De nombreux parasites circulent dans les populations naturelles. Au sein d’un hôte, souvent pluri-infecté, ils peuvent interagir, augmentant ou réduisant le risque d’infection et les symptômes d’autres pathogènes. L’étude de ces interactions commence seulement dans les populations naturelles. Les enjeux sont cruciaux : détecter les interactions d’intérêt, estimer la probabilité de coinfection, comprendre la cocirculation des parasites. La détection des interactions sur le terrain est compliquée par la nature des données (e.g., présence-absence) et les facteurs confondants créant des associations statistiques (fausses interactions). Ce travail visait à mener une réflexion transversale sur ces interactions et le multiparasitisme, avec des applications à des données sérologiques pour 4 virus félins suivis dans des populations rurales de chats domestiques. De nouvelles méthodes de modélisation dynamique et statistique ont été développées pour prendre en compte les facteurs générant de fausses interactions (effet cumulatif de l’âge, facteurs de risque communs) et évaluer le biais des méthodes classiques. Des synergies entre 3 couples de virus félins ont été révélées. On a aussi identifié des caractéristiques comportementales et physiologiques (modes de vie, niveau de testostérone), qui, en modulant l’exposition et la sensibilité aux pathogènes, génèrent une forte hétérogénéité entre les hôtes. Enfin, une vision intégrative des systèmes hôte-parasites est indispensable pour appréhender la complexité des communautés et évaluer l’impact de la multitude d’hôtes, de parasites et d’interactions sur la coévolution, la conservation des espèces et la gestion des maladies infectieuses / Numerous parasites circulate within natural host populations. Within a host, often pluri-infected, parasites can interact, increasing or decreasing the infection risk and/or symptoms’ severity of other pathogens. Studies of such interactions only start in natural populations. Their stakes are high: detecting interactions of interest, estimating coinfection probabilities and understanding the cocirculation of parasites. The detection of interactions in the field is however complicated by the nature of data (often presence-absence) and the existence of confounding factors that can create statistical associations (false interactions). This work aimed at having a cross-cutting reflection on those interactions and on multiparasitism, with applications on a rich dataset of four feline viruses followed in rural populations of domestic cats. New dynamical and statistical modeling methods were developed to take into account factors generating false interactions (cumulative effect of age, shared risk factors) and evaluate the biases of classical methods. Synergies between three pairs of feline viruses were revealed. In addition, we identified behavioral and physiological factors (e.g., way of life, testosterone levels) that, by modulating exposition and/or susceptibility to pathogens, generate strong heterogeneity between hosts. Finally, a more integrative approach to host-parasites systems is proposed. It now appears necessary if one wants to deal with communities’ complexity and further evaluate the impact of multiple hosts, multiple parasites and their interactions on their coevolution, species conservation and infectious diseases management

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

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

La disponibilité des médicaments analgésiques est limitée en médecine vétérinaire féline. Le but de cette étude était d'investiguer les propriétés anti-nociceptiques d'une nouvelle formule de buprénorphine (Simbadol, 1.8 mg ml-1) et tapentadol chez les chats. Six chats étaient inclus dans deux études différentes, les deux étant prospectives, randomisées, croisées, et aveuglées. Dans la première étude, Simbadol (1.8 mg mL-1) a été administré par voies sous-cutanée (SC;0.24 mg kg-1), intraveineuse (IV; 0.12 mg kg-1) et buccale (OTM; 0.12 mg kg-1) et les seuils thermiques ont été comparés avec ceux d'un groupe contrôle contenant de la saline (SAL; saline SC). Les concentrations plasmatiques de buprénorphine et norbuprénorphine ont été mesurées jusqu'à 72 heures suivant chaque traitement de buprénorphine. Un modèle pharmacocinétique-pharmacodynamique adapté à 2 substances et 3 voies d'administration a été utilisé. Dans la deuxième étude, les seuils thermiques ont été comparés entre les chats recevant de la buprénorphine (0.02 mg kg−1, IM), un placébo (50 mg de dextrose oral) et deux doses de tapentadol oralement (dose réduite: 25 mg; dose élevée: 50 mg) L'administration sous-cutanée de Simbadol a provoqué une anti-nociception thermique de longue durée (≥ 24 heures). Ces effets étaient prolongés comparativement aux traitements intraveineux (8 heures) et buccal (12 heures). Le modèle conjoint de pharmacocinétique/pharmacodynamique a démontré des concentrations plasmatiques prolongée pour la voie sous-cutanée. Les deux doses de tapentadol ont augmenté l'antinociception thermique chez les chats. La dose élevée de tapentadol a produit une durée d'antinociception similaire à celle de la buprénorphine (2 heures) et deux fois plus longue que la dose réduite. La palatabilité de la médication représente une limite significative de la voie d'administration. Simbadol et tapentadol produisent une antinociception thermique comparée à la saline. Des investigations cliniques supplémentaires seront nécessaires. / Analgesic drug availability is limited in feline practice. The aim of these studies was to investigate the antinociceptive properties of a novel formulation of buprenorphine (Simbadol, 1.8 mg ml-1) and tapentadol in cats. In two separate studies, six healthy cats (each) were included in a prospective, randomised, blinded, crossover study. In study I, Simbadol (1.8 mg mL-1) was administered by various routes: subcutaneous (SC; 0.24 mg kg-1), intravenous (IV; 0.12 mg kg-1) or buccal (OTM; 0.12 mg kg-1) route of administration and thermal thresholds (TT) were compared with a saline group (SAL; saline SC). Plasma buprenorphine and norbuprenorphine concentrations were measured up to 72 hours following each buprenorphine treatment. A bespoke pharmacokinetic-pharmacodynamic model fitted data from two analytes/three routes of administration. In study II, thermal thresholds were compared among cats receiving buprenorphine (0.02 mg kg−1, IM), placebo (50 mg oral dextrose) and two doses of oral tapentadol (low-dose 25 mg; high-dose 50 mg). Subcutaneous administration of Simbadol provided long-lasting thermal antinociception (≥ 24 hours). These effects are prolonged compared with the IV (8 hours) and OTM (12 hours) treatments. Joint pharmacokinetic-pharmacodynamic modelling demonstrated prolonged plasma concentrations for the SC route. Both doses of tapentadol increased thermal antinociception in cats. The high-dose of tapentadol produced similar duration of antinociception as intramuscular buprenorphine (2 hours) and twice as long as the low-dose. Palatability presented a significant limitation to the drug’s administration. Simbadol and tapentadol produced thermal antinociception when compared with saline. Additional investigation is necessary to determine if this translates to the clinical setting.

L’évaluation de la douleur chez le chat est souvent un défi en raison de leur nature discrète et les changements de comportement potentiels dans des situations inhabituelles et stressantes, telles que l'environnement vétérinaire. Différents outils d’évaluation de la douleur (c.-à.-d. des échelles de douleur) basés sur l'observation des comportements ont été proposés pour les chats; cependant, la majorité de ces outils manque de tests de validité, de fiabilité et/ou de généralisabilité. De plus, les échelles de douleur sont peu utilisées dans la pratique clinique. Des outils simples, pratiques et fiables tels que les échelles de grimace (instruments d'évaluation de la douleur basés sur l'expression faciale), ont le potentiel de changer ce scénario. Elles ont été développées pour plusieurs espèces, excluant le chat. L'objectif général de cette thèse était de développer un nouvel instrument basé sur l'expression faciale pour l'évaluation de la douleur aiguë chez les chats, la « Feline Grimace Scale » (FGS) et d'explorer ses applications et ses limitations. Nos hypothèses étaient que la FGS permettrait l’identification de la douleur chez les chats avec précision (dans différentes conditions telles que la douleur d’origine naturelle et postopératoire); elle serait valide et fiable (parmi différents évaluateurs); elle serait capable de détecter la réponse aux analgésiques; et finalement, elle pourrait être appliquée en temps réel dans le contexte clinique. La FGS a été développée et validée en utilisant une approche psychométrique pour détecter la douleur aiguë chez les chats. Cette échelle discriminait entre les chats en douleur de ceux qui ne le sont pas; détectait la réponse à différents analgésiques; et corrélait fortement avec un autre système de notation de la douleur. Une bonne fiabilité inter et intra-observateur a été démontrée, non seulement parmi les vétérinaires, mais aussi parmi les propriétaires de chats, les étudiants vétérinaires et les techniciens en santé animale. L’utilisation de la FGS en temps réel était aussi réalisable. D’autre part, nos résultats suggèrent que le genre de l'évaluateur influencerait l'évaluation de la douleur, car les évaluatrices attribuaient des scores plus élevés que les évaluateurs. La FGS est un outil valide, fiable et pratique pour l'utilisation potentielle en recherche ou en clinique; en temps réel ou par l’évaluation des images. Elle pourrait être aussi applicable dans une large gamme de conditions douloureuses et par des évaluateurs avec différents niveaux d'expertise, et potentiellement aussi à la maison (par les propriétaires de chats). Cela représente un progrès substantiel dans l’identification et la gestion de la douleur féline, vers les plus hautes exigences en matière de soins vétérinaires. / Pain assessment in cats is challenging due to a number of reasons, including their discrete nature and potential behavioral changes in unfamiliar and stressful situations, such as the veterinary environment. Different pain assessing instruments (i.e. pain scales) that rely on the observation of behaviors have been proposed for cats; however, the majority lack validity, reliability and/or generalizability testing. Additionally, the adherence to their use in clinical practice is low and warrants improvement. Simple, practical and reliable tools such as grimace scales (facial expression-based pain assessment instruments), have the potential of changing this scenario. They have been developed for several species, among which the cat was not included. The overall aim of this thesis was to develop a novel facial expression-based instrument for acute pain assessment in cats, the Feline Grimace Scale (FGS) and to explore its applications and limitations. Our hypotheses were that the FGS would be able to accurately identify pain in cats (in different conditions such as naturally-occurring or spontaneous and postoperative pain); it would be valid and reliable (among different raters); it would be able to detect the response to analgesics; and its application in real-time in the clinical context would be feasible. The FGS was developed and validated using a comprehensive psychometric approach to detect acute pain in cats. It has demonstrated a high discriminative ability between painful and non-painful cats; it is capable of detecting the response to different analgesic drugs and it is strongly correlated with another pain scoring system. Furthermore, it demonstrated good inter- and intra-rater reliability, not only among veterinarians, but also among cat owners, veterinary students and nurses (technicians). Real-time scoring using the FGS was proven feasible. On the other hand, our results suggested that the rater gender may influence pain assessment, as female raters assigned higher scores than males. The FGS is a valid, reliable and practical tool potentially for both research and clinical use in real-time or using image assessment; that may be applicable in a wide range of painful conditions, by raters with different degree of expertise, and potentially at home (by cat owners). This represents a substantial progress in feline pain management, towards the highest standards in veterinary care.

Ce manuscrit rapporte une étude comparant un protocole d’anesthésie injectable sans opioïde avec ou sans analgésie multimodale chez des chatons subissant une ovariohystérectomie. Cette étude clinique, prospective, randomisée et à l’aveugle, inclut 29 chatons âgés entre 10 semaines et 6 mois. L’anesthésie générale était induite avec une injection intramusculaire de dexmédétomidine (40 μg/kg), kétamine (4 mg/kg) et midazolam (0,25 mg/kg). Le groupe multimodal (MMG; n=14) bénéficiait de méloxicam (0,1 mg/kg) sous-cutané et de bupivacaïne 0,25% intrapéritonéale (2 mg/kg), mais pas le groupe contrôle (CG; n=15). À quinze minutes post-opératoire, 0,4 mg/kg d’atipamézole était injecté intramusculaire. La douleur et la consommation de nourriture étaient évaluées pendant 24 heures post-opératoire. Une analgésie de secours (buprénorphine 0,02 mg/kg intramusculaire [CG et MMG] et méloxicam sous-cutané [CG]) était donnée lors de douleur ≥4/12 sur l’échelle de douleur multidimensionnelle féline de UNESP-Botucatu – forme courte. Les analyses statistiques ont été réalisées avec des modèles linéaires suivis de comparaisons pairées post-hoc avec correction de Benjamini-Hochberg (p<0,05). L'analgésie de secours était plus fréquente dans CG (n=15/15) que dans MMG (n=1/14) (p<0.001). Les scores de douleur (moyenne ± SD) étaient supérieurs dans CG à 1h, 2h et 4h post-opératoire (4.1±2.8, 4.8±3.0, 5.3±1.2, respectivement) que dans MMG (1.6±1.0, 1.1±1.0, 0.9±0.8, respectivement) (p<0.001). La consommation de nourriture (moyenne ± SD), en pourcentage, après 2 et 60 minutes, était supérieure dans MMG (9.7±9.1 et 74.2±29.1, respectivement) que dans CG (1.4±2.4 et 24.5±26.3, respectivement) à 1h post-opératoire (p<0.001). Ce protocole multimodal sans opioïde fournit une analgésie adéquate et supérieure au contrôle chez les chatons subissant une ovariohystérectomie. La douleur diminue la consommation de nourriture post-opératoire. / The study reported in this manuscript compared an opioid-free injectable anesthetic protocol with or without multimodal analgesia in kittens undergoing ovariohysterectomy. Twenty-nine healthy kittens aged between 10 weeks and 6 months were included in this prospective, randomized, blinded, clinical trial. Anesthesia was performed with an intramuscular injection of dexmedetomidine (40 μg/kg), ketamine (4 mg/kg) and midazolam (0.25 mg/kg). In the multimodal group (MMG), cats (n=14) received subcutaneous meloxicam (0.1 mg/kg) and intraperitoneal bupivacaine 0.25% (2 mg/kg), but not in the control group (CG, n=15). Atipamezole (0.4 mg/kg) was given intramuscular 15 minutes after surgery. Postoperative pain and soft food intake were evaluated at specific time points up to 24 hours. Rescue analgesia (intramuscular buprenorphine 0.02 mg/kg [in MMG and CG] and subcutaneous meloxicam 0.1 mg/kg [only in CG]) was administered when pain scores ≥4/12 according to the UNESP-Botucatu multidimensional feline pain assessment scale – short form. Statistical analyses were performed with linear models and post-hoc pairwise comparison with Benjamini-Hochberg corrections (P<0.05). Prevalence of rescue analgesia was higher in CG (n=15/15) than MMG (n=1/14) (P<0.001). Pain scores (mean ± SD) were higher in CG at 1h, 2h and 4h postoperatively (4.1±2.8, 4.8±3.0, 5.3±1.2, respectively) than MMG (1.6±1.0, 1.1±1.0, 0.9±0.8, respectively) (P<0.001). Food intake (mean ± SD), in %, after 2 and 60 minutes was higher in MMG (9.7±9.1 and 74.2±29.1, respectively) than in CG (1.4±2.4 and 24.5±26.3, respectively) at 1h postoperatively (P<0.001). The multimodal opioid-free protocol produced superior postoperative analgesia than control in kittens undergoing ovariohysterectomy. Pain decreased postoperative food intake.

Cette étude prospective, randomisée et à l’aveugle a évalué la validité, la réactivité et fiabilité de l’échelle de grimaces félines (Feline Grimace Scale; FGS) chez les chatons. Trente-six jeunes chattes en santé (âgées de 10 semaines à 6 mois) étaient filmées avant puis 1 et 2 h après ovariohystérectomie. La procédure a été effectuée avec un protocole d’anesthésie injectable (sans opioïde), avec ou sans analgésie multimodale. Les chatons en douleur étaient également filmés avant et 1h après avoir reçu une analgésie de secours (buprénorphine 0.02 mg/kg IM). Quatre évaluateurs, aveugles aux conditions expérimentales, ont évalué deux fois à cinq semaines d’intervalle les expressions faciales sur 111 images extraites des vidéos. Les cinq unités d’action (action unit; AU) de la FGS ont été évaluées (position des oreilles, serrage orbital, tension du museau, position des moustaches, position de la tête; avec un score possible de 0 à 2 pour chacune). La validité de construit, la réactivité et la fiabilité inter- et intra-évaluateur de la FGS ont été analysées en utilisant un modèle linéaire avec correction Benjamini–Hochberg, un test Wilcoxon signed-rank et un coefficient de corrélation intra-classes unique (ICCsingle), respectivement (P <0.05). Les ratios des scores FGS totaux (médiane [étendue interquartile, EI]) étaient augmentés 1 et 2 h après l’ovariohystérectomie (médiane [EI] : 0.30 [0.20–0.40] et 0.30 [0.20–0.40], respectivement) comparativement à la mesure de base (médiane [EI] : 0.10 [0.00–0.30]) (P <0.001), et inférieurs après l’analgésie (médiane [EI] : 0.40 [0.20–0.50]) qu’avant son administration (médiane [EI] : 0.20 [0.10–0.38]) (P <0.001). Pour la fiabilité inter-évaluateur, les ICCsingle des ratios des scores FGS totaux étaient 0.68 et compris entre 0.35 et 0.70 pour chaque AU, individuellement. Pour la fiabilité intra-évaluateur, les ICCsingle des ratios des scores FGS totaux étaient compris entre 0.77–0.91 et 0.55–1.00 pour chaque AU. La FGS est un outil d’évaluation de la douleur aiguë valide et réactif chez les chatons avec une fiabilité inter-évaluateur modérée et intra-évaluateur bonne à excellente. / This prospective, randomized, blinded study investigated the construct validity, responsiveness and reliability of the Feline Grimace Scale (FGS) in kittens. Thirty-six healthy female kittens (aged 10 weeks to 6 months) were video recorded before, 1 and 2 h after ovariohysterectomy using an opioid-free injectable anesthetic protocol with or without multimodal analgesia. Painful kittens were additionally filmed before and 1 h after administration of rescue analgesia (buprenorphine 0.02 mg/kg IM). One hundred eleven facial images collected from video recordings were randomly scored by 4 observers, blinded to treatment groups and time points, twice with a 5 weeks interval using the FGS. The five action units (AU) of the FGS were scored (ear position, orbital tightening, muzzle tension, whiskers position and head position; 0–2 each). Construct validity, responsiveness, inter- and intra-rater reliability of the FGS were evaluated using linear models with Benjamini–Hochberg correction, Wilcoxon signed-rank test and single intra-class correlation coefficients (ICCsingle), respectively (P <0.05). The FGS total ratio scores were higher 1 and 2 h after ovariohysterectomy (median [interquartile range, IQR]: 0.3 [0.20–0.40], and 0.30 [0.20–0.40], respectively) than at baseline (median [QR]: 0.10 [0.00–0.30]) (P <0.001), and lower after the administration of rescue analgesia (median [QR]: 0.40 [0.20–0.50]) than before (median [QR]: 0.20 [0.10–0.38]) (P <0.001). The inter-rater ICCsingle was 0.68 for the FGS total ratio scores and 0.35–0.70 for AUs considered individually. The intra-rater ICCsingle was 0.77–0.91 for the FGS total ratio scores and 0.55–1.00 for AUs considered individually. The FGS is a valid and responsive acute pain scoring instrument with moderate inter-rater reliability and good to excellent intra-rater reliability in kittens.

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques. / Fuchs endothelial corneal dystrophy (FECD) is a primary disease of the corneal endothelium. Its pathogenesis is poorly understood. No medical treatment is effective. Surgical treatment (the only available treatment) carries 10% of immunogenic rejection. Experimental models are needed in order to better understand the disease and to investigate potential autologous treatments (to prevent immunogenic rejection). The overall goal of this thesis is to develop an experimental model for FECD using tissue engineering. This was achieved in three steps. 1) An in vitro tissue-engineered FECD model was created and characterized. Briefly, Descemet’s membranes from patients with late-stage FECD undergoing Descemet’s Stripping Automated Endothelial Keratoplasty (DSAEK) were used to isolate and culture FECD endothelial cells. Second or third-passaged FECD endothelial cells were seeded on a previously decellularized human cornea. After 2 weeks in culture, TE-FECD corneas (n=6) were assessed using histology, transmission electron microscopy (TEM) and immunofluorescence labeling of various proteins. TE-FECD endothelium yielded a monolayer of polygonal cells well adhered to Descemet’s membrane. The TE-FECD corneal endothelium expressed the function-related proteins Na+-K+/ATPase α1 and Na+/HCO3-. Clusterin expression was faint and uniform. 2) In order to determine the best surgical procedure to transplant the TE-FECD corneas in the feline model, a DSAEK procedure was evaluated and compared to penetrating keratoplasty technique. DSAEK assessments included surgical challenges and clinical outcomes. DSAEK technique was challenging to perform in the feline model. Rapid fibrin formation was observed in all DSAEK cases (n=5). 3) The in vivo functionality of the TE-FECD corneas was assessed. TE-FECD corneas were grafted in the feline model (n=7) using penetrating keratoplasty procedure and observed for seven days. In vivo assessments included transparency, pachymetry, optical coherence tomography, endothelial cell morphometry, TEM and immunostaining of function-related proteins. After transplantation, pachymetry gradually decreased and transparency gradually increased. Seven days after transplantation, 6 out of 7 grafts were clear. Post-mortem TEM showed subendothelial loose fibrillar material deposition in all TE-FECD grafts. The TE grafted endothelium expressed Na+-K+/ATPase and Na+/HCO3-. This thesis demonstrates that endothelial cells from late-stage FECD corneas can be used to engineer a corneal endothelium. Compared to DSEAK, penetrating keratoplasty is a more appropriate procedure for corneal transplantation in the feline model, since the DSAEK procedure in the feline model presently yields inconsistent clinical results. Restoration of corneal thickness and transparency demonstrates that the TE-FECD grafts are functional in vivo. This novel FECD living model suggests a potential role of tissue engineering for FECD cell rehabilitation. Potential applications are numerous, including pathophysiological and pharmacological studies.

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques. / Fuchs endothelial corneal dystrophy (FECD) is a primary disease of the corneal endothelium. Its pathogenesis is poorly understood. No medical treatment is effective. Surgical treatment (the only available treatment) carries 10% of immunogenic rejection. Experimental models are needed in order to better understand the disease and to investigate potential autologous treatments (to prevent immunogenic rejection). The overall goal of this thesis is to develop an experimental model for FECD using tissue engineering. This was achieved in three steps. 1) An in vitro tissue-engineered FECD model was created and characterized. Briefly, Descemet’s membranes from patients with late-stage FECD undergoing Descemet’s Stripping Automated Endothelial Keratoplasty (DSAEK) were used to isolate and culture FECD endothelial cells. Second or third-passaged FECD endothelial cells were seeded on a previously decellularized human cornea. After 2 weeks in culture, TE-FECD corneas (n=6) were assessed using histology, transmission electron microscopy (TEM) and immunofluorescence labeling of various proteins. TE-FECD endothelium yielded a monolayer of polygonal cells well adhered to Descemet’s membrane. The TE-FECD corneal endothelium expressed the function-related proteins Na+-K+/ATPase α1 and Na+/HCO3-. Clusterin expression was faint and uniform. 2) In order to determine the best surgical procedure to transplant the TE-FECD corneas in the feline model, a DSAEK procedure was evaluated and compared to penetrating keratoplasty technique. DSAEK assessments included surgical challenges and clinical outcomes. DSAEK technique was challenging to perform in the feline model. Rapid fibrin formation was observed in all DSAEK cases (n=5). 3) The in vivo functionality of the TE-FECD corneas was assessed. TE-FECD corneas were grafted in the feline model (n=7) using penetrating keratoplasty procedure and observed for seven days. In vivo assessments included transparency, pachymetry, optical coherence tomography, endothelial cell morphometry, TEM and immunostaining of function-related proteins. After transplantation, pachymetry gradually decreased and transparency gradually increased. Seven days after transplantation, 6 out of 7 grafts were clear. Post-mortem TEM showed subendothelial loose fibrillar material deposition in all TE-FECD grafts. The TE grafted endothelium expressed Na+-K+/ATPase and Na+/HCO3-. This thesis demonstrates that endothelial cells from late-stage FECD corneas can be used to engineer a corneal endothelium. Compared to DSEAK, penetrating keratoplasty is a more appropriate procedure for corneal transplantation in the feline model, since the DSAEK procedure in the feline model presently yields inconsistent clinical results. Restoration of corneal thickness and transparency demonstrates that the TE-FECD grafts are functional in vivo. This novel FECD living model suggests a potential role of tissue engineering for FECD cell rehabilitation. Potential applications are numerous, including pathophysiological and pharmacological studies.

Les maladies bucco-dentaires sont fréquemment rapportées en médecine vétérinaire et le traitement généralement nécessite l’extraction des dents. Cependant, la procédure est invasive et une évaluation à long terme ainsi qu’une gestion de la douleur sont nécessaires. En médecine vétérinaire, les opioïdes, les blocs anesthésiques locaux et les anti-inflammatoires non stéroïdiens sont administrés en intervention analgésique péri-opératoire. Par exemple, la buprénorphine est un opioïde analgésique puissant, hautement lipophile, et est principalement utilisé pour traiter la douleur aiguë. La buprénorphine est souvent administrée dans le cadre d'une analgésie multimodale. Les signes comportementaux de la douleur induite par les maladies bucco-dentaires n'ont pas été systématiquement étudiés chez les chats, et les connaissances actuelles sont principalement basées sur des preuves anecdotiques ou des études réalisées chez d'autres espèces. On ignore comment les maladies bucco-dentaires et le traitement (c'est-à-dire l'extraction dentaire) peuvent affecter la prise alimentaire péri-opératoire, les scores de douleur, les besoins analgésiques supplémentaires et les comportements chez les chats. En outre, il serait important de savoir si l’échelle de douleur basée sur l'expression faciale (Feline Grimace Scale: FGS) pourrait également être utilisée pour l'évaluation de la douleur buccale. Les objectifs du projet étaient 1) d'identifier les comportements spécifiques associés aux maladies bucco-dentaires en utilisant une évaluation par vidéo, et de les corréler aux scores de la douleur en temps réel, 2) d'évaluer l'impact des maladies bucco-dentaires et de la douleur sur la prise alimentaire et les comportements liés à l'alimentation, 3) de déterminer les effets du traitement des maladies bucco-dentaires sur le comportement, les scores de la douleur et la prise alimentaire, 4) d’évaluer la fiabilité inter-évaluateurs du FGS et 5) pour évaluer l'efficacité analgésique et les événements indésirables d'une formulation à haute concentration de formulation de chlorhydrate de buprénorphine (Simbadol, 1,8 mg / mL) en comparaison avec une formulation standard de chlorhydrate de buprénorphine (Vetergesic, 0,3 mg / mL) dans le cadre d'un schéma multimodal chez les chats subissant des extractions dentaires. Les hypothèses étaient que 1) des comportements spécifiques pourraient être identifiés et corrélés aux scores de la douleur en temps réel, 2) les chats atteints d'une maladie bucco-dentaire sévère auraient une consommation alimentaire plus faible et des scores de douleur plus élevés et nécessiteraient une analgésie de secours comparativement aux chats qui ne sont pas / minimalement atteints par une maladie bucco-dentaire, 3) le traitement des maladies bucco-dentaires réduirait la prévalence des comportements spécifiques ainsi que les scores de douleur et améliorerait la consommation alimentaire de ces animaux, 4) les scores FGS notés par différents évaluateurs seraient fiables et 5) Simbadol et Vetergesic produiraient tous deux des scores de douleur postopératoire, des événements indésirables, ainsi que le moment et la prévalence de l'analgésie de secours similaires lors de l'utilisation du Glasgow Composite Measure Pain Scale-Feline (CMPS-F). Le projet a été divisé en deux études et quatre articles (étude 1: articles 1 à 3, étude 2: article 4): 1) article sur le score de la douleur, les besoins en analgésie de secours et la quantité de nourriture ingérée chez les chats subissant un traitement oral, 2) article sur les comportements spécifiques induits par la douleur liés à la douleur buccale chez les chats sous traitement oral, 3) article sur la fiabilité inter-évaluateurs de la FGS chez les chats sous traitement oral, et 4) comparaison détaillée de l'efficacité analgésique de deux schémas posologiques en utilisant deux concentrations différentes de buprénorphine chez les chats subissant des extractions dentaires. Dans le premier article, vingt-quatre chats ont été répartis également en deux groupes: un groupe qui représente des maladies bucco-dentaires légères (traitement dentaire minimal) et un autre sévères (extractions dentaires multiples) sur la base d'un système de notation dentaire qui impliquait le nombre et l'emplacement de l'extraction des dents et hospitalisés pendant 7 jours (admission au jour 0, examen bucco-dentaire, radiographies et traitement sous anesthésie générale le jour 1 et sortie le jour 6). Pendant l'hospitalisation, les scores de douleur basés sur l'échelle composite de Glasgow (CMPS-F), la prévalence de l'analgésie de secours (CMPS-F ≥ 5/20), la prise d'aliments secs et mous (%) pendant 3 minutes et 2 heures, l'apport quotidien d'aliments mous et les cytokines inflammatoires sériques ont été analysés. Dans le deuxième article, les chats ont été filmés à distance pendant 10 min tout au long de l'étude à différents moments (au total 36h d'enregistrement vidéo). Les vidéos se composaient de quatre parties soit les comportements généraux, de jeu, d'alimentation et post-alimentation. La durée et la fréquence des différents comportements basés sur un éthogramme ont été analysées. Dans le troixième article, quatre-vingt-onze captures d'images (c'est-à-dire des captures d'écran) à partir de vidéos filmées aux jours 1 (postopératoire 6 heures) et 6 pour l'article 2 et des vidéos filmées avant / après l'analgésie de sauvetage ont été incluses. Le FGS comprend cinq unités d'action (AU): les yeux, les oreilles, le museau, les moustaches et la position de la tête. Les scores FGS des images ont été évalués indépendamment par quatre évaluateurs en aveugle. La fiabilité inter-évaluateurs de chaque score AU et FGS total et l'effet de la présence du soignant ont été évalués. Dans l'étude 2 (article 4), vingt-trois chats subissant des extractions dentaires ont été inclus. Les chats ont reçu aléatoirement soit Simbadol (1.8 mg/mL; 0.24 mg/kg SC, toutes les 24 heures, n = 11) ou Vetergesic (0.3 mg/mL; 0.02 mg/kg IM, toutes les 8 h, n = 12) tout au long de l'étude. Ils ont été admis au jour 0, ont subi un examen oral, des radiographies et un traitement sous anesthésie générale le jour 1 et ont été libérés le jour 4. La sédation et la douleur ont été évaluées à l'aide de l'échelle visuelle analogique interactive dynamique (jour 1) et CMPS-F, respectivement. Les scores de sédation, de douleur et la prévalence de l'analgésie de secours (CMPS-F ≥ 5/20) et du ressentiment (défini comme tout type de comportement d'évitement associé à l'aversion pour l'administration de médicaments) ont été analysés statistiquement. Les études ont montré que les scores de la douleur et la prévalence de l'analgésie de secours étaient significativement élevés, ainsi que les apports d'aliments secs et mous étaient significativement diminués chez les chats atteints d'une maladie grave par rapport à ceux présentant une maladie légère. De surcroit, la maladie buccale influence les cytokines inflammatoires et induit des comportements. Par ailleurs, Le FGS est un outil fiable pour l’évaluation de la douleur buccale et n’est pas affecté par la présence du soignant. En outre, les scores de la douleur et la prévalence de l'analgésie de secours chez les chats auxquels Simbadol a été administré n'étaient pas significativement différents de ceux administrés par Vetergesic. De plus, certains chats administrés par Vetergesic ont développé un ressentiment à l'égard de l'administration du médicament, qui n'était pas significativement différent de ceux administrés par Simbadol. Une analgésie à long terme est nécessaire après des extractions dentaires chez les chats atteints d'une maladie bucco-dentaire sévère. La diminution de l'apport alimentaire et les comportements spécifiques identifiés dans les études pourraient être utilisés pour différencier entre les chats douloureux des chats indolores dans la pratique clinique. Le FGS est un outil fiable pour l'évaluation de la douleur chez les chats subissant des extractions dentaires. Simbadol a produit des effets analgésiques similaires à Vetergesic sans induire un ressentiment pendant l'administration du médicament. / Oral disease is one of the most commonly reported diseases in veterinary medicine, and tooth extractions are commonly required as the treatment. The procedure, however, is invasive, and long-term pain management is necessary. In veterinary medicine, opioids, local anesthetic blocks and nonsteroidal anti-inflammatory drugs are administered as perioperative analgesic intervention. Behavioral signs of oral disease-induced pain have not been systematically investigated in cats, and the current knowledge is mostly based on anecdotal evidence or studies performed in other species. It is not known how oral disease and the treatment (i.e. tooth extractions) can affect perioperative food intake, pain scores, additional analgesic requirements and behaviors in cats. Also, it is not known if a facial expression-based pain scale (Feline Grimace Scale: FGS) could be used for oral pain assessment as well. The objectives of this PhD program were: 1) to identify the specific behaviors associated with oral disease by using video assessment, and to verify their correlation with the real-time pain scores, 2) to assess the impact of oral disease and pain on food intake and feeding-related behaviors, 3) to determine the effects of oral disease treatment on behavior, pain scores and food intake, 4) to assess the inter-rater reliability of the FGS in cats undergoing dental extractions and 5) to evaluate the analgesic efficacy and adverse events of a high-concentration formulation of buprenorphine hydrochloride formulation (Simbadol, 1.8 mg/mL) in comparison with a standard buprenorphine hydrochloride formulation (Vetergesic, 0.3 mg/mL) as part of a multimodal regimen in cats undergoing dental extractions. The hypotheses were: 1) specific behaviors associated with oral disease would be identified and correlated with real-time pain scores, 2) cats with severe oral disease would have lower food intake and higher pain scores, and require rescue analgesia when compared with cats with no/minimal oral disease, 3) treatment of oral disease would reduce the prevalence of specific behaviors and pain scores and improve food consumption of these animals, 4) the FGS scores scored by different raters would be reliable in cats undergoing dental extractions and 5) both Simbadol and Vetergesic would produce similar postoperative pain scores, adverse events and timing and prevalence of rescue analgesia when using the Glasgow Composite Measure Pain Scale-Feline (CMPS-F). The project was divided into two studies and four articles (study 1: articles 1-3, study 2: article 4): 1) investigation of pain scores, rescue analgesia requirements and the amount of food intake in cats undergoing oral treatment, 2) investigation of the pain-induced specific behaviors related to oral pain in cats undergoing oral treatment, 3) investigation of inter-rater reliability of FGS in cats undergoing oral treatment, and 4) comparison of the analgesic efficacy of two dosage regimens using two different concentrations of buprenorphine in cats undergoing dental extractions. In article 1, twenty-four cats were equally divided into minimal (minimal dental treatment) or severe (multiple dental extractions) oral disease groups based on a dental scoring system which involved the number and location of teeth extraction and hospitalized for 7 days (admission on day 0, oral examination, radiographs and treatment under general anesthesia on day 1 and discharge on day 6). During hospitalization, pain scores based on CMPS-F, the prevalence of rescue analgesia (CMPS-F ≥ 5/20), dry and soft food intake (%) during periods of 3 minutes and 2 hours, daily soft food intake and serum inflammatory cytokines were analyzed and compared. In article 2, cats were filmed remotely for 10 min throughout the study at different time points (total of 36h of video recording). The videos consisted of four parts namely general, playing, feeding and post-feeding behaviors. The duration and frequency of different behaviors based on an ethogram were analyzed. In article 3, ninety-one image captures (i.e. screenshots) from videos filmed at days 1 (postoperative 6 hours) and 6 for article 2 and videos filmed before/after rescue analgesia were included. The FGS comprises five action units (AU): eyes, ears, muzzle, whiskers and head position. The FGS scores of the images were independently scored by four blinded raters. Inter-rater reliability of each AU and total FGS scores and the effect of the caregiver’s presence were evaluated. In study 2 (article 4), twenty-three cats undergoing tooth extractions were included. Cats randomly received either Simbadol (1.8 mg/mL; 0.24 mg/kg SC, every 24h, n = 11) or Vetergesic (0.3 mg/mL; 0.02 mg/kg IM, every 8h, n = 12) throughout the study. They were admitted on day 0, underwent oral examination, radiographs and treatment under general anesthesia on day 1 and discharged on day 4. Sedation and pain were scored using the dynamic interactive visual analog scale (day 1) and CMPS-F¬, respectively. Sedation and pain scores and the prevalence of rescue analgesia (CMPS-F ≥ 5/20) and resentment (defined as any type of escape behavior associated with aversion to drug administration) were analyzed. The studies found that the pain scores and the prevalence of rescue analgesia were significantly increased, and dry and soft food intakes were significantly decreased in cats with severe disease when compared with those with minimal disease, and the oral disease influences inflammatory cytokines and induces the specific behaviors. FGS is a reliable tool for the assessment of oral pain and is not affected by the caregiver’s presence. Pain scores and the prevalence of rescue analgesia in cats administered Simbadol were not significantly different from those administered Vetergesic, and some cats administered Vetergesic developed resentment to the administration of the drug, which was not significantly different from those administered Simbadol. Long-term analgesia is required after dental extractions in cats with severe oral disease. A decrease in food intake and specific behaviors identified in the studies could be used to differentiate painful versus pain-free cats in clinical practice. The FGS is a reliable tool for pain assessment in cats undergoing dental extractions. Simbadol produced similar analgesic effects to Vetergesic without resentment during drug administration.