L’objectif de cette thèse est d'étudier le ventricule droit (VD) dans différentes conditions de charge en utilisant imagerie et modélisation. Le premier axe de ce travail est une étude prospective qui analyse la déformation VD chez des patients sains et avec hypertension pulmonaire (HTP) en utilisant l’échocardiographie trans-thoracique 3D. Les maillages VD ont été obtenus par tracking myocardique et post-traités afin d’extraire le strain de surface. Les correspondances spatiotemporelles ont été vérifiées avant de réaliser les statistiques des maillages. La forme et déformation globale VD sont associées à la sévérité de l'HTP et donnent des informations pronostiques. Le deuxième axe de ce travail présente le rôle d'une évaluation longitudinale par rapport à celui d’une évaluation instantanée, en utilisant la même méthodologie. Nous avons démontré la valeur ajoutée pronostique des modifications dans le temps de déformation VD et l'importance du septum. Dans le troisième axe, les aspects complémentaires de la forme (définie par la courbure) et déformation VD ont été évalués dans des populations de surcharge en volume VD. Alors que forme et déformation sont altérés chez les patients avec tétralogie de Fallot, seule la forme a permis de différencier les patients avec CIA des témoins. Enfin, dans le dernier axe, nous avons étudié la valeur ajoutée de la personnalisation d'un modèle circulatoire 0D pour caractériser la pathologie et prédire la réponse au traitement dans l’hypertension artérielle pulmonaire. Le modèle a été personnalisé pour 11 patients avant et après traitement spécifique de l’HTP. Les paramètres du modèle reflètent bien les changements attendus avec la thérapie. / The aim of this thesis is to study the right ventricle (RV) in different loading conditions using imaging and modelling. The first axis of this work was a prospective study in which we studied RV deformation in healthy controls and pulmonary hypertension (PH) patients (pressure overload) using 3D transthoracic RV echocardiographic sequences. Output RV meshes; obtained after myocardial tracking; were post-processed to extract area strain and spatiotemporal correspondences were checked before computing statistics on these meshes. RV shape and strain patterns were gradually deteriorated with the severity of PH and provided independent prognostic information. The second axis of this work focused on the role of a longitudinal evaluation in comparison with a single assessment at baseline, using the same methodology. We demonstrated the additional prognostic value of changes in RV area strain and the importance of septal segments. In the third axis, we assessed the complementary aspects of RV deformation and shape (using curvature index) in RV volume overload patients. While shape and strain are both altered in tetralogy of Fallot patients, only RV shape allows to differentiate atrial septal defects from normal controls. Finally, in the last axis, we focused on the added value of the personalisation of a 0D circulation model to characterize the pathology and predict the response to therapy in pulmonary arterial hypertension. The model was personalised to 11 PH patient data before and after advanced specific PH therapy. The model parameters reflected accurately the expected changes with therapy.

This thesis aimed to establish how different HLA genotypes correlate to MS severity and disease progression and whether they could be used as additional disease biomarkers and to a large extent the work has succeeded in this task. Association of MS with the alleles HLA-DRB1*15 and HLA-DQB1*06 and haplotype DRB1*15-DQB1*06 was identified, and under representation of other alleles, such as the HLA-DRB1*07 and HLA-A*02 alleles, showed a potentially protective role against the disease. HLA-A*02 was shown to be a marker of a better prognosis and, in contrast, HLA-B*07, B*08 and B*44 seem to be associated to with a worse prognosis. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cancer de la peau est un enjeu majeur de santé publique. Il représente le type de cancer ayant le plus fort taux de prévalence et le nombre de cas semble être en constante augmentation. Aujourd'hui, la méthode de référence pour le diagnostic du cancer cutané nécessite un échantillon de tissu suspect, appelé biopsie, prélevé après un simple examen visuel de la peau du patient. Par conséquent, près de 60 % des biopsies se révèlent être bénignes et environ 20 % des cancers de la peau ne sont pas détectés.Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit de thèse portent sur le développement d'un dispositif de tomographie par cohérence optique confocale en ligne (LC-OCT) capable de produire des images d'une qualité similaire aux coupes histologiques de manière non invasive et in vivo. Le prototype conçu fonctionne à une longueur d'onde centrale autour de 800 nm avec une largeur spectrale d'environ 150 nm. Il a été appliqué à l'imagerie in vivo de la peau avec une résolution spatiale quasi-isotrope d'environ 1 µm et une profondeur de pénétration de 400 µm. Ce dispositif pourrait alors être utilisé pour améliorer l'efficacité du processus de diagnostic du cancer de la peau en limitant le nombre de cas non détectés ainsi que le nombre de biopsies inutiles.Nous présentons ensuite un dispositif de LC-OCT fonctionnant dans deux bandes spectrales centrées autour de 770 nm et 1250 nm. La première bande produit des images à haute résolution (1.3 µm x 1.2 µm, latéral x axial) tandis que la seconde offre une profondeur de pénétration accrue (700 µm). En fusionnant les images produites dans les deux bandes il a été possible de produire des images avec une bonne résolution en superficie tout en ayant une profondeur de pénétration étendue. De plus, acquérir des images d'un échantillon dans deux bandes spectrales différentes permet dans une certaine mesure d'obtenir des informations sur les propriétés spectrales de l'échantillon.Finalement, nous présentons une preuve de concept d'un dispositif de LC-OCT couplé avec un microscope Raman ainsi que quelques exemples d'application. La microscopie Raman est une modalité spectroscopique qui permet d'identifier des molécules et ainsi de mesurer "l'empreinte digitale" d'un échantillon. Cette modalité pourrait alors fournir des informations complémentaires aux images morphologiques acquises par LC-OCT à propos de la composition biomoléculaire de l'échantillon. / Skin cancer is a major public health issue. Among all types of cancer, skin cancer has the highest prevalence rate and the number of cases seems to be steadily increasing. Currently, the gold standard of skin cancer diagnosis requires a sample of suspicious tissue, called a biopsy, removed after a simple visual inspection of the patient's skin. Consequently, almost 60 % of biopsies result in benign diagnoses, and approximately 20 % of all skin cancers are missed.The research presented in this thesis revolves around the development of a line-field confocal optical coherence tomography (LC-OCT) device capable of producing non-invasive in vivo images similar in quality to histological cuts. The designed prototype operates at a center wavelength around 800 nm with a spectral width of approximately 150 nm. It has been applied to in vivo skin imaging with an almost isotropic spatial resolution of about 1 µm and a depth penetration reaching 400 µm. This device could thus be used to improve the efficiency of skin cancer diagnosis by limiting the number of undiagnosed cases and the number of unnecessary biopsies.We then present a LC-OCT device system operating in two spectral bands centered around 770 nm and 1250 nm. The first band produces high resolution images (1.3 µm x 1.2 µm, lateral x axial) while the second provides enhanced penetration depth (700 µm). By merging the images acquired in the two bands it has been possible to produce images with both high resolution and high penetration. Moreover, acquiring images of a sample in two different spectral bands can give, to a certain extent, information on the spectral properties of the sample.Lastly, we present a proof-of-concept LC-OCT prototype coupled together with a Raman microscope, as well as some application examples. Raman microscopy is a spectroscopic method capable of identifying molecules present in a sample and thus measuring the "fingerprint" of a sample. This modality could then provide complementary information to the morphological images provided by LC-OCT about the biomolecular composition of the sample.

« Imagerie médicale et création artistique » participe à l'étude sur les liens qui se sont tissés entre art et médecine, depuis les représentations préhistoriques du corps, jusqu'aux techniques modernes de l'imagerie médicale. Mon expérience double d'artiste plasticienne et de médecin radiologue, a été le point de départ de cette réflexion pour ce travail de recherche. J'ai souhaité comprendre comment l'imagerie médicale pouvait s'inscrire dans l'histoire des représentations artistiques du corps humain, comme sujet ou comme matériau, et comme moyen d'investigation cognitif d'étude de la production et de la réception de l'œuvre d'art. La création artistique se retrouve être sujet et objet. Il s'agit d'étudier le corps des œuvres intégrant l'imagerie médicale à la lumières des connaissances anatomiques de chaque époque, et des possibilités techniques d'appropriation. Le développement très rapide de l'imagerie médicale a également permis aux neurosciences de progresser, et d'étendre leurs études à des domaines cognitifs intéressant la création artistique. Elles commencent à percer les processus les plus intimes de la création artistique, à décrire les différents mécanismes cérébraux mis en œuvre lors de l'élaboration d'artefacts artistiques et de leur réception. Je ferai donc appel à des scientifiques neurocogniticiens qui se sont particulièrement intéressés à la création artistique tels Semir Zeki, Jean-Pierre Changeux, Antonio R. Damasio, pour tenter de préciser comment se met en place le processus artistique et de quelle manière il peut, certaines fois, être associé à diverses pathologies. L'imagerie médicale a considérablement évolué ces dernières années et se développe encore très rapidement. C'est elle qui a permis le développement des neurosciences grâce surtout à l'imagerie fonctionnelle. / « Medical imaging and artistic relation » is concerned by the relationship forged between art and medicine, since prehistoric representations of the body, till modern medical imaging. My double experience of radiologist and visual artist was the starting point of this reflection for this research. I aimed to understand how medical imaging contributed, over history, to the artistic representation of the human body, be it as subject or as material, as well as it is a way of cognitive investigation in the process of creating and adapting an artwork. Artistic creation is both a subject and an object. I look up at the corpus of current techniques and the artworks incorporating medical imaging based of the anatomical knowledge available at a given period. The rapid development of medical imaging techniques contributed to the development of neurosciences and to the understanding of the cognitive areas related to artistic creation. The neurosciences are allowing to analyze the most intimate processes of artistic creation, and to describe the different brain mechanisms, used while developing and implementing artistic artifacts. I will therefore look at neurocogniticians scientists who were particularly interested in the process of artistic creation, such Semir Zeki, Jean-Pierre Changeux, Antonio R. Damasio, aiming to clarify how the artistic process is generated, and how it could, at times, be associated with various pathologies. Medical imaging has evolved considerably in recent years and is still progressing very quickly. Functional imaging has therefore enabled considerably the development of neurosciences.

Dans le domaine médical, l'informatisation des professions de santé et le développement du dossier médical personnel (DMP) entraîne une progression rapide du volume d'information médicale numérique. Le besoin de convertir et de manipuler toute ces informations sous une forme structurée constitue un enjeu majeur. C'est le point de départ de la mise au point d'outils d'interrogation appropriés pour lesquels, les méthodes issues du traitement automatique du langage naturel (TALN) semblent bien adaptées. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le domaine de l'analyse de documents médicaux et traitent de la problématique de la représentation de l'information biomédicale (en particulier du domaine radiologique) et de son accès. Nous proposons de construire une base de connaissance dédiée à la radiologie à l'intérieur d'une base de connaissance générale (réseau lexico-sémantique JeuxDeMots). Nous montrons l'intérêt de l'hypothèse de non séparation entre les différents types de connaissances dans le cadre d'une analyse de documents. Cette hypothèse est que l'utilisation de connaissances générales, en plus de celles de spécialités, permet d'améliorer significativement l'analyse de documents médicaux.Au niveau du réseau lexico-sémantique, l'ajout manuel et automatisé des méta-informations sur les annotations (informations fréquentielles, de pertinences, etc) est particulièrement utile. Ce réseau combine poids et annotations sur des relations typées entre des termes et des concepts ainsi qu'un mécanisme d'inférence dont l'objet est d'améliorer la qualité et la couverture du réseau. Nous décrivons comment à partir d'informations sémantiques présentes dans le réseau, il est possible de définir une augmentation des index bruts construits pour chaque comptes rendus afin d'améliorer la recherche documentaire. Nous présentons, ensuite, une méthode d'extraction de relations sémantiques entre des termes ou concepts. Cette extraction est réalisée à l'aide de patrons linguistiques auxquels nous avons rajouté des contraintes sémantiques.Les résultats des évaluations montrent que l'hypothèse de non séparation entre les différents types de connaissances améliorent la pertinence de l'indexation. L'augmentation d'index permet une amélioration du rappel alors que les contraintes sémantiques améliorent la précision de l'extraction de relations. / In the medical field, the computerization of health professions and development of the personal medical file (DMP) results in a fast increase in the volume of medical digital information. The need to convert and manipulate all this information in a structured form is a major challenge. This is the starting point for the development of appropriate tools where the methods from the natural language processing (NLP) seem well suited.The work of this thesis are within the field of analysis of medical documents and address the issue of representation of biomedical information (especially the radiology area) and its access. We propose to build a knowledge base dedicated to radiology within a general knowledge base (lexical-semantic network JeuxDeMots). We show the interest of the hypothesis of no separation between different types of knowledge through a document analysis. This hypothesis is that the use of general knowledge, in addition to those specialties, significantly improves the analysis of medical documents.At the level of lexical-semantic network, manual and automated addition of meta information on annotations (frequency information, pertinence, etc.) is particularly useful. This network combines weight and annotations on typed relationships between terms and concepts as well as an inference mechanism which aims to improve quality and network coverage. We describe how from semantic information in the network, it is possible to define an increase in gross index built for each records to improve information retrieval. We present then a method of extracting semantic relationships between terms or concepts. This extraction is performed using lexical patterns to which we added semantic constraints.The results show that the hypothesis of no separation between different types of knowledge to improve the relevance of indexing. The index increase results in an improved return while semantic constraints improve the accuracy of the relationship extraction.

Pour pouvoir communiquer efficacement dans son environnement social naturel, l’être humain doit pouvoir isoler le discours de son interlocuteur des autres voix composants le bruit ambiant. Cette situation, connue sous l’expression « d’effet cocktail party », va engager notre cerveau dans différents processus auditifs et attentionnels lui permettant d’analyser spécifiquement le signal acoustique de son interlocuteur. La façon dont le cerveau procède pour extraire les attributs acoustiques de la voix d’intérêt de l’ensemble de la scène auditive restent toutefois méconnus. Cette méconnaissance est d’autant plus importante que certaines populations peuvent présenter des troubles de compréhension dans le bruit alors que leur système auditif périphérique ne présente aucun déficit (comme les enfants ou chez certains jeunes adultes). L’objectif de cette thèse de doctorat était d’identifier les mécanismes corticaux permettant la compréhension dans le bruit et d’évaluer si ceux-ci étaient déficitaires dans deux populations souffrant de troubles de compréhension dans le bruit sans atteinte auditive périphérique. Pour y parvenir, nous avons étudié par magnétoencéphalographie le couplage entre l’activité corticale d’un auditeur et les différentes voix constituant une scène auditive de type cocktail party. Ces investigations ont été menées chez des sujets sains (étude I), chez des enfants (étude II) ainsi que chez des jeunes adultes présentant des troubles isolés de la compréhension dans le bruit (étude III). Nos études ont révélé que le cortex auditif suit sélectivement la voix d’intérêt plutôt que la scène auditive globale. Ce couplage « cerveau-parole » se produit à des fréquences correspondant aux fluctuations rythmiques de la prosodie (<1 Hz), des mots (1–4 Hz) et des syllabes (4–8 Hz), et diminue lorsque le niveau de bruit augmente. De plus, le couplage « cerveau-parole » à <1 Hz est latéralisé dans l'hémisphère gauche en présence d’un bruit de type cocktail party. Enfin, une diminution de ce couplage au rythme syllabique est associée aux difficultés de compréhension dans le bruit, que ce soit chez les enfants ou chez les jeunes adultes.Nos travaux ont ainsi démontré que ce couplage sélectif à la voix d'intérêt lors de situations de type cocktail party est essentiel à la compréhension en milieu bruyant. Une diminution de ce couplage au niveau syllabique est associée à un déficit de compréhension dans le bruit, soutenant ainsi l’hypothèse d’une origine centrale aux troubles de compréhension dans le bruit sans atteinte auditive périphérique. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cancer de la prostate est une maladie très hétérogène dont le développement est principalement médié par l'action du récepteur aux androgènes. Ceci a donc résulté en une émergence de thérapies ciblant spécifiquement la voie du récepteur aux androgènes afin de traiter la maladie. Toutefois, tous les patients traités avec ces stratégies thérapeutiques développeront une résistance à celle-ci par des mécanismes dépendants et indépendants du récepteur aux androgènes. Comme la réponse clinique peut seulement être évaluée trois mois après le début de la thérapie, il est primordial de développer un test permettant de prédire précocement la réponse aux traitements. Ceci permettrait d'orienter, le plus rapidement possible, les patients réfractaires vers des thérapies alternatives. L'objectif principal de cette thèse était donc de développer des outils moléculaires afin d'étudier la réponse thérapeutique et l'impact des différents mécanismes de résistance sur celle-ci. Mes travaux présentés dans le chapitre 1 ont démontré qu'il était possible de suivre dynamiquement par imagerie à bioluminescence la réponse aux traitements de cellules cancéreuses prostatiques en immobilisant les cellules isolées grâce à un biofilm de matrice extracellulaire. Afin de suivre la réponse aux anti-androgènes spécifiquement dans les cellules cancéreuses prostatiques, un premier biosenseur basé sur l'activité de deux promoteurs spécifiques a été développé dans le chapitre 2. Celui-ci intègre l'activité du promoteur PCA3, qui est spécifique au cancer de la prostate, et du promoteur PSEBC, qui est sensible aux androgènes, afin de générer un signal luminescent quantitatif et représentatif de la réponse androgénique. Grâce à ce système, la sensibilité de cellules cancéreuses prostatiques isolée de patients naïfs et résistants aux anti-androgènes a pu être corrélée avec la réponse clinique des patients. L'applicabilité de ce biosenseur est toutefois limitée aux cellules exprimant un récepteur aux androgènes transcriptionnellement actif. Un deuxième système exploitant les capacités de la Cre recombinase à décoder l'activité des promoteurs PCA3 et PSEBC en deux signaux bioluminescents spectralement distincts a donc été développé dans le chapitre 3. Ce deuxième système combine tous les avantages et capacités du premier, tout en permettant la détection de cellule n'ayant pas d'activité androgénique. Celui-ci permet donc de visualiser des mécanismes de résistance complexes qui peuvent être indépendants ou dépendants du récepteur aux androgènes et qui collaborent pour échapper aux effets inhibiteurs des anti-androgènes. Les outils développés peuvent cibler et détecter avec précision les cellules épithéliales de cancer de la prostate ainsi que leur réponse aux thérapies. Les travaux de cette thèse ont ainsi ouvert la voie à de nouvelles techniques et connaissances sur des méthodes de diagnostic et de pronostic pour le cancer de la prostate. Ultimement, cela permettra d'améliorer le choix des traitements disponibles afin d'augmenter la qualité de vie des patients. / Prostate cancer is a very heterogeneous disease and its growth is driven mainly by the androgen receptor transcriptional activity. This has led to the development of androgen deprivation therapy as the main treatment of this disease to prevent its progression. However, almost all patients receiving these therapies will develop resistance through the acquisition of androgen receptor dependent and independent mechanisms. The challenge of prostate cancer management is largely due to drug-refractory sub-populations with in heterogeneous tumors. Only few biomarkers have been validated for clinical use and none of them address complex anti-androgens response heterogeneity. The main objective of this thesis was to develop bioluminescence imaging systems to detect and monitor prostate cancer cells therapeutic response. In chapter 1, we have developed an extracellular matrix biofilm coating method to dynamically follow by bioluminescence imaging heterogenous treatment response of prostate cancer cells. In chapter 2, a first biosensor based on the activity of two specific promoters was developed to monitor antiandrogens response specifically in prostate cancer cells. This system integrates a transcriptional amplification system and the activities of the PCA3 and PSEBC gene promoters as a single output driving the firefly luciferase gene reporter. The PCA3 promoter provides the specificity to PCa cells, while the PSEBC promoter measures AR transcriptional activity. When tested on different cohorts of patients from primary PCa to mCRPC, our method could discriminate the overall response of a patient to antiandrogens. However, the applicability of this biosensor is limited to cells expressing a transcriptionally active androgen receptor. A second system exploiting the capacities of Cre recombinase and decoding PCA3 and PSEBC promoter activity in two spectrally distinct bioluminescent signals was therefore developed in chapter 3. This second system combines all the advantages and capacities of the first system, but also allows the detection of prostate cancer cells with no androgenic activity. This method visualizes complex androgen receptor independent and dependent resistance mechanisms and their interactions together to escape from antiandrogen inhibitory effects. The tools developed in this thesis can specifically target and detect prostate cancer cells and their response to therapies. Thus, they have the potential to play an important role in patients therapeutic management and therefore improve their overall survival.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / La rupture de la barrière hémoencéphalique (BHE) ainsi que l’infiltration cellulaire sont des évènements pathophysiologiques caractéristiques de la sclérose en plaques et de son modèle animal, l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE). Cependant, leur relation avec l’évolution de l’EAE est obscure, notamment car les préparations histologiques standards recquièrent le sacrifice des animaux et nous privent d’informations cruciales quant à l’initiation, au développement et à la progression de la maladie. Nous utilisons le modèle EAE chez la lignée de souris lys-GFP ki, chez laquelle les cellules myéloïdes (i.e. neutrophiles et monocytes) expriment eGFP. De l’imagerie intravitale est effectuée à des moments précis, ce qui permet l’étude de l’infiltration cellulaire en plus de l’évaluation de l’intégrité de la barrière hémo-encéphalique (BHE) au cours de la pathologie. Les séances d’imagerie non-terminales offrent un contexte temporel considérable, puisqu’il est possible de suivre le développement de la maladie chez un animal qui a été précédemment imagé. La première étape a donc consisté à établir que la chirurgie et la séance d’imagerie n’avaient aucune influence sur le développement de l’EAE chez les animaux expérimentaux. Les résultats obtenus à l’aide d’imagerie intravitale tendent à démontrer qu’un affaiblissement de la BHE envers les molécules de petite taille (760 Da) est corrélé à l’infiltration de cellules GFP-positive dans la moelle épinière. Il est d’autant plus intéressant de constater que cette invasion cellulaire arrive en même temps que l’apparition des symptômes cliniques chez les animaux atteints d’EAE. Nous avançons l’hypothèse que les neutrophiles sont les cellules myéloïdes responsables de brèches initiales dans la BHE, qui influençent son intégrité aux stades précoces de la maladie. Des expériences de déplétion envers les neutrophiles ont donc été effectuées chez des animaux EAE afin de confirmer notre hypothèse. Les résultats suggèrent que les neutrophiles influencent l’initiation de la maladie et sa sévérité totale, en plus d’être intimement liés à l’état de la BHE tôt dans la pathologie. / Blood-spinal cord barrier (BSCB) disruption and immune cell infiltration are early pathophysiological hallmarks of multiple sclerosis (MS) and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Their relationship with the course of EAE remains unclear, however, notably because histological tissue preparations involve sacrifice and inherently result in the loss of crucial information regarding the initiation or development and progression of the disease. We use the EAE model in the lys-GFP ki mouse strain, in which blood-borne myeloid cells (i.e. neutrophils and monocytes) express eGFP. Intravital two-photon microscopy is performed at selected time points, enabling the investigation of cellular infiltration together with the assessment of the blood- barrier (BBB) integrity over the course of the pathology. Non-terminal imaging sessions offer extensive temporal context as it is possible to follow the development of the disease in an animal which has been previously imaged. One can appreciate the advantage of such a method as it is possible to relate, in the same animal, previous observations with clinical outcome. The first step thus consisted in establishing that the surgery and imaging session did not affect the development of EAE in experimental animals. Results obtained demonstrate that the permeability of the BBB to small molecular tracers (760 Da) correlates with the infiltration of GFP-positive myeloid cells into the spinal cord parenchyma. Interestingly, this cellular invasion is reminiscent of the appearance of clinical symptoms displayed by EAE animals. We put forward the hypothesis that neutrophils are the myeloid cells responsible for initial breaches in the BBB, influencing the latter’s integrity at early stages of the disease. Neutrophil depletion experiments have thus been performed in EAE mice in order to confirm this hypothesis. Results suggest that neutrophils influence the initiation and total severity of the disease, as well as being intimately linked to the status of the BBB early in the pathology.

La sclérose en plaques est une maladie inflammatoire du système nerveux central qui touche beaucoup de jeunes adultes dans le monde entier. Malgré les efforts de recherche, la cause demeure inconnue. Afin de développer de meilleurs traitements et de trouver un remède, les modèles animaux sont utilisés pour identifier des biomarqueurs cellulaires. La caractérisation de ces modèles est essentielle afin de bien transposer les résultats à la maladie humaine et de tester de nouveaux médicaments. Cette thèse est le résultat d'un projet de maîtrise au Centre de recherche de l'Institut universitaire en santé mentale de Québec (CRIUSMQ) qui visait à étudier la barrière hématoencéphalique en tant que biomarqueur possible chez un modèle animal de la sclérose en plaques. Le chapitre 1 présente les différents thèmes abordés dans ce projet. Les chapitres 2, 3 et 4 se concentrent sur les méthodes choisies, tandis que le chapitre 5 présente les résultats obtenus. / Multiple sclerosis is an inflammatory disease of the central nervous system that affects many young adults worldwide. Despite research efforts, the cause of the disease remains unknown. In order to develop better therapies and ultimately find a cure, animal models are used to identify cellular biomarkers. Characterizing these models is essential in order to properly relate findings to the human disease and test possible medications. This thesis is the result of a three-year Master's project at Centre de recherche de l'Institut universitaire en santé mentale de Québec (CRIUSMQ) that aimed to study the blood-brain barrier as a possible biomarker of disease pathology in a multiple sclerosis animal model. Chapter 1 introduces the different themes addressed in this project. Chapters 2, 3 and 4 focus on the materials and methods chosen, while chapter 5 presents the results obtained. These findings are discussed in chapter 6.

L'étude du système nerveux ne peut se faire sans une étude structurale et fonctionnelle de la centaine de milliards de neurones qui le composent. Avec le développement des marqueurs fluorescents à la fin du 20e siècle, la microscopie optique est devenue le meilleur compromis entre les analyses structurale (haute résolution spatiale) et fonctionnelle (cellules vivantes, haute sélectivité). Il est cependant bien connu, et ce, depuis la fin du 19e siècle, que les microscopes optiques sont limités par la diffraction de la lumière à une résolution de 200 nm environ ; il est donc impossible de discriminer la plupart des sous-structures cellulaires avec ces modalités. Il a fallu attendre les années 1990 pour voir apparaître des techniques d'imagerie optique permettant de « franchir la limite de diffraction » ; les microscopes STED (STimulated Emission Depletion), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) ou STORM (STochastic Optical Reconstruction Microscopy) ont notamment permis d'attendre une résolution de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Cependant, la résolution spatiale des techniques d'« hyperrésolution » est souvent obtenue au détriment des autres performances des microscopes : dépendance vis-à-vis des marqueurs fluorescents, résolution temporelle limitée, photodommages, systèmes optiques complexes, . . . L'objectif de nos travaux est donc de proposer des solutions simples et implantables dans des microscopes optiques par balayage laser existants, qui permettraient d'en augmenter la résolution transversale en faisant peu de compromis sur leurs autres caractéristiques techniques. Dans cette thèse, nous proposons d'augmenter la résolution des microscopes optiques par balayage laser en modifiant le patron d'illumination utilisé. Nous avons abordé le problème de deux façons : une approche directe permettant de réduire le volume d'excitation en remplaçant le faisceau gaussien utilisé dans les microscopes conventionnels par le mode transverse magnétique TM01 de polarisation radiale ; et une approche indirecte basée sur deux excitations successives de l'échantillon avec un faisceau gaussien et un faisceau « sombre » ayant un minimum d'intensité au centre. Avec cette dernière approche, entièrement compatible avec les systèmes commerciaux, nous avons augmenté la résolution des microscopes confocaux d'un facteur 2 en faisant pour seul compromis la double excitation de l'échantillon. / The nervous system cannot be analyzed without structural and functional observations of its hundred of billions of neurons. Since the discovery of fluorescent probes, at the end of the 20th century, optical microscopes became the best trade-off between structural (high resolution) and functional (live cells, high selectivity) analysis. However, it is well known, since the end of the 19th century, that the resolution of a focusing light microscope is limited by diffraction to about 200 nm; most of sub-cellular compartments cannot be discriminate with those modalities. We had to wait the end of the 90th, to witness the development of novel microscopy techniques "breaking the diffraction barrier"; STED (STimulated Emission Depletion), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) and STORM (STochastic Optical Reconstruction Microscopy) achieved spatial resolution of about 10 nm. However, most of those "superresolution" techniques are probe dependent (PALM/ STORM), or require high power laser and a complete modification of the microscope (STED). The goal of this thesis is to develop novel, low-power, and retrofittable "superresolution" procedures in laser scanning microscopy without limiting the specifications of conventional modalities (probe dependency, photodommage, simplicity, temporal resolution, . . . ). In this thesis, we propose to increase the resolution of laser scanning microscopes by structuring the illumination. The issue is tackled in two different ways: a direct approach where the excitation volume is reduced by changing the Gaussian beam used in conventional systems into a radially polarized transverse magnetic TM01 beam, and an indirect approach based on two successive illuminations of the sample with a Gaussian beam and a "dark" beam having a minimum of intensity at its center. With the later approach, we doubled the spatial resolution of confocal microscopes while keeping the specifications of the conventional systems except from doubling the temporal resolution.