Titre de l'écran-titre (visionné le 18 avril 2023) / La migration des lymphocytes T à travers la matrice extracellulaire (MEC) du tissu interstitiel est essentielle au développement de la réponse immunitaire adaptative. Pour atteindre les sites inflammatoires, les lymphocytes T doivent traverser la barrière endothéliale, et ce, suivant le mode de migration bidimensionnel (2D) qui implique les intégrines. De plus, ils doivent traverser la MEC du tissu interstitiel, formée majoritairement de collagène, et ce, suivant le mode tridimensionnel (3D). Nous et d'autres avons montré que la migration des lymphocytes Th17 à travers le collagène 3D implique le récepteur à activité tyrosine kinase nommé récepteur de domaine discoïdine 1 (DDR1). Ainsi, leur migration dépend de la voie MAPK/ERK induite par l'activité enzymatique de DDR1. Ici, nous rapportons que les cellules Th1 et Th2 expriment des niveaux comparables de DDR1 à ceux des cellules Th17 et que leur migration à travers le collagène est dépendante de DDR1. Cependant, l'adhésion des cellules auxiliaires (Th) au collagène est indépendante de DDR1, conformément au mouvement amiboïde des cellules T dans les modèles de matrice 3D. Sur un autre plan, il est connu que DDR1 peut induire deux voies de signalisation, la voie canonique dépendante de son activité enzymatique et la voie non canonique indépendante de celle-ci. Nos résultats montrent que l'activité enzymatique de DDR1 est essentielle à la migration des lymphocytes Th. En effet, l'inhibition de son activité enzymatique par le 7rh et par la construction DDR1 kinase-dead ont fortement réduit la migration des cellules Th. De plus, nous avons montré que la voie canonique MAPK/ERK est essentielle à leur migration. En somme, ces résultats fournissent de nouvelles connaissances sur les mécanismes de migration des lymphocytes T. Enfin, l'activité enzymatique de DDR1 pourrait être une cible thérapeutique afin d'inhiber l'infiltration des lymphocytes T dans les sites inflammatoires observés dans les maladies auto-immunes et allergiques. / T cell migration across tissue extracellular matrix (ECM) is a critical step in the development of adaptive immune response. To reach their target sites, T cells have to pass through two main barriers. One is the endothelial barrier and the second one is the interstitial matrix. Passing through the endothelial barrier follows the rules of two-dimensional (2D) mode of migration that has been studied in detail and involves integrin receptors. However, there are less studies regarding T cell migration through the interstitial matrix, which follows the rules of three-dimensional (3D) mode of migration. We and others previously showed that T cell migration across the 3D collagen that is the main component of the interstitial matrix involves the non-integrin collagen tyrosine kinase receptor named discoidin domain receptor 1 (DDR1). Previously, our group has reported that human Th17 cells migrate in 3D collagen via DDR1-mediated activation of the MAPK/ERK pathway. Herein, we report that human Th1 and Th2 effector cells express comparable levels of DDR1 as Th17 cells and also migrate in 3D collagen in a DDR1- dependent manner. DDR1 does not promote adhesion of Th effector cells to collagen consistent with the amoeboid movement of T cells in 3D matrix models. Furthermore, DDR1 could trigger its downstream signaling pathway either with or without using its tyrosine kinase domain, which is called canonical and non canonical signaling pathways, respectively. Therefore, we evaluated if this effect of DDR1 in promoting T cells 3D migration is mediated via DDR1 canonical pathway or non canonical pathway. Our results showed that the DDR1 tyrosine kinase activity was required for T cell migration. Indeed the specific DDR1 kinase inhibitor 7rh and the DDR1 kinase-dead construct strongly reduced the migration in 3D collagen of Th1, Th2 and Th17 cells. Finally, we showed that the DDR1 kinase activity was required for collagen-mediated MAPK/ERK activation, which is essential for T cell migration. Together, these results bring new insights into the mechanisms of T cell migration in 3D collagen and suggest that inhibiting the DDR1 kinase activity might be beneficial to inhibit T cell infiltration into inflammatory tissues in autoimmune and allergic diseases.

Le rôle de la matrice extracellulaire (MEC) du microenvironnement médullaire dans la chimiorésistance des leucémies lymphoblastiques aiguës de type T (T-ALL) n’est pas encore établi. Nos travaux ont permis de démontrer que le collagène, mais pas la fibronectine, induit la résistance des cellules T-ALL contre l’apoptose induite par la chimiothérapie. L’effet anti-apoptotique du collagène est induit par l’intégrine α2β1. L’activation par le collagène de la voie MAPK/ERK mais pas PI3K/AKT est requise pour l’inhibition de l’apoptose mitochondriale induite par la doxorubicine et ceci grâce au maintien de la stabilité de la protéine anti-apoptotique Mcl-1 et à l’augmentation de l’expression du transporteur d’efflux des drogues ABCC1 (MRP-1). Le maintien de Mcl-1 par le collagène est dû à l’inhibition de la voie pro-apoptotique Rac1/ JNK induite par la doxorubicine. L’activation de la voie α2β1/ERK/Mcl-1 permet également la survie des cellules T-ALL en absence de facteurs de croissance. En conclusion, nos données suggèrent que l’intégrine α2β1 serait une voie importante dans l’induction de la chimiorésistance et la progression des leucémies T-ALL. / The role of the extracellular matrix (ECM) of the tumor microenvironment in the chemoresistance of T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is not yet established. Through our results, we demonstrate that collagen, but not fibronectin, induces the resistance of T-ALL cells against apoptosis induced by chemotherapy. The anti-apoptotic effect of collagen is mediated by α2β1 integrin and is dependent on the activation of the MAPK/ERK pro-survival pathway but not of the PI3K/AKT pathway. Collagen induced MAPK/ERK pathway is required for the inhibition of the mitochondrial apoptosis induced by doxorubicin through the maintenance of the stability of the anti-apoptotic protein Mcl-1 and the up-regulation of doxorubicin efflux by the drug transporter ABCC1. Mcl-1 stabilization by collagen is du to the inhibition of Rac1/JNK pro-apoptotic pathway induced by doxorubicin. In addition to its role in chemoresistance, α2β1 integrin ligation allows the survival of T-ALL cells in the absence of growth factors via ERK/Mcl-1 pathway. In conclusion, our data indicate that α2β1 integrin may constitute an important pathway favoring T-ALL leukemia chemoresistance and progression.

L’ingénierie tissulaire est une approche qui vise à combler le besoin de remplacements d’organes. Ceci est d’autant plus vrai pour les artères, dont le besoin de remplacements résulte en partie de la prévalence des maladies cardiovasculaires dans le monde industrialisé. Pour ce faire, nous croyons qu’une des alternatives les plus prometteuse implique l’utilisation d’une structure permettant l’échafaudage tridimensionnel de cellules lors de la régénération. Le collagène possède plusieurs caractéristiques qui font en sorte qu’il peut être un matériau convenable à la fabrication de cette structure. Au cours de ce projet, un procédé d’extraction et de mise en solution de collagène type I à partir de queues de rat a été choisi et validé. Ce collagène a été caractérisé par rapport à ses propriétés moléculaires et ses performances mécaniques, biologiques et hématologiques. Suivant cette validation, une méthode pour produire des gels en forme de disques et de tubes ensemencés de cellules vasculaires a été élaborée. Ces structures ont été caractérisées quant à la viabilité des cellules dans le gel, la capacité des gels à être manipulés ainsi qu‘à leurs propriétés hématologiques, en milieu humide. Ce projet constitue une base pour des recherches futures visant à améliorer la fonctionnalité et les propriétés structurales des artères régénérées à base de collagène. / Tissue engineering provides insight into solving the organ shortage. This is especially the case for small diameter vascular substitutes, with which a shortage is due in part to the prevalence of cardiovascular disease in the industrialized world. For this, in our opinion, one of the most appropriate approaches involves using a structure to guide the cells during the regeneration phase. Collagen has many characteristics that make it suitable as a scaffold material for vascular tissue engineering. Two slightly different methods for extracting and processing collagen type I from rat tail were compared with respect to the molecular structure of the collagen molecule, the mechanical properties of thin films obtained from solvent evaporation and preliminary cellular viability with fibroblasts seeded on these same collagen films. One of the above methods was chosen and this collagen was then characterized with respect to cellular viability with smooth muscle cells and endothelial cells and also with blood contact assays. A method for producing three-dimensional gels seeded with vascular cells was developed. Cell distribution and viability, preliminary compliance testing and blood contact assays were performed on these gels. This project has provided the basis for further studies in order to maximize cell functionality and the structural properties required for implantation of collagen-gel-based vascular grafts.

L'asthme est une maladie chronique caractérisée par un remodelage bronchique. Les cystéinyl-leucotriènes (CysLT), comme le leucotriène D4 (LTD4), contribuent à l'inflammation, mais peu d'études démontrent un lien avec ce remodelage. Des antagonistes des récepteurs des CysLT (CysLTR) ont été développés, comme le Montélukast (MK), pour contrer leurs effets inflammatoires. Nous avons postulé que le fibroblaste bronchique exprime les CysLTR et que les CysLT contrôlent la synthèse du procollagène I(a1). Nous avons utilisé une culture primaire de fibroblates bronchiques isolés de sujets sains ou asthmatiques. Chez les fibroblastes des sujets asthmatiques, il y a surexpression des CysLTR. De plus, le LTD4 induit l'expression du procollagène I(a1). Cette induction est inhibée par MK. Le LTD4 augmente l'expression du transforming growth factor-B1 (TGF-B1) et l'inhibition de TGF-B1 bloque la modulation de procollagène I(a1). Cette étude suggère que les CysLT peuvent jouer un rôle dans la régulation du collagène dans l'asthme.

Le rêve de l'ingénierie tissulaire de créer des substituts biologiques pleinement fonctionnels à l'extérieur du corps est entravé par nos capacités à induire une vascularisation efficace. Les biomatériaux à base de collagène sont largement utilisés pour fournir un environnement biomimétique qui soutient la migration et la croissance des cellules endothéliales (CE). Cependant, des signaux supplémentaires sont nécessaires pour déclencher la formation de structures capillaires à partir des CE, qui sont considérées comme des précurseurs des vaisseaux sanguines pour la vascularisation. Les ions cuivre (Cu²⁺), régulateurs essentiels de l'angiogenèse physiologique, ont prouvé leur efficacité pour induire vascularisation in vitro et in vivo, mais ils doivent être libérés de manière contrôlée pour éviter tout effet cytotoxique. L'acide tannique (TA) est un composé polyphénolique avec deux rôles cruciaux dans le système collagène-Cu²⁺ : ils chélatent les Cu²⁺ et ils influencent positivement les propriétés physiques des biomatériaux à base de collagène vers les exigences précédemment établies pour les échafaudages angiogéniques. Par conséquent, l'objectif de ce travail est de développer un système de libération contrôlée des Cu²⁺ à base de collagène, basé sur la double capacité de complexation du TA. Le développement des Coll TA-Cu hydrogels, ainsi que leur caractérisation concernant la libération de Cu²⁺, les propriétés physiques de l'échafaudage et la validation biologique ont été effectués. Les résultats indiquent que le TA peut contrôler efficacement la libération de Cu²⁺ des gels Coll-TA-Cu, convenant à la fenêtre de concentration efficace de Cu²⁺ pour la stimulation des CE. De plus, l'TA améliore les propriétés mécaniques et la structure des hydrogels, répondant aux caractéristiques des matériaux angiogéniques précédemment décrits dans la littérature. Ensemble, nous développons une stratégie potentielle pour la stimulation des CE vers les processus angiogéniques et jetons les bases de futurs travaux dans cette perspective. / The tissue-engineering dream of creating fully functioning tissue substitutes outside the body is hindered by our abilities to induce efficient vascularization. Collagen-based biomaterials are widely used to provide with a biomimetic environment that support endothelial cell (EC) migration and growth. However, additional signals are required to trigger the formation of capillary structures from ECs, which are considered as precursors of vascularization vessels. Copper ions (Cu²⁺), being crucial regulators of physiological angiogenesis, have proven in vitro and in vivo effectiveness in inducing vascularization, when released in a controlled way. Tannic acid (TA) is a polyphenol compound with two crucial roles in the collagen-Cu²⁺ system: they chelate Cu²⁺ and they positively influence the physical properties of collagen-based biomaterials toward the requirements previously stablished for angiogenetic scaffolds. Therefore, the aim of this work was to develop a collagen-based Cu²⁺-controlled release system, based on the dual complexation ability of TA. The development of the Coll-TA-Cu hydrogels, as well as their characterization regarding Cu²⁺ release, physical properties of the scaffold and biological validation have been performed. Results indicate that TA can effectively control the release of Cu²⁺ from Coll-TA-Cu gels, suiting the window of effective Cu²⁺ concentration for ECs metabolic stimulation. Additionally, TA improves the mechanical properties and structure of the hydrogels, meeting the features of angiogenetic materials previously described in literature. Altogether, this research highlighted a potential strategy for ECs stimulation toward angiogenetic processes and set the basis for future work in this perspective.

Le besoin clinique de greffes alternatives pour le remplacement des vaisseaux sanguins de petit diamètre a stimulé l'émergence du domaine de l'ingénierie tissulaire vasculaire. Des constructions tubulaires ont été développées au cours des dernières décennies en combinant des échafaudages (structures 3D composées de matrices décellularisées, polymères naturels ou synthétiques), des cellules (cellules adultes ou souches) et des signaux régulateurs (nutriments, facteurs de croissance et / ou stimuli mécaniques) visant à mimer les propriétés de la paroi vasculaire. Le gel de collagène constitue un échafaudage couramment utilisé dans le domaine puisqu'il s'agit de la principale protéine de la paroi vasculaire et qu'il contient donc des signaux structurels et biochimiques inhérents pour favoriser la formation des tissus in vitro. Le Laboratoire de biomatériaux et de bioingénierie de l'Université Laval possède une expertise sur l'extraction de la protéine, la production et la caractérisation de gels tubulaires cellulaires à base de collagène et le groupe rapporte des avancées significatives dans la fabrication d'un modèle tri-culture répliquant les trois couches de la paroi vasculaire. Un inconvénient récurrent de l'utilisation de polymères naturels pour la composition des échafaudages repose sur les faibles propriétés mécaniques résultant de leur processus d'extraction. De plus, la structure et la composition organisées des vaisseaux sanguins confèrent un comportement mécanique unique qui orchestre parfaitement la propagation du sang dans tous les tissus du corps. Cette structure et ce comportement complexes sont difficiles à reproduire dans des constructions d'ingénierie tissulaire et cela a fait l'objet d'intenses recherches au cours des cinquante dernières années. Dans cette optique, l'objectif de cette thèse de doctorat était de concevoir et développer différentes stratégies pour renforcer les gels tubulaires à base de collagène pour des applications vasculaires. Les stratégies étudiées dans cette thèse ont été conçues pour maintenir la similitude biologique du modèle avec le tissu natif et ainsi, aucun composant synthétique ou produit chimique n'a été introduit. Le renforcement des gels tubulaires à base de collagène a été exploré en modifiant différents composants impliqués dans leur préparation: suspension cellulaire, solution de collagène et maturation. Une densité d'ensemencement cellulaire supérieure à celle couramment trouvée dans la littérature, l'incorporation de recombinamers de type élastine (ELR) dans l'échafaudage et la stimulation mécanique dans un bioréacteur de perfusion ont amélioré les propriétés mécaniques des constructions et la raison commune en était l'augmentation de la production d'ECM. Une densité d'ensemencement cellulaire égale ou supérieure à 1.5 x 10⁶ cellules/mL, un échafaudage composé de 70 % de collagène et 30 % de ELR (w %) et la stimulation mécanique dans un bioréacteur de perfusion pendant la maturation sont les conditions suggérées dans chaque stratégie pour la fabrication de modèles de parois vasculaires. En outre, une plate-forme physiologiquement pertinente pour la fabrication et la maturation in situ d'un modèle de paroi vasculaire avancé a été développée, constituant une alternative précieuse pour le test de nouveaux médicaments, technologies et dispositifs endovasculaires et pour l'étude du processus patho/physiologique se produisant dans ce tissu. / The clinical need for alternative grafts for the replacement of small diameter blood vessels stimulated the emergence of the vascular tissue engineering field. Tubular constructs have been developed in the last decades by combining scaffolds (3D structures composed of decellularized matrices, natural or synthetic polymers), cells (adult or stem cells) and regulatory signals (nutrients, growth factors and/or mechanical stimulus) aiming to mimic the properties of the vascular wall. Collagen gel is one common scaffold used in the field since it is the main protein of the vascular wall and therefore it contains inherent structural and biochemical cues to promote tissue formation in vitro. The Laboratory for Biomaterials and Bioengineering of Laval University has an expertise on the extraction of the protein, production, and characterization of cellularized collagen-based tubular gels. Furthermore, the group has been reporting significant advancements in the fabrication of a tri-culture model replicating the three layers of the vascular wall. One recurrent drawback of using natural polymers for composing the scaffolds relies on the low mechanical properties resulted from their extraction process. In addition, the organized structure and composition of blood vessels imparts a unique mechanical behavior which perfectly orchestrate the blood propagation into all tissues of the body. This complex structure and behavior are challenging to reproduce in tissue engineered constructs and this has been a subject of intense research during the last fifty years. In this light, the objective of this doctoral thesis was to design and develop different strategies to reinforce collagen-based tubular gels for vascular applications. The strategies investigated in this thesis were designed to maintain the biological similarity of the model with the native tissue and so, no synthetic components or chemicals were introduced. The reinforcement of collagen-based tubular gels was explored by altering different components involved in their preparation: cell suspension, collagen solution and maturation. Cell seeding density higher than the commonly found in literature, the incorporation of elastin-like recombinamers (ELR) in the scaffold and the mechanical stimulation in a perfusion bioreactor improved the mechanical properties of the constructs and the common reason of that was the increase in the ECM production. Cell seeding density equal or higher than 1.5 x 10⁶ cells/mL, a scaffold composed of 70 % collagen and 30 % ELR (w %) and the mechanical stimulation in a perfusion bioreactor during maturation are the conditions suggested in each strategy for the fabrication of vascular wall models. Furthermore, a physiologically relevant platform for the in situ fabrication and maturation of an advanced vascular wall model was developed constituting a valuable alternative for the testing of new drugs, technologies and endovascular devices and for the investigation of patho/physiological process occurring in this tissue.

L'interféron-y est une cytokine produite entre autres par les lymphocytes T effecteurs et est impliquée dans la réponse immunitaire ainsi que dans les maladies inflammatoires de type Thl. Les intégrines liant le collagène ont été récemment impliquées dans les maladies inflammatoires de type Thl. Puisque les lymphocytes T effecteurs expriment ces intégrines, nous avons émis l'hypothèse que l'adhésion des lymphocytes T au collagène peut être impliquée dans la régulation de l'expression de l'interféron-y. Nous avons déterminé que le collagène de type I, par l'intermédiaire de son récepteur, l'intégrine oc2pi, augmentait significativement l'expression et la production de l'interféron-y induite par le TCR. Des expériences d'inhibition ont démontré que les MAP kinases ERK et JNK, mais pas p38 sont nécessaires pour la production d'interféron-y et que le collagène de type I augmentait significativement l'activation de ces deux MAP kinases. Le collagène de type I augmente également l'activation de la voie PI-3 kinase/AKT qui est aussi nécessaire à l'expression de l'interféron-y. Par contre, le collagène de type IV, liant l'intégrine al pi, n'augmente pas l'expression d'interféron-y, probablement dû au fait qu'il n'augmente pas l'activation de JNK induite par le TCR. Nos résultats suggèrent que l'intégrine oc2pi exprimée chez les lymphocytes T effecteurs peut contribuer au développement des maladies Thl en augmentant l'expression de l'interféron-y. Ainsi l'intégrine a2pi pourrait être une cible thérapeutique potentielle dans le traitement des maladies inflammatoires de type Thl. / Interferon-y is a cytokine produced by Thl cells and is involved in cell-mediated immune response and Thl inflammatory diseases. Collagen binding integrins have recently been involved in the development of Thl inflammatory diseases. Since Thl cells express these integrins, we hypothesized that adhesion of T cells to collagens could be involved in regulating the expression of interferon-y. We demonstrated that collagen type I, through its receptor the integrin a2pi, augmented significantly the expression and production of interferon-y induced by the T cell receptor (TCR). Inhibition studies demonstrated that the MAP kinases ERK and JNK but not p38 were necessary for interferon-y production and that collagen type I augmented significantly the TCR-dependant activation of these two MAP kinases. Similarly, collagen type I also augmented the activation of the PI-3 kinase/AKT pathway which is also required for the expression of interferon-y. Our results indicate that the a2|31 integrin expressed on effector T cells can participate in development of Thl diseases by augmenting the expression of interferon-y through the ERK, JNK and PI-3 kinase/AKT pathways. In contrast, collagen type IV, which binds to a l (31 integrin, does not increase interferon-y expression probably because it does not increase TCR-dependant activation of JNK. Our study suggests that a2(31 integrin could contribute to Thl diseases by increasing the production of interferon-y and therefore could be a potential target in the treatment of Thl inflammatory diseases.

La leucémie lymphoblastique aigüe à lymphocyte T (T-ALL) est un cancer découlant de la transformation des progéniteurs lymphoïdes T. La chimiothérapie reste le traitement privilégié pour cette pathologie, mais le taux de récidive dû au développement de la chimiorésistance demeure important. Le site principal de développement des cellules T-ALL est la moelle osseuse, où le collagène représente la protéine de la matrice extracellulaire la plus abondante. Le collagène, via ses récepteurs, notamment les intégrines, est un acteur majeur dans la progression tumorale, et ses interactions avec les cellules cancéreuses sont associées à la chimiorésistance dans divers types de cancer. Notre laboratoire a précédemment démontré que le collagène favorise la chimiorésistance des cellules T-ALL via l'intégrine α2β1. Récemment, un autre récepteur du collagène, le récepteur à domaine discoïdine 1 (DDR1), a été décrit comme pouvant jouer un rôle dans plusieurs cancers. Cependant, son rôle dans la chimiorésistance des T-ALL n'a pas encore été étudié. Dans ce projet de maîtrise, nous avons étudié la contribution de DDR1 in vitro dans la chimiorésistance des cellules T-ALL induite suite à leur adhésion sur des matrices de collagène. Nous avons pu démontrer que DDR1 est exprimé sur les cellules T-ALL et que son inhibition permet de sensibiliser les cellules T-ALL à l'apoptose induite par la chimiothérapie. L'inhibition de DDR1 réduisait l'adhésion des cellules T-ALL au Matrigel et au collagène, mais pas à la fibronectine, montrant son action spécifique pour ces ligands. Ces résultats suggèrent que DDR1 participe à la chimiorésistance des T-ALL en partie en favorisant l'adhésion des cellules T-ALL au collagène, et pourrait donc représenter une cible thérapeutique intéressante pour le développement de thérapies combinatoires afin de réduire la chimiorésistance dans ce type de leucémie.

La peau est un organe particulier de l'organisme dont la fonction principale est un rôle de protection vis-à-vis du milieu extérieur. Cette fonction est assurée grâce à la structure du tissu cutané en trois couches (épiderme, derme, hypoderme). Le derme est responsable de la résistance et de la souplesse de la peau. Le composant moléculaire majeur du derme est le collagène de type I, qui est fortement altéré au cours du vieillissement chronologique. Dans ce contexte, notre étude a pour objectif d'évaluer les modifications moléculaires du collagène dermique associées au vieillissement cutané par spectroscopies vibrationnelles (diffusion Raman et absorption infrarouge). Par déconvolution de la bande Amide I du signal Raman, nous avons mis en évidence, en fonction de l'âge de la peau, des modifications au niveau des interactions entre le collagène et les molécules d'eau ; ce qui reflète un espacement croissant des faisceaux de fibres de collagène au cours du vieillissement. En micro-imagerie infrarouge polarisée, le ratio des bandes Amide I/ Amide II permet d'évaluer l'orientation des fibres de collagène qui deviennent parallèles à la surface de la peau lors du vieillissement. Des expérimentations préliminaires ont également montré la possibilité de localiser sans marquage la jonction dermo-épidermique de la peau grâce aux caractéristiques spectrales du collagène de type IV. Une analyse ciblée de cette structure nécessite de développer de nouveaux instruments basés sur la spectroscopie en champ proche (Tip Enhanced Raman Scattering, NanoIR) ; ce qui devrait permettre de suivre les altérations du collagène de type IV au cours du vieillissement cutané. / Skin is a particular organ of the body whose the main function is a protective role towards the external environment. This function is provided by the structure of skin tissues in three layers (epidermis, dermis, hypodermis). The dermis is responsible for the strength and elasticity of the skin. The major molecular component of the dermis is the type I collagen, which is strongly altered during chronological aging. In this context, our study aims at evaluating the molecular modifications of the dermal collagen associated with skin aging by vibrational spectroscopy (Raman diffusion and infrared absorption). Using curve-fitting of Raman Amide I band, modifications in the interactions between collagen and water molecules were highlighted depending of the donor age. Such result reflects an increasing spacing of the collagen fiber bundles during aging. In addition, the collagen fibers orientation can be evaluated from the amide I/ amide II ratio calculated in polarized infrared micro-imaging. It appeared that the collagen fibers become orientated parallel to the skin surface with aging. Preliminary experiments showed also the ability to localize in a label-free manner the dermo-epidermal junction of the skin using the spectral characteristics of type IV collagen. A precise analysis of this structure requires the development of new instruments based on near-field spectroscopy (Tip Enhanced Raman Scattering, NanoIR); which could permit to follow the collagen IV alterations during skin aging.

Le vieillissement croissant de la population canadienne aura une incidence, dans les années à venir, sur les risques de fractures ostéoporotiques et autres pathologies de l'os. Parmi ces risques, les fractures avec pertes osseuses présentent des défis considérables et causent un lourd fardeau économique. La société Ostéoporose Canada estime que plus de 30 milliards de dollars seront dépensés pour le traitement de l’ostéoporose et de leurs fractures associées d’ici 2018. La méthode de comblement des pertes osseuses standard actuelle, soit l'autogreffe, est limitée et présente des risques pour le patient. À titre d'alternative, deux stratégies ont été jusqu'à maintenant étudiées: les systèmes de libération de facteurs de croissance (« growth factor delivery systems », GFDS) et le développement de matériaux biomimétiques. Ces deux stratégies ont comme point commun l'utilisation de facteurs de croissance ostéogéniques comme les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs), telles la BMP-2 (référence commerciale) et la BMP-9. Malgré leur effet important, les BMPs restent couteuses à produire. Le laboratoire de N. Faucheux a développé un peptide (pBMP-9) dérivé de la BMP-9 qui possède un effet ostéogénique démontré, mais dont les mécanismes d’action et le comportement en système de libération restent à être étudiés. Les objectifs de ce projet de recherche ont donc porté sur l’étude du comportement de cellules osseuses préostéoblastes murins (MC3T3-E1) face à ces facteurs de croissance ainsi que sur le suivi et la modélisation des cinétiques de libération du pBMP-9 à partir d’une matrice de collagène, utilisée actuellement en clinique. Le mémoire possède ainsi trois volets. Le premier volet de ces travaux a consisté à faire une revue de la littérature sur le processus de régénération osseuse endochondrale afin de bien comprendre le rôle joué par les facteurs de croissance et cerner les défis de conception d’un GFDS utilisé en régénération osseuse. Les nouvelles approches de GFDS ont été revues en détail ainsi que les principaux modèles mathématiques développés et appliqués aux molécules thérapeutiques. Cette revue de la littérature a été publiée dans Journal of Controlled Release. Le second volet de ces travaux s’est penché sur l’étude et la modélisation mathématique des cinétiques de libération du pBMP-9 à partir d’hydrogels de collagène. Les résultats expérimentaux ont mené à la rédaction d’un article qui vient d’être accepté dans la revue Journal of Controlled Release. Cette étude consistait à évaluer les mécanismes de transfert de masse impliqués dans la libération pour différentes concentrations de pBMP-9 à partir d'hydrogels de collagène. Les cinétiques de libération ont été modélisées et ont montré la présence d'interactions importantes entre le pBMP-9 et les fibres de collagène. Le troisième volet a consisté à déterminer l'effet dose de la BMP-9 et de la BMP-2 sur la capacité des MC3T3-E1 à se différencier en présence ou en absence de sérum de veau foetal (« foetal bovine serum », FBS). Ces travaux ont conduit à la rédaction d’un article qui vient d’être accepté dans la revue Tissue Engineering Part A. La BMP-9 étant jusqu'alors mal comprise, l'étude s'est penchée sur cette protéine tout en ayant comme objectif de transposer les connaissances au pBMP-9. Les résultats ont démontré que les mécanismes d'action de la BMP-9 étaient très différents de ceux de la BMP-2 en présence de FBS. Les résultats ont également permis d'établir que, à l'instar de la BMP-2, la présence de FBS potentialise fortement l'effet ostéogénique de la BMP-9. Cet effet a d’ailleurs pu être récréé par l’IGF-2. Les conclusions de ce travail favoriseront le développement de systèmes de libération ostéogéniques plus efficaces.