Th.--Méd.--Nancy 1, 1984. N°: 307.

Depuis les observations du Professeur Trousseau en 1865, le lien entre la progression tumorale et les désordres thrombotiques a été établi. Les patients atteints de cancer sont plus à risque de développer des coagulopathies dues au caractère pro-coagulant des cellules tumorales. Celles-ci induisent une hypercoagulation afin de synthétiser une matrice de fibrine qui servira de support pour la croissance tumorale. Suite à sa stabilisation matricielle, la tumeur sécrète plusieurs agents angiogéniques afin d'induire sa propre vascularisation. La suractivation du système de coagulation contribue alors à la croissance et à l'angiogenèse tumorale et le maillon commun semble être le facteur tissulaire. Cette glycoprotéine transmembranaire est exprimée de manière ubiquitaire dans les tissus subendothéliaux. Son rôle est d'initier la coagulation extrinsèque; lorsque l'intégrité vasculaire est atteinte, le facteur tissulaire est exposé au flux sanguin qui contient son ligand naturel, le facteur VIl. Ces derniers s'associent et le complexe pro-coagulant formé active la thrombine qui convertit le fibrinogène soluble en caillot de fibrine insoluble qui se loge au niveau de la blessure afin de rétablir l'hémostase. Le facteur tissulaire est également impliqué dans la vascularisation embryonnaire car selon certaines études, une délétion totale du gène entraîne une mort in utéro de l'embryon directement causé par un déficit de vascularisation. À l'inverse, sa surexpression entraîne un phénotype pathogénique tel qu'observé chez plusieurs lignées tumorales. Les objectifs de cette étude ont été d'évaluer l'effet de la surexpression du facteur tissulaire sur les propriétés angiogéniques des cellules endothéliales de l'aorte bovine ainsi que de caractériser la capacité du complexe pro-coagulant à induire la migration des cellules épithéliales issues de carcinome rénal humain. Les résultats indiquent que la surexpression endothéliale du facteur tissulaire induit la migration et la formation de structures de type capillaire de manière dépendante et indépendante des mécanismes de l'hémostase. De plus, le complexe pro-coagulant induit la migration des cellules épithéliales métastatiques de carcinome rénal mais non de leur contrepartie non-métastasique qui est caractérisée par une plus haute expression du facteur tissulaire. Finalement, les cellules épithéliales métastatiques et non-métastatiques induisent des différents profils d'activation de la protéine extracellular signal regulated kinase qui régule plusieurs processus cellulaires dont la migration. Ces résultats indiquent alors que le facteur tissulaire est impliqué dans l'angiogenèse et dans la progression tumorale selon des mécanismes qui impliquent ou non l'activité du complexe pro-coagulant. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Facteur tissulaire, Complexe pro-coagulant, Angiogenèse, Cellules endothéliales tumorales, Coagulopathies et cellules épithéliales de carcinome rénal.

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

Les héparines regroupant les héparines standards (HNF), les héparines de bas poids moléculaire(HBPM), et le fondaparinux, sont des médicaments anticoagulants. Ils potentialisent l’antithrombine (AT) : un inhibiteur physiologique de la coagulation. Leur utilisation en thérapeutique est associée à un risque hémorragique majeur. Actuellement, le sulfate de protamine est le seul antidote disponible vis-à-vis des HNF. Il est partiellement efficace vis-à-vis des HBPM, et n’a aucun effet contre le fondaparinux, qui n’a pas d’antidote jusqu’à présent. C’est dans ce contexte que nous proposons des AT modifiées inactives, mais capables de se lier aux molécules d’héparines. Ces AT déplaceraient les molécules d’héparines de l’AT plasmatique, et neutraliseraient leur effet anticoagulant. Pour produire de telles AT, nous avons choisi une approche recombinante et une approche chimique. Dans la première approche, nous avons exprimé le variant AT-N135Q-Pro394. Ce variant possède une activité anti-Xa ou anti-IIa inférieure à 0,02% en présence de dérivés hépariniques, et une affinité à l’héparine 3 fois meilleure, comparée à l’AT plasmatique. En revanche, dans l’approche chimique, nous avons modifié l’AT plasmatique par la 2,3-butanedione (AT-BD), un réactif chimique de caractérisation des arginines. Contrairement au variant, cette AT-BD a une perte d’activité anticoagulante modérée, puis une affinité à l’héparine 20 fois meilleure, comparée à l’AT plasmatique. Malgré ces différences de propriétés biochimiques, ces 2 AT modifiées neutralisent d’une façon similaire les héparines in vitro et sur un modèle murin. Par ailleurs, à l’inverse du sulfate de protamine, nos antidotes n’ont pas d’activité anticoagulante propre sur un test de céphaline activée. Ainsi, ce travail de thèse a permis non seulement de proposer les premiers et les seuls antidotes spécifiques au fondaparinux décrits, mais aussi des antidotes alternatifs pour tous les anticoagulants hépariniques. / Unfractionnated heparin (UFH), low molecular weight heparins (LMWH), and fondaparinux are used therapeutically as anticoagulants. They potentiate antithrombin (AT): a physiological inhibitor of coagulation. Their therapeutic use is associated with a major risk of bleeding. Currently, protamine sulfate is the only antidote available for UFH. It is partially effective for LMWH, and has no effect against fondaparinux, which has no antidote. So, we propose modified inactive AT, but able to bind heparin molecules as antidote of these heparins. These molecules would compete with plasmatic AT for binding to heparins, and neutralize their anticoagulant effect. To produce that AT, we realized a genetic approach and a chemical approach. In the first approach, we expressed the variant AT-N135Q-Pro394 that had an anti-Xa or anti-IIa activity below 0.02% in the presence of heparins, and heparin affinity three times higher, compared to the plasmatic AT. In the chemical approach, we modified the plasmatic AT by 2,3-butanedione (AT-BD), a chemical reagent for arginin’s characterization. The AT-BD had a moderate loss of anticoagulant activity, and a heparin affinity 20 times higher, compared to the plasmatic AT. Despite these differences in biochemical properties, these two modified AT neutralize similarly heparins in vitro and in a mouse model. Moreover, unlike protamine sulfate, our antidotes had not an intrinsic anticoagulant effect in activated partial thromboplastin test. Thus, this PhD-work offers the first and the only specific antidote described to fondaparinux, and it can be used too alternatively for all anticoagulant heparins.

Lipopolysaccharides (LPS) représentent le composant principal de la membrane externe des bactéries Gram-négatives. Étant libérés dans le flux sanguin, les LPS induisent une forte réponse immunitaire accompagnée d'une coagulation intensifiée du sang activée à la fois par l'endommagement de la paroi vasculaire et par l'activation de la voie de contact. Dans cette thèse, nous développons des modèles théoriques pour élucider les détails de la coagulation sanguine induite par les molécules LPS. Dans les deux premiers chapitres, nous décrivons l'état de l'art du problème et les méthodes utilisées. Le troisième chapitre est consacré à l'analyse des modèles mathématiques de la coagulation sanguine. Nous déterminons les conditions de l'existence de solutions en ondes progressives dans le modèle de la croissance du caillot, estimons la vitesse de leur propagation et démontrons l'existence de la solution en forme de pulse déterminante la valeur critique de la condition initiale qui assure le processus de coagulation. Ensuite, nous étudions le modèle de la formation de caillot dans l'écoulement sanguin et déterminons la taille critique de la zone endommagée conduisante à l'occlusion complète du vaisseau par le caillot. Enfin, nous développons et analysons le modèle de l'activation du système de contact par les agrégats des LPS. Dans le quatrième chapitre, nous modélisons la structure supramoléculaire des LPS, qui a un impact crucial sur leur activité biologique. Nous développons des modèles de la dynamique moléculaire des LPS, de leurs agrégats et des membranes des compositions variées, et analysons le comportement conformationnel des LPS en fonction de leur environnement / The outer membrane of the Gram-negative bacteria cell wall is composed of lipopolysaccharide (LPS) molecules. Being released to the blood flow during sepsis, LPS induce strong immune response accompanied by pathological blood clotting. Blood coagulation is activated both due to the vessel wall damage, and the activation of the contact pathway. The details of the mechanisms involved remain obscure despite the extensive experimental studies. In the present work we develop theoretical models of the different time and space scales to elucidate the details of the LPS-induced blood coagulation during the Gram-negative sepsis. In the first two chapters we provide the state of the art of the problem and describe the methods we use. The third chapter is devoted to the analysis of the mathematical models of blood coagulation. We determine the conditions of the existence of the traveling wave solutions in the model of the self-sustained clot growth, estimate the speed of their propagation and demonstrate existence of the pulse solution determining the critical value of the initial condition. Then, we consider the model of blood coagulation under flow conditions and determine the critical size of the damaged zone leading to the complete vessel occlusion by the clot. Finally, we develop and analyze the model of the contact system activation by the LPS aggregates. In the fourth chapter we model the LPS supramolecular structure, which has crucial impact on the LPS biological activity. We develop molecular dynamics models of the LPS molecules, their aggregates and LPS-containing membranes of different composition and analyze LPS conformational behavior in different environment

Les héparines regroupant les héparines standards (HNF), les héparines de bas poids moléculaire(HBPM), et le fondaparinux, sont des médicaments anticoagulants. Ils potentialisent l'antithrombine (AT) : un inhibiteur physiologique de la coagulation. Leur utilisation en thérapeutique est associée à un risque hémorragique majeur. Actuellement, le sulfate de protamine est le seul antidote disponible vis-à-vis des HNF. Il est partiellement efficace vis-à-vis des HBPM, et n'a aucun effet contre le fondaparinux, qui n'a pas d'antidote jusqu'à présent. C'est dans ce contexte que nous proposons des AT modifiées inactives, mais capables de se lier aux molécules d'héparines. Ces AT déplaceraient les molécules d'héparines de l'AT plasmatique, et neutraliseraient leur effet anticoagulant. Pour produire de telles AT, nous avons choisi une approche recombinante et une approche chimique. Dans la première approche, nous avons exprimé le variant AT-N135Q-Pro394. Ce variant possède une activité anti-Xa ou anti-IIa inférieure à 0,02% en présence de dérivés hépariniques, et une affinité à l'héparine 3 fois meilleure, comparée à l'AT plasmatique. En revanche, dans l'approche chimique, nous avons modifié l'AT plasmatique par la 2,3-butanedione (AT-BD), un réactif chimique de caractérisation des arginines. Contrairement au variant, cette AT-BD a une perte d'activité anticoagulante modérée, puis une affinité à l'héparine 20 fois meilleure, comparée à l'AT plasmatique. Malgré ces différences de propriétés biochimiques, ces 2 AT modifiées neutralisent d'une façon similaire les héparines in vitro et sur un modèle murin. Par ailleurs, à l'inverse du sulfate de protamine, nos antidotes n'ont pas d'activité anticoagulante propre sur un test de céphaline activée. Ainsi, ce travail de thèse a permis non seulement de proposer les premiers et les seuls antidotes spécifiques au fondaparinux décrits, mais aussi des antidotes alternatifs pour tous les anticoagulants hépariniques.

L'agression pulmonaire aiguë et le SDRA sont caractérisés par une augmentation de la perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire à l'origine de l'exsudation d'un liquide d'oedème riche en protéines conduisant à une altération sévère des échanges gazeux. En dépit des progrès réalisés ces dernières années dans la prise en charge des patients, la mortalité demeure élevée (30-40%). L'agression pulmonaire aiguë est marquée par un état procoagulant et antifibrinolyique à l'origine de dépôts de fibrine et de membranes hyalines dans le poumon distal. La protéine C activée est un important régulateur de la coagulation et exerce des propriétés anti-inflammatoires pulmonaires. Ainsi, dans un premier temps, notre travail a consisté à caractériser l'équilibre pulmonaire au cours de l'administration de protéine C activée in vivo sur un modèle murin de pneumopathie aiguë à P. aeruginosa (Pa). Nos résultats ont montré que l'administration de PCa à la phase précoce de l'agression pulmonaire aiguë induite par Pa tendait à augmenter la formation de l'oedème pulmonaire avec une perte de la compartimentalisation de la réponse inflammatoire. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l'équilibre hydrique pulmonaire dépendant du tonus β-adrénergique endogène au cours de la pneumonie aiguë à E. coli. L'inhibition du tonus β-adrénergique endogène induisait une augmentation de l'oedème pulmonaire en diminuant la résorption de l'oedème alvéolaire et en majorant le trouble de perméabilité vasculaire pulmonaire. Enfin, la stimulation β2-adrénergique exogène diminuait l'oedème pulmonaire au décours de la pneumonie à Pa. Ainsi, des approches pharmacologiques différentes peuvent moduler l'équilibre hydrique pulmonaire au cours des pneumonies aiguës. Les connaissances fondamentales acquises au cours de ce travail de thèse seront directement valorisables par la mise au point de nouvelles stratégies thérapeutiques au cours de l'agression pulmonaire aiguë secondaire à la pneumopathie aiguë

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie. / The venous thromboembolism such as the lower limb deep venous thrombosis (DVT) is a vascular pathology characterized by a blood clot formation that induces partial or total vessel lumen occlusion. Pulmonary embolism is a fatal complication of DVT where the clot detaches from the wall, circulates in the blood flow, and produces an obstruction of pulmonary arterial branches. The combination of clinical prediction rules (signs or symptoms) and blood tests (D-dimer testing) coupled to venous ultrasonography (i.e. compression ultrasonography, color Doppler) allows an accurate diagnosis of first DVT. Nevertheless, such clinical tools present poor results to detect recurrent thrombotic events. Then, in order to guide patients towards optimal therapy, the problem is no more to detect the presence of thrombus, but to evaluate its maturity and its age, which are correlated to their mechanical properties (e.g. elasticity, viscosity). The dynamic elastography (DE) has been recently proposed as a novel non-invasive imaging modality capable to characterize the quantitative mechanical properties of tissues. The DE is based on the analysis of acoustical parameters (i.e. velocity, attenuation, wave pattern) of low frequency (10-7000 Hz) shear waves propagating within the probed medium. Such shear waves generated by external vibration, or remotely using ultrasound beam focalisation (radiation force), were tracked using ultra-fast ultrasound or magnetic resonance imaging. A method based on DE and adapted to mechanical characterization of venous thrombosis may allow the quantification of diseases severity in order to improve the final diagnosis. This thesis presents the works related to the development and complete validation of a novel non-invasive elastography imaging method for the quantitative and reliable estimation of mechanical properties of venous thrombosis. In order to fulfil the main objective, it is first necessary to improve knowledge about mechanical behaviours of blood clot (coagulated blood) subjected to a dynamic solicitation similar to DE. The shear storage (elastic behaviour, G’) and loss (viscous behavior, G’’) moduli of porcine blood clots are measured by DE during the blood coagulation kinetics (at 70 Hz) and after completely coagulation (between 50 Hz and 160 Hz). These results are the first dynamic behaviour measurements of blood clots in such wide frequency range. The subsequent step consists in introducing an innovative reference instrument (« gold standard »), called RheoSpectris, dedicated to measure the hyper-frequency viscoelasticity (between 10 Hz and 1000 Hz) of materials and biomaterials. This tool is indispensable to validate new dynamic elastography techniques. A comparative study between RheoSpectris and classical rheometry is performed to validate the measurements on different materials (silicon, thermoplastic, biomaterials, gel). The excellent agreement between both technologies allows to conclude that RheoSpectris is a reliable instrument for mechanical measurements at high frequencies, which is not always possible with current tools. The theoretical basis of a novel elastographic imaging modality, labelled SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography ») is presented and validated on vascular phantoms. Such approach allows the characterization of mechanical properties of a confined inclusion (e.g. blood clot) from its resonance (displacement amplification) due to the propagation of judiciously oriented shear waves. SWIRE has also the advantage to amplify the vibration amplitude within the heterogeneity to help for its detection and segmentation. Finally, the method DVT-SWIRE ((« Deep venous thrombosis – SWIRE ») is adapted to the quantitative elasticity estimation of venous thrombosis in the context of clinical use. DVT-SWIRE exploits the first resonance frequency measured within the thrombosis during the plane (vibration of rigid plate) or cylindrical (simulating supersonic radiation force generation) shear waves propagation. The technique is applied on DVT phantoms and the results are compared to those given by the RheoSpectris reference instrument. This method is also used successfully in an ex vivo study for the elasticity assessment of explanted porcine thrombosis surgically induced in vivo.

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie. / The venous thromboembolism such as the lower limb deep venous thrombosis (DVT) is a vascular pathology characterized by a blood clot formation that induces partial or total vessel lumen occlusion. Pulmonary embolism is a fatal complication of DVT where the clot detaches from the wall, circulates in the blood flow, and produces an obstruction of pulmonary arterial branches. The combination of clinical prediction rules (signs or symptoms) and blood tests (D-dimer testing) coupled to venous ultrasonography (i.e. compression ultrasonography, color Doppler) allows an accurate diagnosis of first DVT. Nevertheless, such clinical tools present poor results to detect recurrent thrombotic events. Then, in order to guide patients towards optimal therapy, the problem is no more to detect the presence of thrombus, but to evaluate its maturity and its age, which are correlated to their mechanical properties (e.g. elasticity, viscosity). The dynamic elastography (DE) has been recently proposed as a novel non-invasive imaging modality capable to characterize the quantitative mechanical properties of tissues. The DE is based on the analysis of acoustical parameters (i.e. velocity, attenuation, wave pattern) of low frequency (10-7000 Hz) shear waves propagating within the probed medium. Such shear waves generated by external vibration, or remotely using ultrasound beam focalisation (radiation force), were tracked using ultra-fast ultrasound or magnetic resonance imaging. A method based on DE and adapted to mechanical characterization of venous thrombosis may allow the quantification of diseases severity in order to improve the final diagnosis. This thesis presents the works related to the development and complete validation of a novel non-invasive elastography imaging method for the quantitative and reliable estimation of mechanical properties of venous thrombosis. In order to fulfil the main objective, it is first necessary to improve knowledge about mechanical behaviours of blood clot (coagulated blood) subjected to a dynamic solicitation similar to DE. The shear storage (elastic behaviour, G’) and loss (viscous behavior, G’’) moduli of porcine blood clots are measured by DE during the blood coagulation kinetics (at 70 Hz) and after completely coagulation (between 50 Hz and 160 Hz). These results are the first dynamic behaviour measurements of blood clots in such wide frequency range. The subsequent step consists in introducing an innovative reference instrument (« gold standard »), called RheoSpectris, dedicated to measure the hyper-frequency viscoelasticity (between 10 Hz and 1000 Hz) of materials and biomaterials. This tool is indispensable to validate new dynamic elastography techniques. A comparative study between RheoSpectris and classical rheometry is performed to validate the measurements on different materials (silicon, thermoplastic, biomaterials, gel). The excellent agreement between both technologies allows to conclude that RheoSpectris is a reliable instrument for mechanical measurements at high frequencies, which is not always possible with current tools. The theoretical basis of a novel elastographic imaging modality, labelled SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography ») is presented and validated on vascular phantoms. Such approach allows the characterization of mechanical properties of a confined inclusion (e.g. blood clot) from its resonance (displacement amplification) due to the propagation of judiciously oriented shear waves. SWIRE has also the advantage to amplify the vibration amplitude within the heterogeneity to help for its detection and segmentation. Finally, the method DVT-SWIRE ((« Deep venous thrombosis – SWIRE ») is adapted to the quantitative elasticity estimation of venous thrombosis in the context of clinical use. DVT-SWIRE exploits the first resonance frequency measured within the thrombosis during the plane (vibration of rigid plate) or cylindrical (simulating supersonic radiation force generation) shear waves propagation. The technique is applied on DVT phantoms and the results are compared to those given by the RheoSpectris reference instrument. This method is also used successfully in an ex vivo study for the elasticity assessment of explanted porcine thrombosis surgically induced in vivo.

L’angiogénèse tumorale correspond à la formation de nouveaux vaisseaux sanguins afin d’alimenter la tumeur et d’amplifier son développement. Cette étape constitue un facteur pronostique défavorable pour les patients et son inhibition représente un fort intérêt thérapeutique. Parmi les acteurs participant à l’angiogénèse tumorale, on retrouve l’enzyme de dégradation héparanase au sein du microenvironnement tumoral de nombreux cancers. Ces travaux de thèse ont pour objectif de développer des inhibiteurs spécifiques de l’héparanase à partir de polysaccharides sulfatés pour le traitement de l’angiogénèse tumorale. La première partie de ces travaux a été consacrée à l’élaboration de polysaccharides sulfatés de bas poids moléculaires issus de sources animales (Héparine, Chrondroïtine sulfate), algales (Fucoïdanes, Carraghénane-λ-ι-κ) ou bactérienne (Dextran sulfate). Nous avons utilisé pour cela un procédé de dépolymérisation radicalaire assisté par ultrasons, développé en 2013 au laboratoire, que nous avons associé à un procédé de modification chimique appelé glycol-split. Les composés produits ont été évalués pour leurs activités d’inhibition de l’héparanase et de la coagulation sanguine. Ce criblage a notamment permis l’identification d’un dérivé de bas poids moléculaire issu de Carraghénane-λ possédant une forte inhibition de l’héparanase pour une faible inhibition de la coagulation. La deuxième partie de ces travaux s’est ensuite concentrée sur l’évaluation du potentiel anti-angiogénique des inhibiteurs de l’héparanase. Dans ce but, nous avons dans un premier temps évalué le rôle de l’hypoxie et/ou le manque de nutriments sur la production d’héparanase par des cellules de cancers mammaires. Dans ces conditions de stress, nous avons observé que la lignée MCF-7 excrétait une forte quantité d’héparanase. L’analyse en Matrigel 3D du réseau angiogénique formé par des cellules microvasculaires HskMEC, en présence du surnageant de MCF-7 riche en héparanase, a montré une forte stimulation de l’angiogénèse. Les mêmes tests réalisés en présence des inhibiteurs de l’héparanase ont montré une inhibition de l’angiogénèse qui semblait corrélée avec l’inhibition de l’héparanase. / Tumor angiogenesis is defined by the spouting of new blood vessels from preexisting ones in order to sustain and amplify the tumor development. This crucial step is associated with poor prognosis for patients and it’s inhibition is therefore considered as a primising way to treat cancer. Among several actors participating in the angiogenesis process, the degradative enzyme heparanase is active in the tumor microenvironment of many cancers. The work presented in this thesis aim to develop specific heparanase inhibitors using sulfated polysaccharides for the treatment of tumor angiogenesis. The first part of this work is dedicated to the conception of low molecular weights sulfated polysaccharides obtainable from animal source (Héparine, Chondroïtine sulfate), algal source (Fucoidan, Carrageenan-λ-ι-κ) and bacterial source (dextran sulfate). To do so, we used a depolymeriation process based on free radicals associated to ultrasonic waves developed in 2013 in the laboratory. This depolymerization method was then coupled with a chemical process called glycol-split. The produced compounds were evaluated for their capacity to inhibit heparanase and blood coagulation. This screening phase lead to the identification of a low molecular weight compound produced from λ-carrageenan endowed with a strong heparanase inhibition power and a low impact on the blood coagulation. The second part of this work was then focused on the evaluation of the anti-angiogenic properties of our best heparanase inhibitors. To do so, we first evaluated the role of hypoxia and lack of nutrients on the heparanase production from breast cancer cell lines. In these higly stressful conditions, we observed that the MCF-7 cell line secreted a huge amount of heparanase. 3D Matrigel angiogenesis network formation using Hsk-MEC microvascular cells in the presence of MCF-7 heparanase rich supernatant showed a strong angiogenesis stimulation. Same tests realized in the presence of heparanase inhibitors showed an angiogenesis inhibition power that seemed correlated with heparanase inhibition.