organ failure. In this case, the liver failure is associated with poor prognosis in septic shock in the early course of sepsis. Here, we have shown in a large prospective cohort of patients with septic shock that the HCD was associated with long-term mortality. Despite a better understanding of the pathophysiology of sepsis, especially liver changes, the impact of treatment used during septic shock, such as catecholamines (epinephrine, norepinephrine), remains unknown. The preliminary work of our team had demonstrated the proinflammatory effect of adrenaline on a hepatocyte culture model. In this work, we studied the influence of hepatocyte environment especially Küpffer cells. Thus, we used a co-culture model including hepatocytes (HepaRG) and macrophages (differentiated THP1 PMA) stimulated by lipopolysaccharide (LPS) and / or adrenaline. The gene expression and the cytokine profile analysis allowed to identify adrenaline as a factor able to shift the immune response to a proinflammatory state even if macrophages developed an anti-inflammatory response, indicating a deleterious effect of adrenaline on liver defense mechanisms.

L’épithélium intestinal, siège de l’absorption des (micro)-nutriments est aussi le premier système de défense de l’organisme. Un déséquilibre dans l’homéostasie peut être à l’origine d’une réaction inflammatoire associée à des défauts de la barrière intestinale et de la fonction immunitaire, ainsi qu’une malabsorption des nutriments, comme rencontré dans les MICI (Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin), dans les stratégies de fortification en micronutriments et les pathologies non transmissibles (obésité). Il est donc important de trouver des moyens d’action, via l’alimentation par exemple, pour prévenir ou au minima réduire, les conséquences nutritionnelles et pathologiques de l’inflammation intestinale, et de comprendre les mécanismes impliqués. Parmi les modèles d’études de l’intestin, les modèles in vitro de culture cellulaire sont de plus en plus utilisés et permettent d'évaluer les mécanismes moléculaires d'une manière simple et reproductible et de réduire l'expérimentation animale.Dans ce contexte et dans le but d’étudier l’interaction de composés bioactifs de l’alimentation avec l’intestin en état d’inflammation, le premier objectif de ce travail de thèse a été la mise au point d’un modèle in vitro d’intestin enflammé associant en co-culture deux lignées intestinales humaines : les Caco-2 TC7 (entérocytes) et HT29-MTX (cellules caliciformes) et une lignée immunitaire de macrophages (THP1). Plusieurs marqueurs d’inflammation ont été évalués et nous avons pu montrer que le modèle de tri-culture répondait à un stimulus inflammatoire (LPS/IFNγ), par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL6 et IL8) et d’enzymes (INOS et COX2) ainsi que l’expression de leurs gènes. Par ailleurs, une augmentation de la perméabilité épithéliale via une altération des jonctions serrées (TJs) a également pu être mise en évidence ainsi qu’une surproduction de mucus, lesquels sont des caractéristiques reconnus d’inflammation.Le deuxième objectif était d’étudier l’interaction de la β-cryptoxanthine (BCX), caroténoïde des agrumes, lipophile et anti-oxydant, avec le modèle enflammé. Nous avons utilisé pour solubiliser la BCX deux types de micelles (artificielles et physiologiques) et étudié les marqueurs d’inflammation. Bien qu’il semble d’après les résultats préliminaires que les micelles de BCX montrent une tendance à diminuer la production de certaines cytokines (IL6 et IL8), le rôle des constituants des micelles (Tween 40 ou sels biliaires/phospholipides) dans ce phénomène observé et dans la perméabilité épithéliale reste à clarifier par la suite. / The intestinal epithelium, main place of the absorption of (micro)-nutrients is also the first body's defense system. An imbalance in homeostasis can lead to an inflammatory reaction associated with defects in the intestinal barrier and immune function as well as malabsorption of nutrients, as seen in IBD (Inflammatory Bowel Diseases), in micronutrient fortification strategies and noncommunicable diseases (obesity). It is therefore important to find ways of action, for example through diet, to prevent or at least reduce the nutritional and pathological consequences of intestinal inflammation, and to understand the mechanisms involved. Among intestinal models, in vitro cell culture models are increasingly used and allow to evaluate the molecular mechanisms in a simple and reproducible way and to reduce animal experimentation.In this context and in order to study the interaction of dietary bioactive compounds with the intestine in state of inflammation, the first objective of this work was the development of an in vitro model of inflamed intestine combining in co-culture two human intestinal cell lines: Caco-2 TC7 (enterocytes) and HT29-MTX (goblet cells) and an immune cell line of macrophages (THP1). Several inflammation markers were evaluated and we were able to show that the tri-culture model responded to an inflammatory stimulus (LPS / IFNγ), by increasing the production of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL6 and IL8) and enzymes (INOS and COX2) as well as the expression of their genes. In addition, an increase of epithelial permeability via tight junctions (TJs) alteration has also been demonstrated, as well as overproduction of mucus, which are recognized inflammation characteristics.The second objective was to study the interaction of β-cryptoxanthin (BCX), a lipophilic and antioxidant carotenoid of citrus, with the inflamed model. To solubilize BCX, we used two types of micelles (artificial and physiological) and studied markers of inflammation. Although it appears from the preliminary results that BCX micelles show a tendency to decrease the production of some cytokines (IL6 and IL8), the role of micelle constituents (Tween 40 or bile salts / phospholipids) in the phenomenon observed and in the epithelial permeability remains to be therefore clarified.

Introduction : La fécondation in vitro est de mieux en mieux connue et en amélioration constante, cependant les taux d’implantation et de grossesse sont encore bas (environ 35% par fécondation in vitro). Un des enjeux de l’amélioration de la fécondation in vitro est le développement embryonnaire et l’implantation. Pour cela, la co-culture des embryons sur un tapis de cellules endométriales maternelles autologues peut être utilisée pour améliorer le développement embryonnaire (taux d’embryon se développant jusqu’à J5 : blastocyste) et l’implantation. L’objectif de l’étude est d’étudier le lien entre la qualité du tapis cellulaire et le développement embryonnaire. Matériel et méthodes : Cette étude est une sous analyse de l’essai clinique randomisé en double aveugle OvoGen, comparant le taux de blastulation et de grossesse dans deux groupes randomisés : le groupe étude, dans lequel les embryons se développent sur un tapis cellulaire endométrial maternel et le groupe contrôle, dans lequel les embryons sont cultivés dans du milieu conventionnel. Nous avons analysé la qualité des tapis cellulaire du groupe étude (confluence des cellules, taux de cellules épithéliales et vitalité des cellules stromales) par rapport au développement embryonnaire et au taux de grossesse. Résultats : 50 tapis de cellules endométriales maternelles et 291 embryons sur les puits ont été analysés de 2012 à 2015 à la clinique ovo (Montréal, Québec). La qualité des embryons n’était pas changée par la qualité des tapis (p=0,65 pour la confluence, p=0,25 pour le taux de glande et p=0,92 pour la viabilité des cellules). En revanche, le taux de grossesse augmentait quand la confluence diminuait (p=0,022) et lorsque la viabilité des cellules stromales augmentait (p=0,001). De plus, la qualité des tapis était dépendante de la date de la biopsie : la biopsie faite à J7 après l’ovulation permettait une meilleure qualité de puits (confluence augmentée, p=0,045, taux de glande augmenté p=0,004 et viabilité stromales augmentée p=0,001) que la biopsie faite à J5 post ovulation. Discussion : Aucune des nombreuses études sur la co-culture ne porte sur la qualité des tapis cellulaire. Il est intéressant de noter que le taux de grossesse augmente avec la diminution de la confluence et l’augmentation de la viabilité des cellules stromales dans les puits contenant les embryons transférés. Comme il a déjà été démontré, (1)le jour de la biopsie endométriale influe sur la qualité du tapis cellulaire en coculture et pour que celui-ci soit de bonne qualité, il faut que l’endomètre soit réceptif (après J19 du cycle). Conclusion : Nous avons montré que la qualité des tapis cellulaires dépendait du jour de la biopsie d’endomètre et que cette qualité pouvait influencer le bénéfice de la co-culture. Il serait intéressant d’étudier la réceptivité de l’endomètre au moment de la biopsie avant utilisation des cellules en co-culture pour optimiser la qualité du tapis cellulaire. / Introduction: Lot's of progress has been made in the process of in vitro fertilization (IVF) in the last years. However, the pregnancy rate is still low. There are two important issues in IVF: embryo development and implantation. One answer may be the endometrial autologue co-culture which could improve the embryo development and the implantation rate in many ways. The aim of this study is to assess the effect of co-culture quality on human embryo development and implantation rate. Materials and methods: The ovogen study was a randomized, double blind trial analysis. OvoGen compared the blastulation and the pregnancy rate in two randomized groups: the study group, with autologous endometrial co-culture and the control group, with conventional media. The outcome of our study was to assess the correlation between the quality of autologous endometrial co-culture (cells confluence, rate of epithelials cells and stromals cells viability) and the embryo development. Results: FIfty patients in the co-culture group were analyzed between 2012 to 2015 at the ovo clinic (Montreal, Quebec). 291 embryos were analyzed, each cocultured on a monolayer endometrial cells. The embryo quality was not significantly linked with the co-culture quality (p=0,65 for the cells confluence, 0,25 for the epithelial cells rate and 0,92 for the stromal cells viability). On the other hand, the 11 pregnancy rate increased in correlation with the decreasing of the confluence (p=0,022) and the increase of stromal cells (p=0,001). Moreover, the moment of the biopsy had an effect on the co-culture: when the biopsy was performed seven days after the ovulation, the quality of the co-culture was better (confluence increased p=0,045, epithelials cells increased p= 0,004 and stromal cells viability increased p=0,001) than when the biopsy was done five days after the ovulation. Discussion: There were no previous study on the quality of the co-culture and its effect on the embryo development. The fact that the pregnancy rate increased with the decrease of the confluence in the co-culture is interesting. Indeed, we could easily explain why a huge confluence could be prejudicial for the dialog between embryo and endometrium. Moreover, in accordance with previous experience, the day of the biopsy in the cycle is important for the quality of the endometrium. This is why the day of the biopsy may have an effect on the co-culture quality. Conclusion: Our results show that the moment of the biopsy has an effect on the quality of the co-culture and that the quality of the co-culture has an effect on the pregnancy rate. It could be interesting to study the endometrium receptivity on the biopsy before the co-culture to optimize the quality and the benefit of the co-culture.

Cette thèse est consacrée à l’étude d’une classe d’équations de réaction-diffusion avec advection non-locale. La motivation vient du mouvement cellulaire avec le phénomène de ségrégation observé dans des expérimentations de co-culture cellulaire. La première partie de la thèse développe principalement le cadre théorique de notre modèle, à savoir le caractère bien posé du problème et le comportement asymptotique des solutions dans les cas d'une ou plusieurs espèces.Dans le Chapitre 1, nous montrons qu'une équation scalaire avec un noyau non-local ayant la forme d'une fonction étagée, peut induire des bifurcations de Turing et de Turing-Hopf avec le nombre d’ondes dominant aussi grand que souhaité. Nous montrons que les propriétés de bifurcation de l'état stable homogène sont intimement liées aux coefficients de Fourier du noyau non-local.Dans le Chapitre 2, nous étudions un modèle d'advection non-local à deux espèces avec inhibition de contact lorsque la viscosité est égale à zéro. En employant la notion de solution intégrée le long des caractéristiques, nous pouvons rigoureusement démontrer le caractère bien posé du problème ainsi que la propriété de ségrégation d'un tel système. Par ailleurs, dans le cadre de la théorie des mesures de Young, nous étudions le comportement asymptotique des solutions. D'un point de vue numérique, nous constatons que sous l'effet de la ségrégation, le modèle d'advection non-locale admet un principe d'exclusion.Dans le dernier Chapitre de la thèse, nous nous intéressons à l'application de nos modèles aux expérimentations de co-culture cellulaire. Pour cela, nous choisissons un modèle hyperbolique de Keller-Segel sur un domaine borné. En utilisant les données expérimentales, nous simulons un processus de croissance cellulaire durant 6 jours dans une boîte de pétri circulaire et nous discutons de l’impact de la propriété de ségrégation et des distributions initiales sur les proportions de la population finale. / This thesis is devoted to the study for a class of reaction-diffusion equations with nonlocal advection. The motivation comes from the cell movement with segregation phenomenon observed in cell co-culture experiments. The first part of the thesis mainly develops the theoretical framework of our model, namely the well-posedness and asymptotic behavior of solutions in both single-species and multi-species cases.In Chapter 1, we show a single scalar equation with a step function kernel may display Turing and Turing-Hopf bifurcations with the dominant wavenumber as large as we want. We find the bifurcation properties of the homogeneous steady state is closed related to the Fourier coefficients of the nonlocal kernel.In Chapter 2, we study a two-species nonlocal advection model with contact inhibition when the viscosity equals zero. By employing the notion of the solution integrated along the characteristics, we rigorously prove the well-posedness and segregation property of such a hyperbolic nonlocal advection system. Besides, under the framework of Young measure theory, we investigate the asymptotic behavior of solutions. From a numerical perspective, we find that under the effect of segregation, the nonlocal advection model admits a competitive exclusion principle.In the last Chapter, we are interested in applying our models to a cell co-culturing experiment. To that aim, we choose a hyperbolic Keller-Segel model on a bounded domain. By utilizing the experimental data, we simulate a 6-day process of cell growth in a circular petri dish and discuss the impact of both the segregation property and initial distributions on the finial population proportions.

Les patients mucoviscidosiques sont prédisposés à une colonisation chronique de l’arbre bronchique par P. aeruginosa. Ce pathogène opportuniste se caractérise par sa capacité à adhérer à une surface et à y former un biofilm protecteur, hautement tolérant aux agents antimicrobiens. En routine, les antibiogrammes sont effectués sur des cultures bactériennes planctoniques. L’efficacité des antibiothérapies ainsi sélectionnées est donc peu probante pour l’éradication des biofilms bactériens. La réalisation d’Antibiofilmogrammes® sur des isolats cliniques mucoviscidosiques (nouvel outil évaluant la sensibilité des bactéries sessiles aux antibiotiques) a permis de mettre en évidence des phénomènes d’inhibition et d’induction de la formation du biofilm. Plus précisément, les aminosides sont capables de retarder l’adhérence bactérienne. À l’inverse, la famille des β-lactamines présente la capacité de stimuler l’adhésion précoce des micro-organismes. Ces différents effets de l’antibiothérapie générale sur le comportement microbien se vérifient par l’intermédiaire de techniques conventionnelles in vitro (Cristal Violet, traitement enzymatique à la DNase I) et cellulaires (modèle de co-culture statique cellules eucaryotes/bactéries). La pertinence clinique de l’Antibiofilmogramme® se confirme donc par sa capacité à détecter l’initiation précoce de l’adhésion bactérienne, à sélectionner les molécules l’inhibant et à écarter celles pouvant l’induire. Associée aux antibiogrammes traditionnels, son application peu permettre d’affiner les stratégies thérapeutiques pour le traitement des infections pulmonaires chroniques développées au cours de la mucoviscidose. / Cystic fibrosis (CF) patients are predisposed to chronic colonisation of the upper airways by P. aeruginosa. This opportunist pathogen is characterized by its ability to adhere to a surface and to form a protective biofilm, which is highly tolerant to antimicrobials. In routine, antibiograms are realised on planktonic bacterial cultures. The efficacy of the corresponding antimicrobial therapies appears low for the eradication of bacterial biofilms. The realisation of Antibiofilmograms® on CF clinical isolates (a new tool investigating the susceptibility of sessile bacteria to antibiotics) highlighted phenomena of biofilm formation inhibition and induction. More precisely, aminoglycosides are able to delay the bacterial adherence. Conversely, the β-lactam family shows the ability to stimulate the early adhesion of microorganisms. These different effects of antimicrobials on the bacterial behaviour are confirmed with more conventional in vitro methods (Crystal Violet, enzymatic treatment with DNase I) and a cell model (static co-culture of eukaryotic cells and bacteria). The clinical relevance of the Antibiofilmogram® is reinforced by its ability to detect the initiation of the early bacterial adhesion, to select inhibitor molecules and to avoid the inducer ones. Associated to traditional antibiograms, its application should be pertinent to optimise the CF therapies for the treatment of chronic lung infections.