Die Schwingungsspektroskopie, besonders die Raman-Spektroskopie, stellt ein wichtiges Werkzeug für Untersuchungen von Biomineralien dar. Raman-Spektroskopie wurde zur Untersuchung der organischen und anorganischen Bestandteile von Schwammskeletten eingesetzt. Die Raman-Spektroskopie trug auch zur Charakterisierung von biomimetischen Silikat-Präzipitaten bei. Durch ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie konnte erstmalig die Verteilung von organischem Material in den extrahierten Silikatzellwänden von Kieselalgen nachgewiesen werden. Die ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie wurde ebenfalls zur Untersuchung des SERS-Effekts an Zellwänden von Kieselalgen an die Silber-Nanopartikel gekoppelt waren eingesetzt.

Die Schwingungsspektroskopie, besonders die Raman-Spektroskopie, stellt ein wichtiges Werkzeug für Untersuchungen von Biomineralien dar. Raman-Spektroskopie wurde zur Untersuchung der organischen und anorganischen Bestandteile von Schwammskeletten eingesetzt. Die Raman-Spektroskopie trug auch zur Charakterisierung von biomimetischen Silikat-Präzipitaten bei. Durch ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie konnte erstmalig die Verteilung von organischem Material in den extrahierten Silikatzellwänden von Kieselalgen nachgewiesen werden. Die ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie wurde ebenfalls zur Untersuchung des SERS-Effekts an Zellwänden von Kieselalgen an die Silber-Nanopartikel gekoppelt waren eingesetzt.

Les gliomes sont des tumeurs agressives de mauvais pronostic, très angiogéniques et infiltrantes ce qui rend leur exérèse particulièrement difficile. Vu les limites des techniques actuelles d’imagerie, nous avons proposé la spectro-imagerie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF), d’une résolution spatiale de 6 µm, pour apporter une information moléculaire à l’examen histologique actuel des gliomes. Nos travaux ont été fondés sur la recherche de paramètres moléculaires des vaisseaux sanguins, notamment sur la base des contenus de leur membrane basale. Celle-ci subit des altérations dûes au stress angiogénique tumoral. Nous avons mis en évidence des altérations de la structure secondaire des protéines (tels les collagènes) des vaisseaux sanguins au cours de la croissance de la tumeur. Nous avons aussi évalué les modifications des chaines d’acides gras des phospholipides membranaires, qui révélent un degré d’insaturation plus important pour les vaisseaux tumoraux. Ensuite, sur un modèle de gliome murin, nous avons établi une méthode efficace de classification des capillaires sanguins sur la base d’absorptions de leurs contenus glucidiques et lipidiques, permettant de discriminer totalement les capillaires sains et tumoraux. La combinaison de ces paramètres a été mise à profit pour assurer une histopathologie moléculaire des gliomes humains. Nos résultats ont démontré qu’il est possible de différencier entre la vasculature saine et tumorale sur ces gliomes humains, ce qui permet une bonne délimitation des zones tissulaires correspondantes. Cette technique pourrait devenir un outil analytique fiable, rapide d’une durée compatible avec la chirurgie et donc très utile pour les neurochirurgiens. / Malignant gliomas are very aggressive tumors with poor prognosis, highly angiogenic and invasive into the surrounding brain parenchyma, making their resection very difficult. Regarding the limits of current imaging techniques, we have proposed Fourier Transform Infrared (FTIR) spectro-imaging, with a spatial resolution of 6 µm, to provide molecular information for the histological examination of gliomas. Our work was based on the research of molecular parameters of blood vessels, notably on the basis of the contents of their basement membrane, which undergoes changes due to tumor angiogenic stress. We have identified alterations of the secondary structure of proteins (such as collagen) in blood vessels during tumor growth. We have also assessed the changes in fatty acyl chains of membrane phospholipids, which revealed a higher unsaturation level in tumor vessels. Then, on a murine glioma model, we have established an efficient method of blood vessels classification based on their carbohydrates and fats contents, allowing the differentiation between healthy and tumor blood vessels. The combination of these parameters was used to provide a molecular histopathology for the study of human gliomas. Our results have demonstrated the feasibility of differentiating between healthy and tumor vasculature in these human gliomas, which help delimitating areas of corresponding tissue. This technique could become a reliable and fast analytical tool, with duration compatible with the surgery and thus very useful for neurosurgeons.

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An early diagnosis of melanoma is essential to reduce mortality of patients. The diagnosis is also fundamental to predict the outcome of patients and to select the most adapted treatment. Current diagnostic assessments are obtained after visual inspection of the histological section of the primary tumor. The pathologist has first to determine the malignant nature of the lesion and then to assess the potential of the lesion to form metastases. Depending on several characteristics of the primary tumor (mainly tumor thickness, ulceration and mitotic rate), the sentinel node is surgically removed and the detection of tumor cells is based on its histopathological examination. These assessments are time consuming, to some degree subjective and are particularly challenging. Among melanoma patients that are not subject to sentinel node surgery, 6.5 % will develop metastases while 20 % of patients that undergo sentinel node surgery will effectively present metastases. The search for biomarkers that can identify malignant cells, evaluate potential of invasion or help selecting a treatment is still on.<p>In this thesis we used a new and promising technique of imaging based on infrared spectroscopy to study melanoma primary tumors and metastatic lymph nodes. Infrared spectroscopy brings information on the biochemical composition of the main components of the cells. When combined with a microscope and with multivariate statistical analyses, images that are generated allow the identification of melanoma cells and stromal cells in the biopsy. We also focused on the immune infiltration as it was shown to carry an important prognosis value for melanoma patients.<p>The first part of the thesis was a prerequisite for the rest of the study. It addresses the effects of the process of fixation that tissues obtained by surgical resection undergo for their long term preservation. In chapter III, we showed that Formalin-Fixation and Paraffin-Embedding (FFPE) procedure induces small but significant modifications in the infrared spectra of cells but these are very similar for different cell lines. In turn, it preserves the potential to identify closely-related cell lines by infrared spectroscopy.<p>We thus pursued our study on primary melanomas. In chapter IV, we first developed an automatic tool capable of identifying melanoma cells and the main cells of the tumor microenvironment in tissue sections. Importantly, we built a second model that brings information on the presence of metastases on the basis of the spectral signature of the primary tumor.<p>The next chapter is dedicated to the prediction of the response of melanoma to dacarbazine, the first-line chemotherapy to treat stage IV patients. Infrared spectra of the primary tumor were shown to contain information capable of predicting whether dacarbazine will be a useful treatment.<p>In the last two chapters, we focused on lymphocytes. In chapter VI, we first demonstrated that helper and cytotoxic T cells purified from peripheral blood can be identified on the basis of their infrared signature. Then, in chapter VII we investigated metastatic lymph nodes. We created different statistical models using infrared spectra that first identified the melanoma cells invading the lymph nodes and secondly, the different subpopulations of lymphocytes (B and T cells).<p>In conclusion, we developed an automatic and reliable tool of imaging to help pathologists in the anatomopathological assessment of primary lesions and lymph nodes./Le mélanome est la forme de cancer cutané la plus mortelle, provoquant environ 80% des décès dus à un cancer de la peau. Lorsque le mélanome est localisé, la chirurgie est le principal traitement et est suffisante pour 80% des patients. A l’opposé, lorsque le mélanome primaire a formé des métastases, le cancer devient beaucoup plus difficile à traiter et la survie de ces patients diminue drastiquement. Seuls 10% des patients vont vivre 5 ans lorsqu’ils développent des métastases à distance. C’est pourquoi un diagnostic précoce est essentiel pour diminuer la mortalité causée par le mélanome. L’étape du diagnostic est également très importante pour donner un pronostic et pour planifier les traitements. Le diagnostic actuel du mélanome est basé sur l’analyse en microscopie optique de sections de la tumeur primaire. Sur base de la morphologie cellulaire et de l’architecture du tissu, cette étape permet premièrement d’identifier le caractère cancéreux de la lésion et deuxièmement d’évaluer son potentiel métastatique. Une analyse du ganglion sentinelle permet également de détecter la présence de métastases. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons d’utiliser une nouvelle technique d’imagerie basée sur la spectroscopie infrarouge qui apporte une information complète et unique sur la biochimie de la cellule et des tissus. Les résultats présentés ici indiquent que lorsque les spectres infrarouges sont combinés à des analyses statistiques multivariées, des images sont reconstituées et révèlent les structures et les composants cellulaires majeurs présents dans les coupes de mélanomes. Une étude préliminaire a d’abord pu démontrer que la fixation au formol subies par les biopsies pour les conserver n’entrave pas l’étude de celles-ci par spectroscopie infrarouge. Nous nous sommes alors intéressés aux tumeurs primaires de mélanome et avons développé un modèle statistique, à partir des spectres infrarouges, identifiant automatiquement les cellules de mélanome dans le tissu ainsi que les autres cellules du microenvironnement de la tumeur. Dans ce chapitre, nous avons également créé un autre modèle statistique capable de prédire le potentiel métastatique de la tumeur primaire en se basant sur sa signature spectrale. Nous avons ensuite mis en évidence une signature spectrale corrélée à la réponse à la dacarbazine chez des patients traités pour leurs métastases. Nous avons également montré que des sous-populations de lymphocytes purifiées d’échantillons sanguins pouvaient être identifiées sur base de leur spectre. Cette capacité de la spectroscopie infrarouge à distinguer les différents types de lymphocytes a ensuite été démontrée pour les lymphocytes infiltrant les métastases. Finalement, nous avons mis en évidence l’utilité de cette technique d’imagerie pour la détection de métastases ganglionnaires.<p> / Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished