INTRODUCTION Taenia solium cysticercosis (CC) and taeniosis are zoonotic diseases mainly occurring in developing countries of Asia, Africa and Latin America. Humans are the only definitive host of the parasite harbouring the adult tapeworm in the small intestine (taeniosis). Gravid proglottids containing thousands of eggs are daily shed with the faeces in the environment. The pig intermediate host, through its coprophagic behaviour, may consume contaminated human faeces and consequently, ingest eggs that will further develop into the larval stage of the parasite in the muscles and the brain (cysticerci), causing porcine CC. Humans acquire infection with the adult tapeworm by consumption of undercooked or raw pork infected with cysticerci. Humans can also become infected by the cysts by accidental ingestion of T. solium eggs and develop human CC. In humans, cysts may lodge in muscles, subcutaneous tissues, eyes and/or central nervous system causing ocular CC and neurocysticercosis (NCC) in the two latter cases, respectively. While mainly asymptomatic in pigs, CC and particularly NCC may be responsible of severe health disorders in humans, seizures and epilepsy being the most common ones. In the last decade T. solium became the study target of research groups throughout the world and is now more in the focus of international health and animal health organizations. However, the disease remains neglected and many data gaps still hinder a comprehensive estimation of its burden. Therefore, the general objective of this thesis is the development of tools to estimate the impact of T. solium CC on both public health and veterinary public health in regions where the parasite occurs. For this purpose, four specific objectives are followed focusing on taeniosis, porcine and human CC in different endemic areas of the world. Firstly, a stochastic model is developed allowing the estimation of the monetary and health (disability adjusted life year, DALY) burden of CC in three endemic provinces of Cameroon and the identification of data gaps increasing the uncertainty around the disease burden estimates (Objective 1). Secondly, because there is incomplete knowledge on many CC burden assessment parameters, two protocols are designed to study specific factors that may affect the transmission dynamics of the parasite, and possibly, the disease burden estimation. Because the latter estimation may depend on the age of diseased individuals, a community-based study aims at determining the occurrence of human CC and at studying the age-related infection and transmission patterns of the parasite among a population living in an endemic area of Ecuador (Objective 2). The objective of a second field study conducted in the Democratic Republic of Congo is to determine the occurrence of porcine CC at different levels of the pig trade chain in order to detect any variation in the apparent prevalence figures of the disease (Objective 3). Finally, because none of the available tests for the diagnosis of human CC is a gold standard limiting the estimation of the disease occurrence to the apparent prevalence, and since sensitivity and specificity of the diagnostic tests have only been evaluated in clinical settings, i.e. infected diseased versus uninfected non-diseased individuals, a Bayesian approach is used to estimate the true prevalence of human CC and the performances of available immunological tools for its diagnosis in the framework of an epidemiological study (including uninfected and infected diseased and non-diseased individuals) (Objective 4). RESULTS 1. Development of a stochastic model for the estimation of the economic and health (DALY) burden of T. solium cysticercosis The first experimental section of this thesis aims at developing a stochastic model for the estimation of the monetary and health (DALY) burden of CC, taking 3 endemic provinces of Cameroon as example. Both cost and DALY estimations are applied. All necessary parameters are collected and imported in R software. Different probability distributions are used according to the type of information available for each of the parameters. Monte Carlo simulation techniques allow drawing a set of parameters from the underlying distributions through serial iterations. The number of people with NCC-associated epilepsy represents 1.0% of the local population, whereas the number of pigs diagnosed with CC corresponds to 5.6% of the local pig population. The total annual costs due to T. solium CC in West-Cameroon is estimated at 10,255,202 Euro (95% CR 6,889,04814,754,044), of which 4.7% are due to losses in pig husbandry and 95.3% to direct and indirect expenses associated with human CC. The average number of DALYs lost is 9.0 per thousand persons per year (95% CR 2.820.4; meaning that 9 years of life in perfect health per thousand inhabitants of this area are lost due to CC). This study provides the first estimates of the impact of CC in Cameroon and allows identifying the related economical, clinical and epidemiological necessary parameters and related data gaps. Moreover, the stochastic approach developed here allowed quantifying the uncertainty around the estimates due to the lack of knowledge on this neglected disease. 2. Study on the age-related infection and transmission patterns of human CC in an endemic area The second experimental part of this thesis aims at estimating the apparent prevalence of human CC in an endemic area of Ecuador using both serological antigen and antibody detection methods. Besides a high exposure to the parasite (25% of the sampled population had antibodies directed against T. solium cysticerci) contrasting with a low level of active infection (2.9% had circulating parasite antigens), this study shows that positivity patterns of both diagnostic tests strongly depend on the age of the subjects. The proportion of individuals showing antibodies directed against the larval stage of the parasite significantly increases till the age of 40 to become stable later. Simulation models incorporating insights from cohort study data and basic immunology principles are developed to explain the variations in antibody detection positivity pattern and to reflect the dynamics of exposure to the parasite. The simulations suggest a continual exposure to the parasite through all age categories but a variation of the rate of seroreversion depending on the number of exposures, or in other words, on the immunological status of the individuals. The models also indicate that at least 14% of the population of the community is yearly exposed to the parasite. On the other hand, the proportion of individuals infected by living cysticerci is significantly higher in the elderly. These findings agree with clinical observations in Mexico and Brazil. Immunosenescence could explain such an observation since a weaker immune system in the elderly would facilitate the establishment and maintenance of viable cysticerci in the muscles and in the brain in comparison with fully immunocompetent younger individuals. Our findings indicate that age-related CC infection may influence the CC burden estimates. 3. Occurrence of porcine cysticercosis at different levels of the pig trade flow in a suspected endemic area Based on the use of the enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of circulating antigens of T. solium metacestodes (B158/B60 Ag-ELISA), the third experimental section of this thesis reports an apparent prevalence of about 40% of active CC in a pig population in a rural area of Bas-Congo (where pigs are reared) and in a pig population in different markets of Kinshasa (where pork is sold). This work also indicates that the marketing of cysticercotic pig may influence the transmission of the parasite. Indeed, while no significant difference is found in the proportion of active infections between the two sites, the intensity of infection is significantly higher in pigs sampled in the villages in Bas-Congo as compared to those in the markets in Kinshasa. It seems that massively infected animals are excluded at a certain level in the pig trade chain. Preliminary informal surveys on common practices in pig husbandry and pig trading indicate that pig farmers and/or buyers select the low infected animals and exclude those who are positive by tongue inspection at village level. More heavily infected pigs are subsequently used for villagers own consumption or sold at local (clandestine) markets. The influence of the cysticercotic pig marketing should be considered when estimating the animal disease burden. Accurate burden estimates will allow establishing and implementing effective food safety policies and regulations or improving the existent ones in order to control and prevent CC and taeniosis. 4. Estimation of the performances of available immunodiagnostic tools for the diagnosis of human CC in the framework of an epidemiological study The last experimental section of this thesis focuses on the use of Bayesian models to estimate the true prevalence of infection with and exposure to T. solium, and the characteristics of serological tests, namely the enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of circulating antigens of the metacestode of T. solium (B158/B60 Ag-ELISA), the enzyme-linked immunoelectrotransfer blot assay (EITB) for the detection of antibodies directed against 7 specific T. solium glycoprotein antigens, and the ELISA for the detection of antibodies directed against crude cyst fluid extracts (Ab-ELISA), used in an epidemiological study setting (including uninfected and infected diseased and non-diseased individuals) in an Ecuadorian endemic area. The EITB and B158/B60 Ag-ELISA sensitivity and specificity estimates in the latter conditions are comparable to the same estimates in clinical settings. However, the present study demonstrates the importance of clearly defining a case when conducting such an exercise. Indeed, the sensitivity and specificity of EITB and B158/B60 Ag-ELISA are high for estimating the true prevalence of exposure to (proportion of individuals who have been in contact with the parasite during the precedent year, with or without development of cysticerci, and with or without (cured individuals) current infection with living cysticerci) and infection with T. solium (proportion of individuals currently infected with living cysticerci), respectively, but drop the other way around. In conclusion, since no gold standard test for human CC diagnosis is available, this study provides a tool for estimation of the true CC prevalence, which is essential for the disease burden assessment. CONCLUSIONS AND PERSPECTIVES Even though the World Health Organization (WHO) already drew the map of the global distribution of T. solium, data remain very limited in several parts of the world. Through a literature review and four experimental sections, this thesis shows that the burden of human and porcine CC may be non negligible and deserves a more global assessment. Moreover, this work allows depicting the disease data gaps more precisely and proposes some tools to deal with the lack of knowledge on this neglected zoonosis. The threat of misusing limited data is a fact and one could reject more global burden estimates based hereon. However, this should not be the main issue. The main concerns should rather focus on how to obtain estimates when only fragmentary data are available. For this purpose, two approaches may be considered: (1) a prospective approach aiming at developing more accurate taeniosis and CC diagnostic tools and at collecting more standardized data from different endemic areas of the world; (2) a retrospective approach aiming at using existing data in innovative ways, such as simulation, Bayesian and stochastic models and expert elicitation, may be a valid alternative. In conclusion, the development of new diagnostic and estimation tools is in progress to compensate for the lack of knowledge on taeniosis/CC and for the diagnostic test and study design limitations (including financial, technical and ethical restrictions). Efforts should be made to increase their availability to developing countries and to standardize study designs in order to produce reliable estimates to assess the global burden of T. solium CC. Once burden estimates are available, the cost-effectiveness of prevention and control programs can be tested and help national and international policy- and decision- makers in setting priorities in public health and veterinary public health policy, services and research. INTRODUCTION La cysticercose (CC) et la taeniose dues à Taenia solium sont des maladies zoonotiques sévissant principalement dans les pays en voie de développement dAsie, dAfrique et dAmérique Latine. LHomme est le seul hôte définitif du parasite, infesté par le ver adulte au niveau de lintestin grêle (taeniose). Des proglottis gravides, contenant des milliers dufs sont quotidiennement évacués avec les matières fécales humaines dans lenvironnement. Le porc, hôte intermédiaire coprophage, peut consommer ces matières fécales contaminées et, par conséquent, ingérer des ufs qui se développeront en stade larvaire au niveau des muscles et du cerveau (les cysticerques), causant ainsi la CC porcine. LHomme, en consommant de la viande de porc infestée (de cysticerques) crue ou mal cuite, sinfeste par le ver adulte bouclant ainsi le cycle. LHomme peut également sinfester par ingestion accidentelle dufs et développer la CC humaine. Chez ce dernier, les cysticerques peuvent se loger dans les muscles, le tissu sous-cutané, les yeux et le système nerveux central, causant, dans ces deux derniers cas, respectivement, la CC oculaire et la neurocysticercose (NCC). Alors que la CC est généralement asymptomatique chez le porc, la CC et tout particulièrement la NCC peuvent être responsables daffections sévères chez lHomme, les convulsions et crises dépilepsie étant les plus fréquentes dentre elles. Durant les dernières décennies, T. solium est devenu le sujet détude principal de plusieurs groupes de recherche à travers le monde ainsi que dorganisations internationales de santé publique et de santé animale. Cependant, le manque de données épidémiologiques et cliniques empêche toujours une estimation précise de son impact réel sur la santé. Cest pourquoi, lobjectif principal de cette thèse est de développer des outils permettant destimer limpact de la CC due à T. solium sur la santé publique et la santé publique vétérinaire. Dans ce but, quatre objectifs spécifiques sont fixés. Premièrement, un modèle stochastique est développé pour estimer limpact économique de la CC due à T. solium et son impact sur la santé (« disability adjusted life year », DALY) dans trois provinces du Cameroun. Cette première étude vise également à identifier les données lacunaires qui augmentent lincertitude autour des estimations (Objectif 1). Sur cette base, deux études épidémiologiques sont conduites dans des communautés endémiques dAfrique et dAmérique Latine, focalisées sur certains facteurs pouvant avoir une influence sur la transmission du parasite, et ainsi sur son impact sur la santé. Puisque lestimation de limpact de la CC sur la santé peut dépendre de lâge des individus malades, une étude de terrain a pour but détudier les relations entre la prévalence apparente de la CC et lâge des individus exposés et infestés dans une zone endémique dEquateur (Objectif 2). Une seconde étude de terrain vise à déterminer loccurrence de la CC porcine à différents niveaux de la filière de production et de commercialisation de la viande de porc dans une zone suspectée endémique de la République Démocratique du Congo (RDC) afin de détecter déventuelles variations de la prévalence apparente de la maladie (Objectif 3). Finalement, vu que la sensibilité et la spécificité des tests pour le diagnostic de la CC humaine ont uniquement été évaluées dans le cadre détudes cliniques, cest-à-dire chez des patients souffrant de CC versus des individus non infestés et asymptomatiques, et vu quaucun de ces tests nest un test parfait (test ayant une sensibilité et une spécificité de 100%), une approche bayésienne est appliquée pour estimer les performances de tests immunologiques disponibles dans le cadre dune étude épidémiologique, incluant des individus non infestés et infestés avec ou sans symptômes (Objectif 4). RESULTATS 1. Développement dun modèle stochastique pour lestimation de limpact économique et de limpact sur la santé (DALY) de la cysticercose due à T. solium Le coût monétaire et le nombre dannées de vie en bonne santé perdues en raison dune mortalité prématurée et/ou de la morbidité dues à la cysticercose (CC) (DALY) sont tous deux estimés dans trois provinces de lOuest du Cameroun. Tous les paramètres épidémiologiques et économiques nécessaires sont collectés et importés dans le logiciel R. Différentes distributions de probabilité sont utilisées en fonction du type dinformation disponible pour chacun dentre eux. Des techniques de simulation de Monte Carlo permettent les estimations finales sur la base des distributions de probabiltés. En tenant compte dune prévalence dépilepsie de 3,6%, le nombre dindividus souffrant dépilepsie associée à la NCC sélève à 1,0% de la population locale. Dautre part, le nombre de porcs diagnostiqués comme infestés correspond à 5,6% de la population porcine locale. Le coût annuel total associé à la CC à lOuest du Cameroun est estimé à 10255202 Euros (95% de la région de confidence (RC) : 6889048-14754044 Euros), desquels 4,7% sont dus aux pertes liées à la production porcine. Le coût par cas de CC humaine séleve à 194 Euros (95% RC : 147-253 Euros). Le nombre moyen de DALYs perdus par 1000 personnes et par an est de 9,0 (95% RC : 2,8 20,4). Cette étude permet une première quantification de limpact de la CC au Cameroun, recense les paramètres économiques, cliniques et épidémiologiques nécessaires à cette fin et le manque de données leur étant lié. De plus, lapproche stochastique utilisée ici permet de quantifier lincertitude autour de ces estimations due au manque de connaissance de cette maladie négligée. 2. Etude de la relation entre la prévalence et la transmission de la cysticercose et lâge des individus exposés et infestés La seconde section expérimentale de cette thèse a pour objectif destimer la prévalence apparente de la CC humaine dans une région endémique de lEquateur en utilisant des techniques sérologiques de détection dantigènes et danticorps. En plus dune exposition élevée au parasite (25% des individus ont des anticorps dirigés contre les cysticerques) contrastant avec une faible proportion dindividus infestés par des cysticerques vivants (3% des individus ont des antigènes circulants de cysticerques), cette étude montre que la positivité aux tests sérologiques dépend de lâge des individus. En effet, la proportion dindividus montrant une réaction humorale dirigée contre le stade larvaire du parasite augmente significativement jusquà lâge de 40 ans pour se stabiliser ensuite. Des modèles de simulation intégrant des données issues dune étude longitudinale ainsi que des principes de bases dimmunologie sont développés dans le but dexpliquer ces variations et de refléter certains aspects de la dynamique dexposition au parasite. Ces simulations suggèrent un taux dexposition au parasite stable à travers les différentes catégories dâge, mais une variation du taux de séroréversion dépendant du nombre de contacts préalables avec le parasite ou, en dautres mots, du statut immunologique des individus. Les modèles indiquent également quau moins 14% de la population sont annuellement exposés au parasite. Dautre part, la proportion des individus infestés par des cysticerques vivants est significativement plus élevée chez les personnes âgées de plus de 60 ans. Limmunosénescence pourrait expliquer ce phénomène, puisque un système immunitaire plus faible chez les personnes âgées pourrait faciliter létablissement et le maintien de cysticerques vivants au sein des muscles et du cerveau. Nos observations indiquent que lâge des individus malades pourrait influencer lestimation de limpact de la CC. 3. Occurrence de la cysticercose porcine à différents niveaux de la filière de la production de viande porcine dans une zone suspectée endémique Sur la base de lutilisation dun test immuno-enzymatique (« enzyme-linked immunosorbent assay », ELISA) pour la détection dantigènes circulants de cysticerques (B158/B60 Ag-ELISA), la troisième section expérimentale de cette thèse permet destimer une prévalence denviron 40% de CC active au sein dune population de porcs élevés traditionnellement dans une zone rurale de la province du Bas-Congo (RDC) et dans une population de porcs vendus et abattus sur différents marchés de Kinshasa (RDC). Ce travail démontre aussi linfluence du commerce de la viande de porc infestée sur la transmission du parasite. En effet, alors quaucune différence significative nest observée entre les proportions de porcs infestés sur les des deux sites détude, lintensité de linfestation est significativement plus élevée chez les porcs des villages que chez les porcs des marchés. Il semble ainsi que les animaux hautement infestés sont exclus à un certain stade de la filière de production et de commercialisation de la viande de porc. Des enquêtes préliminaires réalisées auprès des éleveurs de porcs et des vendeurs de viande de porc indiquent que les éleveurs et/ou les acheteurs de porcs sélectionnent les animaux faiblement infestés et excluent les animaux positifs au langueyage (inspection de la langue) dans les villages. Les porcs hautement infestés sont, par conséquent, consommés par les villageois ou vendus sur des marchés clandestins. Linfluence possible de la filière de la production et de la commercialisation de la viande porcine sur la prévalence apparente de la CC observée dans cette étude devrait être prise en considération lorsque lon évalue limpact de la maladie sur la santé et la production animale. Des estimations précises de cet impact permettront la mise en place de mesures de contrôle et de prévention adéquates de la CC et de la taeniose. 4. Estimation des performances doutils sérologiques pour le diagnostic de la cysticercose humaine dans le cadre dune étude épidémiologique La dernière section expérimentale de cette thèse vise lutilisation de modèles bayésiens pour lestimation de la prévalence réelle dinfestation par et dexposition à T. solium, et des caractéristiques (sensibilité et spécificité) de trois tests sérologiques, à savoir , un ELISA pour la détection dantigènes circulants de cysticerques de T. solium (B158/B60 Ag-ELISA), un autre test immuno-enzymatique (« enzyme-linked immunoelectrotransfer blot assay », EITB) pour la détection danticorps dirigés contre sept glycoprotéines spécifiques à T. solium, et un ELISA pour la détection danticorps dirigés contre le liquide vésiculaire brut de cysticerques (Ab-ELISA), appliqués dans le cadre dune étude épidémiologique (incluant des individus non infestés et infestés avec ou sans symptômes) dans une région endémique de lEquateur. Les performances de lEITB et du B158/B60 Ag-ELISA sont comparables à celles obtenues dans le cadre détudes cliniques. Cependant, cette étude démontre limportance dune définition claire de ce quest « un cas » lorsque lon sadonne à un tel exercice. En effet, la sensibilité et la spécificité de lEITB et du B158/B60 Ag-ELISA sont élevées lorsquil sagit destimer la prévalence dexposition à T. solium (proportion dindividus ayant été en contact avec le parasite durant lannée précédente, avec ou sans établissement de cysticerques et, avec ou sans présence concomitante de cysticerques vivants) et dinfestation par le parasite (proportion dindividus actuellement infestés par des cysticerques vivants), respectivement, mais chutent dans le cas contraire. En conclusion, vu quaucun test parfait nest disponible à ce jour pour le diagnostic de la CC humaine, cette étude propose un outil destimation de la prévalence réelle de la maladie. Cette estimation est essentielle pour lévaluation de limpact de la CC. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Même si lOrganisation Mondiale de la Santé (OMS) a déjà dressé une carte de la distribution globale de la CC due à T. solium, les données concernant celle-ci restent limitées et incomplètes dans beaucoup de régions endémiques du globe. A travers une étude de la littérature et quatre sections expérimentales, cette thèse montre que limpact de la CC porcine et humaine peut être non négligeable. De plus, ce travail permet de décrire de façon quantitative le manque de connaissance sur la maladie et propose quelques outils permettant dy pallier. Le risque de mal interpréter ou dextrapoler à tort des données incomplètes existe. Il pourrait donc être légitime de rejeter toute estimation plus globale de limpact dune maladie qui serait basée sur ces données. Cependant, le manque de données ne devrait pas signifier « estimation impossible » mais devrait plutôt soulever la question suivante: « Comment pouvons-nous y pallier? ». Pour cela, deux approches sont envisageables : (1) une approche prospective visant à développer des techniques plus performantes pour le diagnostic de la taeniose et de la CC et à permettre la collecte de données standardisées dans différentes zones endémiques du monde ; (2) une approche rétrospective ayant pour but dutiliser les données existantes de manière innovatrice, cest-à-dire en utilisant par exemple des modèles de simulation, des modèles bayésiens ou l« élicitation dexpert ». En conclusion, de nouveaux outils diagnostiques et techniques destimation sont en développement et en cours de validation pour pallier au manque de connaissances, aux limitations des protocoles détudes de recherches scientifiques (incluant les restrictions financières, techniques et éthiques) et/ou aux limitations des tests diagnostiques mais, de considérables efforts devraient être fournis afin de mettre ces outils à la disposition des pays en voie de développement et de standardiser les protocoles de recherche pour permettre une estimation globale de limpact de la CC. Une fois disponible, cette estimation pourra aider les décideurs politiques et les bailleurs de fonds à fixer les priorités en termes de lois, services et recherche scientifiques en santé publique et santé publique vétérinaire.

À ce jour, la scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est la déformation rachidienne la plus commune parmi les enfants. Il est bien connu dans le domaine de recherche sur la SIA que les forces mécaniques, en particulier les forces biomécaniques internes dans le système musculosquelettique, pourraient jouer un rôle majeur dans l’initiation et le développement de la maladie. Cependant, les connaissances sur la transformation des forces et des stimulations mécaniques en activité biochimique sont peu abondantes. Cet axe de recherche est très prometteur et peut nous fournir de nouvelles idées dans le dépistage et le traitement de la SIA. Dans le cadre de cette étude, nous visons à caractériser la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA en employant des techniques novatrices aux niveaux in vivo et in vitro. Antérieurement dans notre laboratoire, nous avons démontré que les niveaux d’Ostéopontine (OPN) plasmatique chez l’humain corrèlent avec la progression et la sévérité de la maladie, et que ces changements sont observables avant le début de la scoliose. En plus, selon la littérature, l’OPN est une molécule sensible à la force mécanique, dont l’expression augmente en réponse dans de nombreux types de cellules chez plusieurs espèces. Toutefois, il n’existe aucune preuve que ce résultat soit valide in vivo chez l’humain. L’hétérogénéité physique et biochimique de la SIA pose un gros défi aux chercheurs. Souvent, il est très difficile de trouver des résultats ayant une grande applicabilité. Les études portant sur les facteurs biomécaniques ne font pas exception à cette tendance. En dépit de tout cela, nous croyons qu’une approche basée sur l’observation des contraintes de cisaillement présentes dans le système musculosquelettique pourrait aider à surmonter ces difficultés. Les contraintes de cisaillement physiologique sont générées par des courants de fluide en mouvement à l’intérieur des os. Aussi, elles sont omniprésentes et universelles chez l’humain, peu importe l’âge, le sexe, la condition physique, etc., ce qui veut dire que l’étudier pourrait fort bien avancer nos connaissances en formant une base fondamentale avec laquelle on pourra mieux comprendre les différences quant à la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA par rapport aux sujets sains. Pour ce projet, donc, nous proposons l’hypothèse que les sujets atteints de la SIA se différencient par leurs réponses respectives à la force mécanique au niveau cellulaire (en termes de l’expression génique) ainsi qu’au niveau in vivo (en termes du marqueur OPN et son récepteur, sCD44). Afin de vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant l’aspect in vivo, nous avons recruté une cohorte de patients âgés de 9-17 ans, y compris i) des cas pré-chirurgicaux (angle de Cobb > 45°), ii) des cas modérément atteints (angle de Cobb 10-44°), iii) des témoins, et iv) des enfants asymptomatiques à risque de développer la scoliose (selon nos dépistages biochimiques et fonctionnels) d’âge et sexe appariés. Une pression pulsatile et dynamique avec une amplitude variant de 0-4 psi à 0.006 Hz a été appliquée à un des bras de chacun de nos sujets pour une durée de 90 minutes. Au tout début et à chaque intervalle de 30 minutes après l’initiation de la pression, un échantillon de sang a été prélevé, pour pouvoir surveiller les niveaux d’OPN et de sCD44 circulants chez les sujets. Nous avons découvert que le changement des niveaux d’OPN plasmatique, mais pas des niveaux de sCD44, corrélaient avec la sévérité de la difformité rachidienne chez les sujets, ceux ayant une courbe plus prononcée démontrant une ampleur de réponse moins élevée. Pour vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant la réponse mécanotransductive cellulaire, des ostéoblastes prélevées à 12 sujets ont été mis en culture pour utilisation avec notre appareil (le soi-disant « parallel plate flow chamber »), qui sert à fournir aux ostéoblastes le niveau de contraintes de cisaillement désiré, de manière contrôlée et prévisible. Les sujets étaient tous femelles, âgées de 11-17 ans ; les patients ayant déjà une scoliose possédaient une courbe diagnostiquée comme « double courbe majeure ». Une contrainte fluidique de cisaillement à 2 Pa, 0.5 Hz a été appliquée à chaque échantillon ostéoblastique pour une durée de 90 minutes. Les changements apportés à l’expression génique ont été mesurés et quantifiés par micropuce et qRT-PCR. En réponse à notre stimulation, nous avons trouvé qu’il n’y avait que quelques gènes étant soit différentiellement exprimés, soit inchangés statistiquement dans tous les groupes expérimentaux atteints, en exhibant simultanément la condition contraire chez les témoins. Ces résultats mettent en évidence la grande diversité de la réponse mécanotransductive chez les patients comparés aux contrôles, ainsi qu’entre les sous-groupes fonctionnels de la SIA. Globalement, cette œuvre pourrait contribuer au développement d’outils diagnostiques innovateurs pour identifier les enfants asymptomatiques à risque de développer une scoliose, et évaluer le risque de progression des patients en ayant une déjà. Aussi, dans les années à venir, les profils mécanotransductifs des patients pourraient s’avérer un facteur crucial à considérer cliniquement, particulièrement en concevant ou personnalisant des plans de traitements pour des personnes atteintes. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is the most commonly occurring musculoskeletal deformity among children today. It is generally well accepted in scoliosis research that mechanical forces, especially the internal biomechanical forces of the musculoskeletal system, could well have a major role in the induction and pathogenesis of the disease. However, the process by which mechanical loads or stimuli are converted into biochemical activity (mechanotransduction) has not been explored so deeply. This emerging facet of research in AIS holds much promise for new insights into the disease. Here, we aim to characterize mechanotransduction in scoliosis patients using some novel techniques at both the in vivo and in vitro levels. Previously in our lab, we demonstrated that the level of plasma osteopontin (OPN) and sCD44 in the human body is a strong indicator of disease progression and severity, and that these changes are observable before scoliosis onset. In the literature, OPN in vitro is known to be mechanosensitive, showing upregulation in response to mechanical stress in a variety of cell types across many species. However, to the best of the author’s knowledge, no literature exists as to whether this behaviour carries over in vivo in humans. A major difficulty in AIS research is the heterogeneity of the disease, both physically and biochemically. Because of this, many times it is difficult to find results with wide applicability to patients. Study of biomechanical factors in AIS is no exception. We believe, however, that study of fluid shear stress in the musculoskeletal system may be able to solve this problem for mechanotransduction-related issues in AIS. Native physiological fluid shear stresses in humans are experienced in the musculoskeletal system, caused by fluid movement over cells therein. These fluid shear stresses are omnipresent and universal in all humans, regardless of age, gender, fitness level, etc., which means that studying it could very well go a long way towards establishing a fundamental basis of understanding the differences as to mechanotransduction in scoliosis patients as opposed to normal cases. In this project, then, we advanced the hypothesis that AIS patients are distinguishable in the way they respond to mechanical force at both the cellular level (in terms of gene expression) as well as globally at the in vivo level (in terms of the scoliosis marker OPN and its receptor sCD44). To test the in vivo portion of our hypothesis, we recruited a cohort of patients between the ages of 9-17, each one of which fell into one of 4 subject groups: i) surgical cases (pre-surgery, Cobb angle > 45°), ii) moderately affected cases (Cobb angle 10-44°), iii) controls, or iv) asymptomatic children at risk of developing scoliosis matched for age and gender against healthy controls. A dynamic, pulsatile, compressive pressure of variable amplitude from 0-4 psi at 0.006 Hz was applied to the arm of each subject for a period of 90 minutes. Initially and at intervals of 30 minutes after the start of force application, blood samples were taken in order to monitor circulating plasma OPN and sCD44 levels in subjects. We found that the change of circulating OPN levels, but not sCD44 levels, measured in vivo in response to our mechanical stimulation was statistically significantly correlated to status of spinal deformity severity, with more severely affected subjects demonstrating lower magnitudes of ΔOPN. To test the cellular portion of our hypothesis, osteoblasts from severely affected AIS patients and unaffected controls were cultured for use with our parallel plate flow chamber (PPFC) apparatus setup, which permits application of fluid shear stress patterns to cells in a predictable, controllable manner. Subjects were all females who fell into the 11-17 years age range, with scoliotic patients presenting with double major curves. A dynamic, sinusoidal and oscillatory fluid shear stress pattern was applied to osteoblasts at 2 Pa, 0.5 Hz for 90 minutes. Overall gene expression changes across RNA samples as a result of our stimulation were measured using microarray and qRT-PCR approaches. In response, only a very small number of genes are either mutually differentially expressed or statistically unchanged across all functional scoliotic subgroups while having the opposite condition in the control group, indicating a great degree of difference in terms of mechanotransductive response as compared internally between AIS functional subgroups, as well as between control and AIS patients. Globally, this project’s work may contribute to the development of innovative diagnostic tools to identify asymptomatic children at risk of developing scoliosis, and to assess the risk of curve progression at an early stage in those already affected. Also, in years to come, the mechanotransductive profile of a patient could be another integral factor to weigh, clinically, when considering or designing treatment plans for affected persons.

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Ce travail consiste en l’étude fonctionnelle de la séquence supérieure de la Grotte Mandrin (du 55 au 43ème millénaire) en France méditerranéenne. Dans cette séquence, le niveau Néronien de la Grotte Mandrin apparaît comme une anomalie, tant d’un point de vue technique, que fonctionnel. Sa profusion de pointes, leur caractère non seulement microlithique mais plus encore standardisé m’a amené à réfléchir sur la finalité de ces productions. Quelle est la signification de cette signature associant standardisation et microlithisation réelle au sein d’une unique unité de cette vaste séquence archéologique ? Au travers d’une étude fonctionnelle spécifiquement orientée vers la recherche, la détermination et la compréhension des associations de stigmates d’impact, une méthode d’approche, l’étude impactologique, est ici exposée à partir de la constitution d’un référentiel expérimental original. L’étude impactologique des pointes de Mandrin E révèle qu’au moins 15,5 % d’entre-elles ont été utilisées comme partie vulnérante ou perforante d’arme. Le module extrêmement réduit de ces micro- et nanopointes induit une inertie pondérale particulièrement faible que seul un système de propulsion à très forte énergie cinétique peut compenser. La réflexion a donc porté sur le mode de propulsion employé permettant de rendre effectif et efficace ces pointes de très faible dimension. Les résultats amènent à la conclusion que seul un système de propulsion tel que l’arc a pu compenser la faible énergie cinétique des tous petits éléments impactés découverts à Mandrin E. / This work is an use-wear analysis of the upper sequence of Grotte Mandrin in Mediterranean France (from the 55th to 43rd millennium). In this sequence, the Neronian level of Grotte Mandrin appears as an anomaly, both from a technical and a functional perspective. Its profusion of points and their not only microlithic but also standardized character prompts reflection on the purpose of these productions. What is the meaning of this signature, combining standardization and real microlithization within a single unit of this vast archaeological sequence? Through a functional study specifically oriented toward research, determination and understanding of the associations of impact scars, a method of approach, an impact study, is presented here, and constructed from a systematic, original experiment. An impactological study of the Mandrin E points reveals that at least 15.5% of them were used as weapons. In the absence of any other criteria revealing other functions, and in view of the exceptionally high rate of impacted pieces, we must consider whether all of these small objects belong directly and exclusively to the sphere of armaments. The extreme reduction of these micro- and nanopoints results in a particularly weak inert weight that can only be compensated for by a propulsion system with very high kinetic energy. Attention has therefore been focused on the mode of propulsion used to make these very small, sometimes less than a centimeter, points effective and efficient. The results lead to the conclusion that only a propulsion system such as the bow would be able to offset the low kinetic energy of all of these small impacted elements discovered at Mandrin E.

Objectif : La bronchopneumonie infectieuse (BPI) est une affection des voies respiratoires inférieures due à l’interaction entre des agents microbiens, des facteurs environnementaux et des facteurs propres à l’individu. Malgré des années de recherche, la BPI reste prévalente en élevage de génisses de remplacement et de veaux lourds engendrant des pertes économiques majeures et une forte consommation d’antibiotiques dans ces élevages. Le score clinique respiratoire diagnostique (SCRD), l’auscultation thoracique, l’échographie thoracique et la radiographie thoracique sont des tests couramment utilisés pour détecter la BPI. Cependant, leurs performances diagnostiques actuelles à savoir : leurs facultés à détecter les veaux malades (sensibilité; Se) et leurs facultés à détecter les veaux non malades (spécificité; Sp) sont sous-optimales pour détecter adéquatement les veaux de race laitière nécessitant d’être traités avec des antibiotiques et/ou des anti-inflammatoires. L’objectif général de cette thèse était donc d’améliorer les stratégies de détection du statut actif de la BPI, statut nécessitant un traitement (d’antibiotiques et/ou d’anti-inflammatoires), afin, d’une part, de mieux diagnostiquer les veaux malades, diminuer les impacts économiques de la maladie et améliorer le bien-être des veaux ; et d’autre part, favoriser l’emploi judicieux des antibiotiques en traitant uniquement les veaux qui en ont besoin. Pour répondre à cet objectif général, 3 sous-objectifs spécifiques ont été définis : (1) développer un SCRD, en identifiant et validant les signes cliniques avec une bonne répétabilité interopérateurs pour diagnostiquer le statut actif de la BPI à l’échelle individuelle et populationnelle; (2) Améliorer les stratégies diagnostiques des tests d’imagerie médicale en comparant l’échographie et la radiographie thoracique pour détecter les lésions pulmonaires et le statut actif de la BPI; (3) Améliorer l’échographie thoracique en standardisant la technique (ajout ou non du lobe crânial droit) et l’interprétation (seuil de profondeur) afin d’en optimiser ces performances pour détecter le statut actif de la BPI. Méthodes : (1) 800 veaux lourds de 80 lots ont été filmés à l’aide d’une caméra portative lors de leur évaluation clinique. Différentes séquences vidéo ont été aléatoirement sélectionnées et soumises à un panel d’évaluateur constitué de producteurs de veaux lourds, techniciens et médecins vétérinaires. La variabilité interopérateurs de chaque signe clinique a été évaluée. Les signes cliniques ayant la meilleure répétabilité ont été retenus pour le développement et la validation d’un SCRD en utilisant un modèle bayésien d’analyse de classe latente. Enfin, des stratégies diagnostiques des BPI au niveau populationnel ont été développées; (2) 50 veaux hospitalisés ont reçu une échographie et une radiographie thoracique. La tomodensitométrie thoracique (CT scan) a été utilisé comme gold standard pour vérifier les individus positifs à l’un des deux tests. Les performances des deux tests ont été comparées pour détecter d’abord les lésions pulmonaires en comparant avec les résultats du CT scan, puis le statut actif de la BPI défini par trois experts; (3) la Se et la Sp pour diagnostiquer le statut actif de BPI de différents sites d’échographie thoracique et différents seuils de profondeur de consolidation pulmonaire ont été évalués à l’aide de modèles utilisant une analyse bayésienne à classe latente dans une population de génisse de remplacement et une population de veaux lourds. Résultats : (1) La position des oreilles et la toux induite étaient les signes cliniques de BPI les plus répétables. Le SCRD développé et validé consiste à évaluer ces deux signes cliniques ainsi que la température rectale (anormale T≥ 39.5◦C) sur 10 veaux d’un lot, deux semaines après leur arrivée en parc d’engraissement. La présence de 3 veaux avec deux de ces prédicteurs implique que le lot a 94 % de chance d’avoir une prévalence du statut actif de BPI ≥ 0.10. Avec moins de 3 veaux, le lot à 95 % de chance de ne pas avoir une prévalence ≥ 0.10; (2) Pour détecter les lésions pulmonaires, les Se et Sp de l’échographie thoracique étaient de 0,81 (intervalle de crédit bayésien à 95 % (ICB95%): 0,65; 0,92) et 0,90 (ICB95 %: 0,81; 0,96), respectivement. Les Se et Sp de la radiographie thoracique étaient de 0,86 (ICB95%: 0,62; 0,99) et 0,89 (ICB95%: 0,67; 0,99), respectivement. Pour détecter le statut actif de la BPI, les Se et Sp de l’échographie thoracique étaient de 0,84 (intervalle de confiance à 95% (IC95%): 0,60; 0,97) et 0,74 (IC95 %: 0,57; 0,86), respectivement. La Se et Sp de la radiographie thoracique étaient de 0,89 (IC95%: 0,67; 0,99) et 0,58 (IC95%: 0,39; 0,75), respectivement. Aucune différence n’était présente entre les deux tests pour détecter les lésions pulmonaires ou le statut actif de BPI; (3) La détection échographique de lésions de consolidation pulmonaire des sites caudaux au cœur avec une profondeur ≥ 3 cm conclut à la présence du statut actif de BPI avec une Se de 0,89 (ICB95%: 0,55; 1,00) et une Sp de 0,95 (ICB95%: 0,92; 0,98). Conclusion : Dans cette thèse, nous avons amélioré les stratégies diagnostiques pour détecter les veaux à traiter de BPI. L’utilisation de ces résultats pour élaborer des algorithmes décisionnels devrait ultimement permettre de diminuer les pertes économiques et de raffiner l’utilisation d’antibiotiques. / Objectives: Infectious bronchopneumonia (BPI) is the infection of the lower respiratory tract implying an interaction between microbial agents, environment, and host. Despite decades of research, BPI remains omnipresent in dairy and veal calves, responsible for major economic losses and antimicrobial consumption. Clinical respiratory scoring system (CRSC), lung auscultation, thoracic ultrasonography, and thoracic radiography are the most popular tests used to detect BPI in calves. However, the sensitivity (Se) (i.e., faculty to detect sick calves) and the specificity (Sp) (i.e., faculty to detect healthy calves) are suboptimal to accurately detecting dairy and veal calves to treat. Our main objective was to improve the diagnostic strategies to detect active BPI (BPI status needed a treatment) in order to: firstly, better diagnose sick calves, reduce BPI economic losses and improve calves’ welfare; secondly, reduce antimicrobial consumption by treating only calves that need it. For this purpose, three sub-objectives have been defined: (1) develop and validate a CRSC including inter-operator reliable respiratory clinical signs to detect active BPI at calf-level and group level; (2) compare thoracic ultrasonography and thoracic radiography to detect lung lesions and active BPI; (3) standardize thoracic ultrasonography technique (sites to ultrasound) and interpretation (lung consolidation depth threshold) to promote thoracic ultrasonography Se and Sp to detect active BPI. Methods: (1) 800 veal calves from 80 batches were filmed with a portative camera during their clinical exam. Videos were randomly selected and assessed by producers, technicians, and veterinarians. The reliability of each respiratory clinical sign was assessed. The most reliable respiratory clinical signs were kept in order to develop and validate a CRSC using latent class Bayesian analysis. Batch-level diagnostic strategies were developed; (2) Fifty hospitalized calves underwent thoracic ultrasonography and thoracic radiography. Thoracic tomography (CT scan) was used as a gold standard to check positive calves on one of both tests. Se and Sp of both tests were compared to detect lung lesions and active BPI defined by three experts; (3) Se and Sp of different ultrasound sites and different lung consolidation depth thresholds were estimated to detect active BPI using latent class Bayesian analysis in both dairy calves and veal calves’ populations. Results: (1) Ear droop/head tilt and induced cough were the most reliable respiratory clinical signs. The CRSC developed and validated implies assessing those clinical signs with rectal temperature (abnormal T≥ 39.5◦C) in 10 calves from a batch at two weeks after arriving at the fattening unit. Having two abnormal characteristics of those predictors in three calves implies that a batch has 94% of having an active BPI prevalence ≥ 0.10. A batch with <3 positive calves on 10 has 95% of not having an active BPI prevalence ≥ 0.10; (2) For detecting lung lesions, the Se and Sp of thoracic ultrasonography were 0.81 (95% Bayesian credible interval (95%BCI): 0.65; 0.92) and 0.90 (95%BCI: 0.81; 0.96), respectively. The Se and Sp of thoracic radiography were 0.86 (95%BCI: 0.62; 0.99) and 0.89 (95%BCI: 0.67; 0.99), respectively. For detecting active BPI, the Se and Sp of thoracic ultrasonography were 0.84 (95% confidence interval (95%CI): 0.60; 0.97) and 0.74 (95%CI: 0.57; 0.86), respectively. The Se and Sp of thoracic radiography were 0.89 (95%CI: 0.67; 0.99) and 0.58 (95%CI: 0.39; 0.75), respectively. There was no difference between both tests to detect both lung lesions and active BPI; (3) Thoracic ultrasonography of the sites caudal of the heart with a depth lung consolidation ≥ 3 cm has a Se of 0.89 (95%BCI: 0.55; 1.00) and a Sp of 0.95 (95%BCI: 0.92; 0.98). Conclusion: We improved diagnostic strategies to detect active BPI in this thesis. Using our results to elaborate decisional algorithms would reduce economic losses and antimicrobial consumption of BPI in dairy and veal calves.

Ces travaux visent à étendre les applications de la résonance de plasmons de surface (SPR) L’objectif est d’offrir des outils diagnostics plus rapides, efficaces et simple d’utilisation pour diagnostiquer ou effectuer le suivi de conditions cliniques. Pour se faire, un nouveau type d’instrumentation SPR basé sur l’utilisation d’un prisme d’inversion (dove) a permis d’atteindre une limite de détection (LOD) de 10-6 unité d’indice de réfraction (RIU), une valeur comparable aux instruments commerciaux complexes tout en demeurant peu dispendieux, robuste et simple d’utilisation. Les travaux présentés dans cet ouvrage visent, dans un second temps, à réduire les interactions nonspécifiques (NSB) entre la surface des biocapteurs SPR et les composants de la matrice biologique complexe telles que: l’urine, le lysat cellulaire, le sérum et le sang. Ces dernières induisent des réponses empêchant l’utilisation de biocapteurs SPR en milieux complexes. Les acides aminés (AA) offrent une grande variété de propriétés physico-chimiques permettant la mise au point de monocouches auto-assemblées (SAM) aux propriétés diverses. Initialement, 19 des 20 acides aminés naturels ont été attachés à l’acide 3-mercaptopropionique (3-MPA) formant des SAMs peptidomimétiques. La quantité d’interactions nonspécifiques engendrées par ces différentes surfaces a été mesurée en exposant ces surfaces au sérum sanguin bovin complet variant de 400 ng/cm² jusqu’à 800 ng/cm². La détection à l’aide de ces surfaces de la β-lactamase (une enzyme responsable de la résistance aux antibiotiques au niveau μM) a démontré la possibilité d’employer ces surfaces pour bâtir des biocapteurs SPR. Des peptides de longueur allant de 2 à 5 résidus attachés à 3-MPA ont été synthétisés sur support solide. Cette étude a démontré que l’augmentation de la longueur des peptides formés d’AA résistants aux NBS accroit leur résistance jusqu’à 5 résidus. Le composé le plus performant de ce type (3-MPA-(Ser)5-OH) a permis d’atteindre 180 ng/cm². Cette valeur est similaire à celle des meilleures surfaces disponibles commercialement, notamment les surfaces de polyethylène glycol (PEG) à 100 ng/cm². Des surfaces de 3-MPA-(Ser)5-OH ont permis l’étalonnage de la β-lactamase et sa quantification directe dans un lysat cellulaire. La LOD pour ces biocapteurs est de 10 nM. Une troisième génération de surfaces peptidiques binaires a permis la réduction de la NSB jusqu’à un niveau de 23±10 ng/cm² une valeur comparable aux meilleures surfaces disponibles. Ces surfaces ont permis l’étalonnage d’un indicateur potentiel du cancer la metalloprotéinase-3 de matrice (MMP-3). Les surfaces formées de peptides binaires (3-MPA-H3D2-OH) ont permis la quantification directe de la MMP-3 dans le sérum sanguin complet. Une quatrième génération de surfaces peptidiques a permis de réduire davantage le niveau de NSB jusqu’à une valeur de 12 ± 11 ng/cm². Ces surfaces ont été modifiées en y attachant une terminaison de type acide nitriloacétique (NTA) afin d’y attacher des biomolécules marquées par six résidus histidines terminaux. Ces surfaces ont permis le développement d’une méthode rapide de balayage des ligands ciblant le « cluster of differenciation-36 » (CD36). L’étude d’électroformation des monocouches de peptide a permis de déterminer les conditions de formation optimales d’une couche de 3-MPA-HHHDD-OH permettant ainsi la formation de monocouches résistantes au NSB en moins de 6 minutes en appliquant un potentiel de formation de 200mV vs Ag/AgCl. / The work presented in this thesis aims to extend the use of surface plasmon resonance (SPR) biosensors to generate more rapid, cost efficient and simple to use diagnostic tools to diagnose or follow serious medical conditions. This task required the development of a new SPR instrument that relies on an inversion prism (dove) and is able to reach a limit of detection (LOD) in the 10-6 refractive index unit (RIU) range, a value comparable to more complex commercial instruments. The developed SPR instrumentation is inexpensive, robust and very simple to manipulate. The other work presented in this thesis is based on reducing nonspecific interactions between the surface of SPR sensors and components in biological matrices such as urine, cell lysate, serum and whole blood. These nonspecific interactions induce SPR responses that have typically prohibited the use of SPR in these complex matrices. Amino acidshavebeen investigated for reduction of nonspecific binding (NSB) because they offer a wide variety of physico-chemical properties capable of tuning the physical properties of surfaces in a self-assembled monolayer (SAM) format. Initially, the attachment of one of 19 physiological 20 amino acids to 3-mercaptopropionic acid (3-MPA) allowed the formation of amino acid SAMs. Exposure of these surfaces to bovine serum revealed nonspecific interactions ranging from 400 ng/cm² to 800 ng/cm². Detection assays for β-lactamase (an enzyme produced by drug resistant bacteria at a micromolar level) demonstrated that the amino acid SAM is suitable for SPR biosensing. By using a solid phase approach, peptides were of 2 to 5 residues were synthesized to investigate NSB properties. The result of this study showed that adding amino acids decreased nonspecific interactions up to a peptide length of 5 amino acids. The best performing peptide, 3-MPA-(Serine)5-OH, resulted in low nonspecific adsorption of bovine serum proteins to a level of 180 ng/cm². This value is similar to nonspecific adsorption obtained under identical conditions for one of the best reported surfaces: polyethylene glycol-based SAMs at 100 ng/cm². The 3-MPA-(Serine)5-OH based SAM was used to calibrate β-lactamase, leading to its direct quantification in crude cell lysate. The detection limit for this analyte was 10 nM. A third generation of peptide, which is binary patterned, decreased significantly nonspecific adsorption to a level as low as 23 ± 10 ng/cm², a value comparable to the best surfaces known. This surface SAM allowed the calibration of matrix metalloproteinase-3 (MMP-3), a potential indicator of cancer. Direct quantification assays of MMP-3 in whole blood serum were achieved with the binary patterned peptides developed. The LOD for MMP-3 was 0.2nM over a 50 nM linear domain. A fourth generation of peptide based surfaces was developed, reducing the level of nonspecific adsorption of blood serum proteins to 12 ± 11 ng/cm2. These new surfaces were modified to attach His-tagged biomolecules enabling rapid screening of small ligands targeting the Cluster of differentiation-36 (CD36). Finally, the electroformation of peptide monolayers was studied to determine the optimal conditions needed to form an ultralow biofouling surface. It was demonstrated that the difference in potential applied during the formation of a peptide based layer influences the kinetics of formation and the arrangement of this layer. An optimal layer of 3-MPA-HHHDD-OH could be obtained in less than 6 min by applying a potential of 200mV vs Ag/AgCl to the SPR sensor.

L’Adénocarcinome Canalaire Pancréatique (ACP), la forme majeure de cancer du pancréas, est un des cancers les plus mortels du fait de son agressivité d’invasion locale et de dissémination vasculaire et de l’absence de méthode de détection précoce de la maladie. Nous avons développé un nouveau modèle d’invasion in vivo, sur la membrane chorio-allantoïdienne de l’embryon de poulet, permettant d’analyser les mécanismes d’interactions entre les cellules tumorales pancréatiques et leur microenvironnement. Nous avons montré que dans ce modèle les gènes codant pour les protéines sécrétées nétrine-1 et CXCL4L1/PF4v1 sont surexprimés dans les cellules tumorales au cours du processus d’invasion et que cette surexpression est également retrouvée dans les échantillons de patients humains. Nos études fonctionnelles ont indiqué que la nétrine-1 et CXCL4L1 pourrait jouer le rôle de régulateurs de la progression tumorale selon le modèle suivant : a) la chimiokine CXCL4L1 exercerait de façon paracrine une activité angiostatique sur les cellules endothéliales de l’ACP alors que b) la nétrine-1 aurait une activité pro-tumorale en agissant à la fois sur les cellules tumorales et sur les cellules endothéliales. Ces résultats ont permis d’une part de valider notre modèle en confirmant que les gènes surexprimés sélectionnés peuvent être impliqués dans la progression tumorale chez les patients. D’autre part, notre étude a permis de démontrer que les protéines CXCL4L1 et nétrine-1 constituent de nouvelles cibles thérapeutiques et/ou diagnostiques potentielles pour le cancer du pancréas. / Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC), the major form of pancreatic cancer, is one of the deadliest cancers because of its propensity for local invasion and vascular dissemination and the lack of early diagnostic strategy. We have developed a new in vivo invasion model, on the chick embryo chorioallantoic membrane, allowing the analyze of mechanisms governing interactions between pancreatic tumor cells and their host microenvironment. We showed in its model that the genes encoding netrin-1 and CXCL4L1/PF4v1 secreted proteins are up-regulated in tumor cells in the course of the invasion process and we confirmed these up-regulation was also observed in human patients. Our functional studies indicated that netrin-1 and CXCL4L1 may play regulator roles in tumor progression according to the following model: a) CXCL4L1 chimiokine may have an angiostatic activity on endothelial cells by a paracrine mechanism of action whereas b) netrin-1 may have a pro-tumoral activity by acting on both endothelial and tumor cells. These results allowed in one hand to validate our model by showing that selected up-regulated genes may be involved in PDAC progression in human patients. On the other hand, our work provided evidence that CXCL4L1 and netrin-1 constitute new potential therapeutic and/or diagnostic targets for pancreatic cancer.

Introduction – La place des tests de diagnostic rapide (TDR) et des règles de décision cliniques (RDC) pour le diagnostic des pharyngites à streptocoque du groupe A (SGA) chez l’enfant varie selon les recommandations internationales en raison de doutes sur la stabilité des performances diagnostiques du TDR et d’une validation insuffisante des RDC. Méthodes – Dans une étude prospective multicentrique (n=17) ambulatoire réalisée au sein du réseau clinique pédiatrique ACTIV de 2009 à 2011, 1776 enfants avec pharyngite ou sains ont été soumis à des prélèvements de gorge pour réaliser un TDR et une mise en culture (test de référence). Nous avons étudié l’effet indépendant de variables liées aux patients et aux médecins sur les performances diagnostiques du TDR, exploré systématiquement les faux-Positifs (FP) du TDR et réalisé une validation externe et une comparaison des RDC existantes. Résultats – La sensibilité du TDR (en moyenne 87%) variait selon la présentation clinique (âge, signes cliniques), l’inoculum bactérien et le phénomène de portage (paramètres aussi liés entre eux), et selon des variables liées aux médecins (dont le type d’activité clinique). La valeur prédictive négative du TDR était élevée (autour de 90%) et stable. Les FP du TDR étaient positifs pour le SGA en PCR. Aucune RDC n’était satisfaisante en termes de calibration et de discrimination. Conclusion – Le TDR est suffisant pour le diagnostic de pharyngite à SGA si les cliniciens évaluent leurs propres performances et les améliorent si besoin. Aucune RDC ne peut être recommandée en pratique clinique en pédiatrie. / Background – The roles of rapid antigen detection tests (RADT) and clinical prediction rules (CPR) for the diagnosis of group A streptococcus (GAS) in children with pharyngitis vary across international clinical guidelines. This might be related to unstable diagnostic accuracy of RADTs and insufficient validation of CPRs. Methods – In a prospective multicenter (n=17) office-Based study that took place in France within the ACTIV network between 2009 and 2011, 1776 children with pharyngitis or healthy controls underwent throat swabs to perform a RADT and a throat culture (reference standard). We assessed the independent effect of patient- and physician-Level characteristics on the accuracy of a RADT, systematically re-Analyzed RADT false-Positive results, and externally validated and compared existing CPRs. Results – RADT sensitivity (overall 87%) varied according to clinical signs and symptoms, bacterial inoculum size and GAS throat carriage (factors also related to each other), and according to physician-Level characteristics (including type of clinical practice). RADT negative predictive value was high (about 90%) and stable. RADT false-Positives were positive for GAS when using a new PCR technique. No CPR had sufficient performances regarding calibration and discrimination. Conclusions – RADTs are sufficient for diagnosing GAS pharyngitis if clinicians accept diagnostic accuracy monitoring and adequate training when needed. No CPR can be recommended for use in pediatrics.

Ces travaux visent à étendre les applications de la résonance de plasmons de surface (SPR) L’objectif est d’offrir des outils diagnostics plus rapides, efficaces et simple d’utilisation pour diagnostiquer ou effectuer le suivi de conditions cliniques. Pour se faire, un nouveau type d’instrumentation SPR basé sur l’utilisation d’un prisme d’inversion (dove) a permis d’atteindre une limite de détection (LOD) de 10-6 unité d’indice de réfraction (RIU), une valeur comparable aux instruments commerciaux complexes tout en demeurant peu dispendieux, robuste et simple d’utilisation. Les travaux présentés dans cet ouvrage visent, dans un second temps, à réduire les interactions nonspécifiques (NSB) entre la surface des biocapteurs SPR et les composants de la matrice biologique complexe telles que: l’urine, le lysat cellulaire, le sérum et le sang. Ces dernières induisent des réponses empêchant l’utilisation de biocapteurs SPR en milieux complexes. Les acides aminés (AA) offrent une grande variété de propriétés physico-chimiques permettant la mise au point de monocouches auto-assemblées (SAM) aux propriétés diverses. Initialement, 19 des 20 acides aminés naturels ont été attachés à l’acide 3-mercaptopropionique (3-MPA) formant des SAMs peptidomimétiques. La quantité d’interactions nonspécifiques engendrées par ces différentes surfaces a été mesurée en exposant ces surfaces au sérum sanguin bovin complet variant de 400 ng/cm² jusqu’à 800 ng/cm². La détection à l’aide de ces surfaces de la β-lactamase (une enzyme responsable de la résistance aux antibiotiques au niveau μM) a démontré la possibilité d’employer ces surfaces pour bâtir des biocapteurs SPR. Des peptides de longueur allant de 2 à 5 résidus attachés à 3-MPA ont été synthétisés sur support solide. Cette étude a démontré que l’augmentation de la longueur des peptides formés d’AA résistants aux NBS accroit leur résistance jusqu’à 5 résidus. Le composé le plus performant de ce type (3-MPA-(Ser)5-OH) a permis d’atteindre 180 ng/cm². Cette valeur est similaire à celle des meilleures surfaces disponibles commercialement, notamment les surfaces de polyethylène glycol (PEG) à 100 ng/cm². Des surfaces de 3-MPA-(Ser)5-OH ont permis l’étalonnage de la β-lactamase et sa quantification directe dans un lysat cellulaire. La LOD pour ces biocapteurs est de 10 nM. Une troisième génération de surfaces peptidiques binaires a permis la réduction de la NSB jusqu’à un niveau de 23±10 ng/cm² une valeur comparable aux meilleures surfaces disponibles. Ces surfaces ont permis l’étalonnage d’un indicateur potentiel du cancer la metalloprotéinase-3 de matrice (MMP-3). Les surfaces formées de peptides binaires (3-MPA-H3D2-OH) ont permis la quantification directe de la MMP-3 dans le sérum sanguin complet. Une quatrième génération de surfaces peptidiques a permis de réduire davantage le niveau de NSB jusqu’à une valeur de 12 ± 11 ng/cm². Ces surfaces ont été modifiées en y attachant une terminaison de type acide nitriloacétique (NTA) afin d’y attacher des biomolécules marquées par six résidus histidines terminaux. Ces surfaces ont permis le développement d’une méthode rapide de balayage des ligands ciblant le « cluster of differenciation-36 » (CD36). L’étude d’électroformation des monocouches de peptide a permis de déterminer les conditions de formation optimales d’une couche de 3-MPA-HHHDD-OH permettant ainsi la formation de monocouches résistantes au NSB en moins de 6 minutes en appliquant un potentiel de formation de 200mV vs Ag/AgCl. / The work presented in this thesis aims to extend the use of surface plasmon resonance (SPR) biosensors to generate more rapid, cost efficient and simple to use diagnostic tools to diagnose or follow serious medical conditions. This task required the development of a new SPR instrument that relies on an inversion prism (dove) and is able to reach a limit of detection (LOD) in the 10-6 refractive index unit (RIU) range, a value comparable to more complex commercial instruments. The developed SPR instrumentation is inexpensive, robust and very simple to manipulate. The other work presented in this thesis is based on reducing nonspecific interactions between the surface of SPR sensors and components in biological matrices such as urine, cell lysate, serum and whole blood. These nonspecific interactions induce SPR responses that have typically prohibited the use of SPR in these complex matrices. Amino acidshavebeen investigated for reduction of nonspecific binding (NSB) because they offer a wide variety of physico-chemical properties capable of tuning the physical properties of surfaces in a self-assembled monolayer (SAM) format. Initially, the attachment of one of 19 physiological 20 amino acids to 3-mercaptopropionic acid (3-MPA) allowed the formation of amino acid SAMs. Exposure of these surfaces to bovine serum revealed nonspecific interactions ranging from 400 ng/cm² to 800 ng/cm². Detection assays for β-lactamase (an enzyme produced by drug resistant bacteria at a micromolar level) demonstrated that the amino acid SAM is suitable for SPR biosensing. By using a solid phase approach, peptides were of 2 to 5 residues were synthesized to investigate NSB properties. The result of this study showed that adding amino acids decreased nonspecific interactions up to a peptide length of 5 amino acids. The best performing peptide, 3-MPA-(Serine)5-OH, resulted in low nonspecific adsorption of bovine serum proteins to a level of 180 ng/cm². This value is similar to nonspecific adsorption obtained under identical conditions for one of the best reported surfaces: polyethylene glycol-based SAMs at 100 ng/cm². The 3-MPA-(Serine)5-OH based SAM was used to calibrate β-lactamase, leading to its direct quantification in crude cell lysate. The detection limit for this analyte was 10 nM. A third generation of peptide, which is binary patterned, decreased significantly nonspecific adsorption to a level as low as 23 ± 10 ng/cm², a value comparable to the best surfaces known. This surface SAM allowed the calibration of matrix metalloproteinase-3 (MMP-3), a potential indicator of cancer. Direct quantification assays of MMP-3 in whole blood serum were achieved with the binary patterned peptides developed. The LOD for MMP-3 was 0.2nM over a 50 nM linear domain. A fourth generation of peptide based surfaces was developed, reducing the level of nonspecific adsorption of blood serum proteins to 12 ± 11 ng/cm2. These new surfaces were modified to attach His-tagged biomolecules enabling rapid screening of small ligands targeting the Cluster of differentiation-36 (CD36). Finally, the electroformation of peptide monolayers was studied to determine the optimal conditions needed to form an ultralow biofouling surface. It was demonstrated that the difference in potential applied during the formation of a peptide based layer influences the kinetics of formation and the arrangement of this layer. An optimal layer of 3-MPA-HHHDD-OH could be obtained in less than 6 min by applying a potential of 200mV vs Ag/AgCl to the SPR sensor.

L'encéphalomyélite myalgique (EM) est une maladie chronique complexe et hétérogène dont l'étiologie et la physiopathologie restent mal comprises. Cette maladie comporte une multitude de symptômes et se caractérise par une fatigue constante inexpliquée, non soulagée par le repos et un malaise post-effort (MPE), qui se traduit par une aggravation des symptômes à la suite d’une activité physique ou cognitive minimale. Bien que le MPE soit le symptôme caractéristique de l'EM, plusieurs symptômes peuvent varier au fil du temps selon les personnes affectées en termes de fréquence et d'intensité. Environ 60 % des personnes atteintes d'EM souffrent d’une dysautonomie, plus fréquemment d’une intolérance orthostatique (IO) et, souvent, d’un syndrome de tachycardie orthostatique posturale (STOP). L’IO et le STOP sont déclenchés par un changement de position de couché à debout et sont aggravés par le MPE. Les patients gravement atteints par l’EM sont confinés à la maison et souvent cloués au lit. L'EM est une maladie qui affecte globalement des millions de personnes, incluant plus de 500,000 Canadiens. Cependant, le nombre de personnes souffrant de cette maladie pourrait en fait être une sous-représentation de la réalité car environ 84 à 91 % d’entre elles ne sont toujours pas diagnostiquées. Le diagnostic de l’EM est difficile en raison du manque de biomarqueurs validés et du chevauchement dans les symptômes avec d'autres maladies telles que la fibromyalgie (FM). La FM est une autre maladie chronique dont l'étiologie demeure inconnue avec une prévalence d'environ 2 à 3 % de la population et présente plusieurs symptômes en commun avec l'EM, tels que la fatigue, les problèmes de sommeil et les troubles cognitifs. Alors que l'EM est davantage caractérisée par la MPE, la FM est associée aux douleurs chroniques, à un faible seuil de douleur et à une sensibilité musculaire. Avec des preuves à l’appui et compte tenu de la nature hétérogène de l’EM, il est reconnu que la pathogénèse de cette maladie est le résultat d’une combinaison de facteurs. D’abord, il y a les prédispositions génétiques, car souvent plusieurs membres de la famille sont atteints. Ensuite, il y a les expositions environnementales telles que les toxines, les moisissures, l’exposition aux métaux lourds (mercure, arsenic, etc.). De plus, les infections par des agents pathogènes viraux (H1N1, EBV, etc.) ou bactériens (Borrelia burgdorferi), ainsi que des stress majeurs peuvent jouer un rôle comme agent déclencheur dans la maladie. Les microARN (miARN) sont une classe de petits ARN non codants qui possèdent la capacité de réguler l'expression de plusieurs gènes et ont donc un impact considérable sur les fonctions physiologiques. Il est important de noter que l’expression de nombreux miARN est modulée par les facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux. Nous proposons que les miARN jouent un rôle dans la pathogenèse de l'EM en modulant plusieurs voies physiologiques dont la réponse au stress. L'objectif général de cette thèse était d'examiner le rôle des miARN dans la physiopathologie de l'EM et leur contribution dans la variabilité et à la gravité des symptômes. Dans le premier article, nous avions pour objectif d’identifier les miARN impliqués dans l’EM. Ceci nous a conduit à découvrir 11 miARN circulants qui sont dérégulés et associés au MPE déclenché par l'application d'une provocation standardisée. Basé sur les changements d’expression de ces miARN après un stress appliqué provoquant un MPE chez les participants EM, nous avons pu créer un algorithme capable de différentier avec succès les individus EM des témoins sains. De plus, en utilisant le regroupement k-means, nous avons identifié quatre sous-groupes distincts de patients atteints d'EM présentant des profils de miARN et une gravité de la maladie différents. Parmi les 11 miARN identifiés, l'expression dérégulé de hsa-miR-29a-3p, hsa-miR-150-5p et hsa-miR-374b-5p avait été précédemment associée à la FM dans la population norvégienne. L'objectif du deuxième article était d'évaluer les niveaux d'expression des 11 miARN associés à l'EM chez les patients atteints de FM ainsi que chez ceux présentant un diagnostic comorbide d'EM et de FM (EM+FM). Nous avons observé des signatures d'expression différentielles des 11 miARN entre les individus EM, FM et EM+FM. Ces résultats nous ont permis de développer un modèle de prédiction basé sur une approche d’apprentissage automatique, capable de différentier les maladies EM et FM. L'un des miARN identifiés dans notre panel diagnostic d’EM, hsa-miR-150-5p, est prédit de réguler l'expression du gène SLC6A2 codant pour le transporteur de norépinephrine (NET). L’inactivation du transporteur NET a été mise en évidence par la découverte de mutations inactivatrices associées à une forme familiale rare de STOP ce qui n’est pas le cas pour la majorité des personnes atteintes de STOP. Néanmoins, chez ces personnes le niveau de la protéine NET et son expression sont souvent réduites. L'objectif du troisième manuscrit était d'étudier l'implication de miR-150-5p dans le STOP et IO survenant chez les personnes souffrant d'EM, EM+FM et STOP sans EM ni FM. Dans cette étude, nous avons confirmé une élévation du taux plasmatique de norépinephrine chez les participants atteints de STOP (avec et sans EM), suggérant une réduction de la protéine NET. Parmi les patients atteints d'EM avec STOP/IO et les patients STOP uniquement (sans EM), nous avons déterminé un mécanisme double par lequel le STOP est déclenché, centré sur deux profils distincts impliquant des taux plasmatiques faibles et élevés de miR-150-5p. Nous avons réalisé des expériences in vitro permettant de moduler les niveaux d’expression du miR-150-5p dans la lignée cellulaire SH-SY5Y, et mis en évidence une augmentation de l'expression du gène SLC6A2 suggérant un mécanisme indirect impliquant une réduction significative dans les niveaux de protéine EZH2, un puissant répresseur transcriptionnel de SLC6A2 et une autre cible confirmée de miR-150-5p. Dans cette thèse, nous avons identifié un panel diagnostic constitué de 11 miARN circulants qui, grâce à une combinaison d'un test d'effort, peuvent aider au diagnostic des individus atteints d'EM et révéler de nouvelles informations sur la physiopathologie de l'EM. De plus, ce panel de miARN peut être utilisé pour différentier les conditions de EM, FM et EM+FM, ce qui est vital pour la compréhension de la physiopathologie de chaque maladie. Finalement, nous proposons un nouveau mécanisme par lequel l'altération de miR-150-5p peut déclencher le STOP/IO chez les individus atteints d'EM, EM+FM ainsi que chez ceux souffrant de STOP sans EM. Le diagnostic précis des individus à l'aide des miARNs en tant que biomarqueurs aidera à déterminer des mesures préventives, à établir des traitements efficaces et à identifier des cibles thérapeutiques pour la maladie EM par une manipulation directe ou indirecte de l'expression des miARN. / Myalgic encephalomyelitis (ME) is a complex chronic heterogeneous illness whose etiology and pathophysiology remain poorly understood. This disease has a multitude of symptoms, and it is characterised by unexplained constant fatigue unrelieved by rest and post-exertional malaise (PEM), which is reported as a worsening of symptoms following a minimal physical or cognitive activity. While PEM is the hallmark symptom of ME, some symptoms can vary overtime among affected individuals in frequency and intensity. About 60% of people with ME experience autonomic dysfunctions often refereed as dysautonomia and can result in orthostatic intolerance (OI) and in some cases in Postural Orthostatic Tachycardia Syndrome (POTS). Both OI and POTS are triggered by a change of position from supine to standing and are worsened by PEM. Severely affected patients are housebound and often bedridden. ME is common in all populations and it is known to affect over 500,000 Canadians. However, the number of people suffering from this disease may be in fact an underrepresentation of the reality because about 84-91% remain undiagnosed. Diagnosis is challenging due to a lack of validated biomarkers and overlap in symptoms with other diseases such as Fibromyalgia (FM). FM is another chronic illness with unknown etiology with a prevalence of about 2-3% of the population and has several common symptoms with ME such as fatigue, sleep problems and cognitive impairment. While ME is more characterised by PEM, FM is associated with more chronic pain, low pain threshold and muscle tenderness. With supporting evidence and the heterogeneous nature of ME, it is evident that the pathophysiology of this disease includes a combination of factors. First of all, there are predisposing genetic factors since it is common to observe several affected family members. Then, there are environmental exposures such as toxins, mold, exposure to heavy metals (mercury, arsenic, etc.). In addition, viral pathogen infections (H1N1, EBV, etc.) or bacterial infections (Borrelia burgdorferi) as well as major stress can play a role as a triggering agent in the disease. MicroRNAs (miRNAs) are a class small non-coding RNAs that possess the ability to regulate the expression of several genes and therefore greatly impact physiological functions. Of note, the expression of many miRNAs is modulated by genetic, epigenetic, and environmental factors. We propose that miRNAs play a role in the pathogenesis of ME by modulating several physiological pathways particularly in response to stress. The general objective of this thesis was to examine the role of miRNAs in the pathophysiology of ME and their contribution to symptom variability, and severity. In firstly paper, we aimed to determine the miRNAs involved in ME disease. We have identified using microarray technology and confirmed by qPCR a panel of 11 circulating miRNAs that are deregulated and associated with PEM in response triggered by the application of a standardized provocation maneuver. Based on the changes of those miRNAs due to the applied stress test that provokes PEM in ME participants, we were able to create an algorithm capable of successfully differentiate ME individuals from healthy controls (HC). In addition, using k-means clustering, we have identified four distinct subgroups of ME patients with different miRNA profiles and severity of the disease. Among the selected 11 miRNAs, hsa-miR-29a-3p, hsa-miR-150-5p and hsa-miR-374b-5p downregulated expression was previously associated with FM in the Norwegian population. The objective of the second paper was to investigate the expression levels of the 11 associated miRNAs with ME in FM patients as well as those with a comorbid diagnosis of ME and FM (ME+FM). We observed differential expression signatures of the 11 miRNAs between ME, FM and ME+FM individuals. These results prompted us to develop a prediction model based on machine learning approach, which can differentiate ME and FM illnesses. One of the miRNAs identified in our ME diagnostic panel, hsa-miR-150-5p is predicted to regulate the expression of SLC6A2 gene encoding norepinephrine transporter (NET). Inactivation of NET transporter by mutations was discovered in rare familial form of POTS which is not the case for most people with POTS. Nevertheless, in these people the level of the NET protein and its expression are often reduced. The objective of the third manuscript was to investigate the implication of miR-150-5p in POTS and OI occurring in people suffering of ME, ME+FM and POTS without ME or FM. In this study, we confirmed an elevation of plasma norepinephrine in participants with POTS (with and without ME), suggesting a reduction in NET protein. Among ME patients with POTS/OI, and POTS-only patients (without ME), we determined a dual mechanism by which POTS is triggered centered on two distinct profiles involving low and high plasma miR-150-5p levels. We performed in vitro experiments and with modulation of miR-150-5p expression levels in SH-SY5Y cells line, we observe an increase in SLC6A2 expression, suggesting an indirect mechanism involving a significant reduction in levels of EZH2 protein, a powerful transcriptional repressor of SLC6A2 and another confirmed target of miR-150-5p. In this thesis, we have identified a panel of circulating miRNAs, which in combination to a stress test, can aid in the accurate diagnosis of ME individuals and reveal new insights into the ME pathophysiology. In addition, this panel of miRNAs at baseline can be used to differentiate ME from FM or when it co-exists with the ME (ME+FM), which is crucial for understanding the pathophysiology of each illness. And finally, we propose a first mechanism by which alteration of miR-150-5p can trigger POTS/OI in individuals with ME, ME+FM as well as in those suffering of POTS without ME. The accurate diagnosis of individuals with the help of miRNAs as biomarkers will help to establish preventive measures, effective treatments, and therapeutic targets for ME disease by a direct or indirect manipulation of miRNA expression.