Cette thèse a été consacrée à l’étude du Si poreux comme matériaux à faible conductivité thermique (k) pour application aux dispositifs thermoélectriques à base de Si. D’autres paramètres thermoélectriques, comme par exemple le coefficient Seebeck de ce matériau, ont été également étudiés.Si poreux est un matériau complexe composé de nanostructures de Si séparées de vide. Quand la porosité est élevée, sa conductivité thermique est bien inférieure à celle de Si cristallin. Nous avons étudié la conductivité thermique de Si poreux de différentes morphologies et porosités dans la gamme de températures 4.2-350K. Les mesures à T<20K sont les premières dans la bibliographie et ont montré une saturation de k en fonction de T pour ces températures. A des températures supérieures à 20K, k augmente régulièrement avec la température. La dépendance de température de k de Si poreux a été interprétée en considérant des modèles théoriques, basées sur la nature “fractal” de Si poreux. Nous avons calculé la dimension fractale de Si poreux par des images de microscopie électronique à balayage (SEM) et l’algorithme de “box counting”.Deux méthodes différentes ont été utilisées pour mesurer k: la méthode à courant direct (dc) combinée avec une analyse FEM et la méthode 3ω. Nous avons proposé deux approches améliorées pour extraire k du signal de potentiel 3ω en fonction de la fréquence. La première considère l’accord des résultats expérimentaux avec la solution asymptotique intégrale de la formule de Cahill, et la seconde fait une analyse des résultats expérimentaux en solvant l’équation temporelle de transfert de chaleur par des éléments finis. Plus précise est la méthode 3ω combinée avec des éléments finis. Les résultats correspondants sont en bon accord avec ceux obtenus par la méthode dc.Nous avons aussi étudié le Si poreux comme matériau thermoélectrique. Dans ce cas, le Si poreux peut être intéressant si il a une faible porosité, car le matériau à haute porosité est très résistive. Dans ce but, nous avons déterminé le coefficient Seebeck (S) des membranes de Si poreux de différentes porosités dans la gamme 40-84%, en utilisant un dispositif de mesure spécialement développé à cet effet. Pour des échantillons de porosité 51%, la valeur de coefficient S est de 1mV/K, bien supérieure à celle le Si cristallin. La dépendance de S de la porosité n’est pas monotone, et ceci est attribué à une combinaison des effets de filtrage d’énergie, des collisions des phonons et interactions phonon-porteurs électriques. Les résultats obtenus sont basées sur des mesures de photoluminescence (PL) et observations microscopiques à transmission (TEM). Nous avons enfin conclue que, malgré le coefficient S très élevé, le Si poreux n’est pas adéquat comme matériau thermoélectrique à cause de sa faible conductivité électrique, qui diminue en augmentant la porosité à cause de la résultante déplétion de porteurs.Nous avons aussi étudié des films minces polycristallins dopés avec du Bore. Ces films sont très intéressants comme matériaux thermoélectrique, car ils sont compatibles avec les procédés de fabrication des circuits intégrés de Si. Leur performance thermoélectrique est améliorée par diminution de la taille des grains. Des films minces polycristallins d’épaisseur entre 100 et 500nm ont été étudiés. Tous leurs paramètres thermoélectriques ont été mesurés et nous avons trouvé que le facteur de performance thermoélectrique zT augmente d’un facteur 3 en diminuant l’épaisseur de 500 à 100nm ceci étant attribué à la diminution de la taille des grains dans les films, conduisant à zT = 0.033, qui est la meilleure valeur reporté dans la littérature.Ce résultat compétitif augmente le potentiel d’utilisation des films polycristallins dans des dispositifs thermoélectriques efficaces, compatibles à la technologie de Si. / This thesis is devoted to the thermal conductivity and other thermoelectric properties of porous silicon (PSi) and thin polycrystalline Si films (thickness: 100-500 nm).PSi is a complex material composed of a Si skeleton of interconnected nanowires and dots, separated by voids. When it is highly porous, its thermal conductivity is very low, even below that of the amorphous Si. This makes it a good material for use as a thermal isolation platform on the Si wafer. In addition, its Seebeck coefficient is much higher than that of bulk c-Si.We studied k of PSi layers with different morphologies and porosities, in the temperature range 4.2-350K. The measurements below 20K are the first reported in the literature. A plateau-like dependence on temperature was observed for T below 20K, while above this temperature a monotonic increase with T is observed. The observed behaviour was interpreted using known theoretical models, based mainly on the fractal nature of PSi. PSi was characterized as a fractal material by calculating its fractal dimension using SEM images and the box counting algorithm.Two different methods were used to determine porous Si thermal conductivity: the DC method combined with FEM analysis and the 3ω method. Concerning the 3ω method, two improved approaches were proposed for extracting k from the 3ω voltage as a function of frequency: the first uses a fitting of the experimental data to the asymptotic solution of the Cahill’s integral formula, and the second is based on the analysis of the experimental data by combining them with a solution of the transient heat transfer equation using FEM analysis. The results in this second case were more accurate and in very good agreement with the DC method.We also measured the Seebeck coefficient (S) of PSi membranes with porosities 40-84% using a home-built setup, which was fabricated, calibrated and tested within this thesis. A value as high as 1mV/K was obtained for the 51% porosity sample. An anomalous porosity dependence of S was obtained, which was attributed to the interplay between energy filtering, phonon scattering and phonon drag effects. The results were explained by combining them with PL and TEM measurements, used for the determination of nanocrystal sizes. We concluded that, despite of the extremely low k and the high S of PSi, the material with the studied high porosities is not adequate for use as a “good thermoelectric” material, because of its significantly low electrical conductivity, which decreases with increasing porosity, resulting from carrier depletion during formation.We also studied the thermoelectric properties of thin, boron-doped, polycrystalline silicon films, which are much more attractive for use as Si-based thermoelectrics than porous Si. Their thermoelectric performance is improved by decreasing film thickness, due to a decrease in polysilicon grain size. Thin films with thickness between 100-500nm were investigated. We measured their thermal conductivity, resistivity and Seebeck coefficient and extracted their thermoelectric figure of merit, which showed threefold increase by reducing film thickness down to 100nm. A value as high as 0.033 was achieved, which is the highest reported in the literature so far for boron-doped polysilicon films at room temperature. This increase is attributed to a decrease in the grain size of the material. The obtained value shows the interest of nanocrystalline Si films for integration in efficient Si-based thermoelectric generators, compatible with CMOS processing.

Le projet LIGO a pour but la détection et l'étude d'ondes gravitationnelles via un réseau de détecteurs. LIGO possède deux détecteurs d'architecture et de fonctionnement identiques, situés aux États-Unis. Chaque détecteur est une version améliorée d'un interféromètre de Michelson avec des bras optiques de 4 km de long. Ces interféromètres ont observé une onde gravitationnelle pour la première fois en septembre 2015, suivi par cinq autres détections à ce jour. Ces détections marquent le début d™une nouvelle ère pour l'astrophysique, en liaison étroite avec la physique des trous noirs et des étoiles à neutrons. Depuis, un grand nombre d'activités sont en développement pour perfectionner les interféromètres. Cette thèse a pour objectif d'améliorer le temps de service des détecteurs, en répondant en particulier à deux problématiques majeures : le problème des impacts environnementaux, et notamment celui des tremblements de terre, ainsi que le problème lié à des couplages opto-mécaniques instables dans les cavités optiques, appelés instabilités paramétriques. Les stratégies de contrôle et les outils développés pour résoudre ces problématiques sont présentés. Les résultats prémilinaires montrent une réduction du temps d'arrêt généré par les tremblements de terre d'environ 40%. De plus, le dispositif ‚Acoustic Mode Damper™ développé pendant la thèse devrait complètement résoudre le problème des instabilités paramétriques pour LIGO. En conclusion, il sera démontré en quoi les problématiques résolues ont permis d'améliorer le cycle de service des détecteurs de LIGO de 4,6%, ce qui correspond à une augmentation du nombre d'ondes gravitationnelles détectées par an de 14%. / The LIGO project is a large-scale physics experiment the goal of which is to detect and study gravitational waves of astrophysical origin. It is composed of two instruments identical in design, located in the United States. The two instruments are specialized versions of a Michelson interferometer with 4km-long arms. They observed a gravitational-wave signal for the first time in September 2015 from the merger of two stellar-mass black holes. This is the first direct detection of a gravitational wave and the first direct observation of a binary black hole merger. Five more detections from binary black hole mergers and neutron stars merger have been reported to date, marking the beginning of a new era in astrophysics. As a result of these detections, many activities are in progress to improve the duty cycle and sensitivity of the detectors. This thesis addresses two major issues limiting the duty cycle of the LIGO detectors: environmental impacts, especially earthquakes, and the issue of unstable opto-mechanical couplings in the cavities, referred to as parametric instabilities. The control strategies and tools developed to tackle these issues are presented. Early results have shown a downtime reduction during earthquakes of ~40% at one of the LIGO sites. Moreover, the electro-mechanical device called ‚Acoustic Mode Damper™ designed and tested during the thesis should completely solve the issue of parametric instabilities for LIGO. In conclusion, we will show that the problems tackled in this thesis improved the overall duty cycle of LIGO by 4.6%, which corresponds to an increase of the gravitational-wave detection rate by 14%.

Ces travaux de thèse proposent une approche de réalisation d'intégration d'isolation galvanique optique plus performante entre la partie de commande éloignée et la partie de puissance d'un convertisseur d'énergie. Ce mémoire de thèse est composé de trois chapitres. Après une étude bibliographique et un positionnement de l'approche dans le premier chapitre, la conception de la puce de commande, les différentes fonctions développées seront vus en détail, et les résultats pratiques et les performances des réalisations effectuées seront présentés, avec plusieurs études de photodétecteurs et circuits de traitement intégrés en technologie CMOS. Dans le dernier chapitre de la thèse, un autre aspect sera abordé, en intégrant une alimentation flottante isolée générée par voie optique. Les avantages résultant de cette approche seront également discutés. Les puces de commande sont fabriquées en technologie CMOS standard C35 AMS pour les premiers prototypes et transférées en technologie CMOS SOI Xfab 018 afin de tester nos fonctions à haute température. La mise en œuvre du circuit de commande par voie optique dans un convertisseur de puissance sera réalisée afin de valider le fonctionnement de notre « gate driver ». / This works proposes an approach of optical galvanic isolation between the control parts on one side and the power transistors and their associated drivers on the other side. This thesis consists of three chapters. After a literature review and the proposition of our approach in the first chapter, the design of the control chip and the different developed functions will be seen in detail in the second chapter. The practical results and performance achievements will be presented with several integrated photodetectors and signal processing circuit in CMOS technology. In the last chapter of the thesis, an integrated optically floating power supply will be investigated. The benefits of this approach will be discussed. These fabricated chips are manufactured in standard CMOS AMS C35 technology for first prototypes and transferred in SOI Xfab 018 CMOS technology to test these functions at high temperature. The implementation of the optically control circuit in a power converter will be presented to validate the operation of our "gate driver".

Seleção natural divergente é a principal força que leva a diferenciação entre espécies. Nas Angiospermas, a preferencia do polinizador é considerada um dos agentes de seleção na diversificação de caracteres florais. Além disso, eles podem contribuir na delimitação de linhagens e diversificação de linhagens devido a possibilidade de reduzir fluxo gênico entre os fenótipos em simpatria, contribuindo para o isolamento reprodutivo. Nesse trabalho, nós avaliamos a interação entre padrões de variação geográfica floral e processos ecológicos associados aos polinizadores de Sinningia allagophylla. Nós amostramos traços florais e frequência de polinizadores ao longo da distribuição geográfica dessa espécie. Germinação de grãos de pólen e desenvolvimento da semente também foram amostradas para determinar a ocorrência de mecanismos de isolamento reprodutivos adicionais em ação. Nós mostramos que atributos florais de S. allagophylla apresentam um claro padrão de diferenciação geográfica. É possível classificar indivíduos dentro de três tipos florais, estando estes relacionados as vertentes de distribuição sul, noroeste e sudeste da espécie. Tipos florais intermediários ocorrem entre as regiões sudeste e o sul. Diversos grupos de polinizadores estão associados com o padrão geográficos dos atributos florais. Beija-flores estão presentes ao longo de toda a distribuição geográfica e visita tipos florais independentemente de seus atributos, mas abelhas são mais comuns nos extremos da distribuição e apresentam fidelidade a um dado tipo floral. Sobre condições de simpatria, pode haver fluxo gênico entre fenótipos distintos devido as visitas de beija-flores. No entanto, visitas seletivas de abelhas a um dos tipos florais e germinação do pólen e o desenvolvimento da semente reduzidos em indivíduos com traços florais intermediários resultam na ausência de coesão e perda dos fenótipos originais. Em conclusão, consideramos que mecanismos ecológicos associados em parte a interação planta-polinizador possam contribuir para a diferenciação das linhagens em Sinningia allagophylla. Tal informação adiciona a possibilidade de que mecanismos outros que os reconhecidamente vigentes possam contribuir para a especiação deste clado. / Divergent natural selection is a leading force of species differentiation. In flowering plants, pollinator\'s preference is considered to work as selective agent and can contribute to the diversification of floral traits. Because of pollinator role preventing gene flow under sympatric condition, they can also work as a component of reproductive isolation. Here we establish a link between geographic pattern and ecological process of differentiation in floral morphology and pollinator fidelity in Sinningia allagophylla. We sampled floral traits and pollinator frequency across the species geographic ranges. Germination of pollen grains and seed development were also sampled to determine the occurrence of additional reproductive isolation mechanisms in action. We show that floral traits of S. allagophylla present a clear pattern of geographic differentiation. It is possible to sort individuals within three floral types related to the south, southeast and northwest species range. Intermediate floral types occur between south-southeast distribution ranges. Diverse group of pollinators are associated with geographic pattern of floral traits. Hummingbirds are present across the entire geographic range and visit floral types independent of its traits, but bees are more frequent in the boundaries of distribution and show fidelity to one or other phenotype. Under sympatric condition, gene flow occurs between individuals with different floral traits due to hummingbird visits. However, bee preference of phenotypes, reduced pollen germination and seed development of individuals in the contact zones contributed to the maintenance of distinct phenotypes. In conclusion, we considered that ecological mechanisms associated with the plant-pollinator interaction are contributing partially to the differentiation of lineages in Sinningia allagophylla. This information sheds new light to the actual comprehension of speciation within this clade.

Les convertisseurs DC-DC suscitent un intérêt considérable en raison de leur puissance élevée et de leurs bonnes performances. Ils sont particulièrement utiles dans les systèmes multisources de production d'énergie électrique. Toutefois, en raison du grand nombre de composants sensibles utilisés dans ces circuits et comprenant des semi-conducteurs de puissance, des bobines et des condensateurs, une probabilité non négligeable de défaillance des composants doit être prise en compte. Cette thèse considère l'un des convertisseurs DC-DC les plus prometteurs - le convertisseur ZVS à pont isolé de type Buck. Une approche en deux étapes est présentée pour détecter et isoler les défauts en circuit ouvert dans les semi-conducteurs de puissance des convertisseurs DC-DC. La première étape concerne la détection et la localisation des défauts dans un convertisseur donne. La seconde étape concerne sur les systèmes munis de plusieurs convertisseurs DC-DC. Les méthodes proposées sont basées sur les réseaux Bayesiens (BBN). Les signaux utilisés dans ces méthodes sont ceux des entrées de mesure du système de commande et aucune mesure supplémentaire n'est requise. Un convertisseur expérimental ZVS à pont isolé de type Buck a été conçu et construit pour valider la détection et la localisation des défauts Sur un seul convertisseur. Ces méthodes peuvent être étendues à d'autres types de convertisseurs DC-DC. / DC-DC converters have received significant interest recently as a result of their high power capabilities and good power quality. They are of particular interest in systems with multiple sources of energy. However due to the large number of sensitive components including power semiconductor devices, coils, and capacitors used in such circuits there is a high likelihood of component failure. This thesis considers one of the most promising DC-DC converters—the ZVS full bridge isolated Buck converter. An approach with two stages is presented to detect and isolate opencircuit faults in the power semiconductor devices in systems with DC-DC converters. The first stage is the fault detection and isolation for a single DC-DC converter, while the second stage works on a system with multiple DC-DC converters. The proposed methods are based on Bayesian Belief Network (BBN). The signals used in the proposed methods are already available as measurement inputs to control system and no additional measurements are required. An experimental ZVS full bridge isolated Buck converter has been designed and built to validate the fault detection and isolation method on a single converter. The methods can be used with other DC-DC converter typologies employing similar analysis and principals.

La formation des liaisons non covalentes et plus particulièrement des liaisons hydrogène joue un rôle majeur dans de nombreux processus biologiques, atmosphériques et astrophysiques. Les complexes hydratés (1:n) entre une molécule de diacétyle (C4H6O2) et une à plusieurs molécules d’eau (H2O) ont été étudiés selon des approches théoriques et expérimentales dans le but de caractériser leur structure et leur spectre vibrationnel. Sur le plan théorique les propriétés énergétiques, géométriques et vibrationnelles des complexes C4H6O2:(H2O)n ont été déterminées et une étude topologique spécifique a été réalisée sur le complexe 1:1 C4H6O2:H2O. A travers cette étude théorique, les premières étapes du mécanisme d’hydratation du diacétyle ont été mises en évidence et analysées en détail. En s’appuyant sur les techniques spectroscopiques infrarouges d’isolation en matrice de néon et de jet supersonique, plusieurs modes de vibration des isomères du complexe 1:1 ont été identifiés et leurs fréquences déterminées Enfin, un jeu de constantes de couplage anharmonique a été obtenu à partir de l’analyse des bandes harmoniques et de combinaison. / The formation of non-covalent bonds and more particularly hydrogen bonds play a major role in several biological, atmospheric and astrophysical chemistry issues. The theoretical and experimental investigation of hydrated complexes (1:n) between a diacetyl molecule (C4H6O2) and one or several water molecules (H2O) have been studied to characterize their structure and their vibrational spectrum. Energetical, geometrical and vibrational properties of C4H6O2:(H2O)n complexes have been determined from ab initio and DFT calculations. Moreover a topological analysis of the 1:1 C4H6O2:H2O complex has been carried out. Such theoretical investigations enabled to evidence and analyze in detail the first steps of diacetyl hydration. From neon matrix isolation and supersonic jet techniques coupled to infrared spectroscopy, several vibrational modes of 1:1 isomers have been detected and therefore their frequencies have been determined. Finally a set of anharmonic coupling constants have been derived from the spectral analysis of harmonic and combination bands.

The theoretical part summarizes information on the isolation and purification of plasmid DNA and nucleic acids as. Plasmid DNA is often used in gene engineering as a vector for the transfer of a particular gene. Its insulation and transportation in sufficient quality is crucial for other processes associated with it. Isolation and survival of pDNA using magnetic carriers of different concentrations of PEG 8000 in combination with 1M NaCl was investigated in experimental parts. Furthermore, the isolation of pDNA using commercial kits was examined.

Multipotente mesenchymale Stromazellen (MSCs) stellen nicht nur beim humanen Patienten, sondern auch in der Veterinärmedizin einen vielversprechenden Therapieansatz in der Behandlung erkrankter muskuloskelettaler Gewebe dar. Ziel der Behandlung ist dabei die Regeneration der betroffenen Strukturen im Vergleich zur Reparation nach konservativer Therapie. Vor allem im Bereich von Sehnenerkrankungen können nach MSC-Applikation vielversprechende Ergebnisse im Hinblick auf niedrigere Rezidivraten beobachtet werden. Dennoch sind noch nicht alle Umstände einer optimalen MSC-Anwendung geklärt. Hierbei sind unter anderem Fragen bezüglich der Herkunft und Gewinnung von MSCs offen, da Unterschiede von MSCs aufgrund ihrer Gewebezugehörigkeit bereits nachgewiesen wurden. Grundlegende umfassende Arbeiten zum Vergleich von equinen MSCs aus verschiedenen Quellen sowie deren mögliche Beeinflussung durch die Isolierung aus dem Gewebe lagen bislang noch nicht vor. Ziel dieser Studie war es daher, equine MSCs aus verschiedenen Quellen zu gewinnen und mögliche Unterschiede in vitro aufzuzeigen. Weiterhin sollten Unterschiede zwischen den Zelleigenschaften nach Anwendung verschiedener Isolationsprotokolle untersucht werden. In der hier vorliegenden Studie wurden MSCs aus Fett- und Sehnengewebe, Knochenmark, Nabelschnurblut und Nabelschnurgewebe von Pferden isoliert und vergleichend charakterisiert. Dabei wurden für die soliden Körpergewebe zwei unterschiedliche Isolationsmethoden, die Digestion und die Explantation, angewendet, um mögliche Einflüsse auf die gewonnen Zellen zu ermitteln. Die untersuchten Kriterien beinhalteten Zellertrag, Proliferation, Differenzierungspotenz und das Migrationsverhalten von MSCs. Hinblickend auf eine Anwendung von MSCs bei Sehnenerkrankungen wurde auch die Expression von Sehnenmarkern verglichen. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die MSCs aus verschiedenen Quellen hinsichtlich der Zellausbeute und ihres Wachstumspotentials unterschieden. Aus soliden Geweben konnten mittels Digestion im Vergleich zu Körperflüssigkeiten signifikant mehr MSCs isoliert werden (p < 0,001). Dabei erbrachte die Isolation von MSCs mittels Digestionsmethode einen deutlich höheren Zellertrag nach der Passage 0 im Vergleich zur Explantationsmethode (p < 0,05). Im weiteren Verlauf der Kultivierung zeigten MSCs aus Sehnengewebe und Fettgewebe ein signifikant besseres Proliferationsverhalten im Vergleich zu Knochenmark-MSCs und Nabelschnurblut-MSCs. Im Hinblick auf das Differenzierungspotential konnten signifikante Unterschiede zwischen den MSCs aus den verschiedenen Quellen beobachtet werden. MSCs aus Knochenmark zeigten eine sehr gute osteogene Differenzierungsfähigkeit im Vergleich zu MSCs aus den geburtsassoziierten Geweben (p < 0,05). Im Gegensatz dazu zeichneten sich diese MSCs durch eine deutlich bessere chondrogene Differenzierung im Vergleich zu Knochenmark-MSCs aus (p < 0,05). Im Hinblick auf die Isolationsmethode konnten keine Unterschiede im Differenzierungspotential beobachtet werden. Weitere Unterschiede aufgrund der Zellquelle lassen sich in der Genexpression der Sehnenmarker erkennen. MSCs aus Fettgewebe und Sehnengewebe exprimierten Kollagen 1A2 auf höchstem Niveau. Sklexaris hingegen wurde von MSCs aus Nabelschnurblut und Sehnengewebe am höchstem exprimiert. Dabei zeigten MSCs, die mittels Digestionsmethode isoliert worden waren, ein signifikant höheres Expressionslevel von Skleraxis im Vergleich zur Explantationsmethode (p < 0,05). Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen einen Einfluss der Zellquelle auf die Zellcharakteristika erkennen. MSCs aus Fettgewebe stellen dabei eine vielversprechende Alternative zu Knochenmark-MSCs dar. Allerdings scheint für eine klinische Anwendung von MSCs eine selektive Auswahl der Zellquelle entsprechend der vorliegenden Erkrankung von Vorteil zu sein. Dabei ist eine Isolierung von MSCs aus soliden Geweben mittels Digestionsverfahren zu empfehlen, da hier deutlich höhere Zellzahlen gewonnen werden können. Eine negative Beeinflussung der Zelleigenschaften durch die enzymatische Digestion lässt sich nach den vorliegenden Ergebnissen nicht vermuten. Inwiefern die beobachteten Unterschiede bei in-vivo-Anwendungen von Bedeutung sind, muss jedoch noch umfassend untersucht werden. / Not only in humans but also in veterinary medicine, multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) are a promising treatment option in the therapy of injured musculoskeletal tissues. This is due to the improved tissue regeneration instead of the insufficient reparation following conventional therapies. With regard to an application of MSCs for treatment of tendinopathies in horses, lower rates of reinjury have been reported. However, further investigations to optimize the MSC treatment are still outstanding. Differences in MSCs from different origins have been already reported, but there are still remaining questions about the influence of origin and isolation procedures of MSCs. Fundamental research on equine MSCs derived from different sources and their potential impact due to the isolation process has not been published so far. The aim of this study was to isolate equine MSCs from different sources and to demonstrate potential differences in vitro. Furthermore, differences in cell features following different isolation methods were investigated. In the present study, MSCs from horses were isolated from adipose tissue, tendon tissue, bone marrow, umbilical cord blood and umbilical cord tissue and subsequently subjected to comparative characterization. In case of the solid tissues, two different isolation methods, digestion and explantation, were performed in order to analyze influences on obtained cells. Investigated cell features included cell yield, proliferation, differentiation and migration potential. Furthermore, expression of tendon markers was evaluated with regard to an application of MSCs in tendinopathies. In the present study it was shown that MSCs derived from different sources differ distinctly in cell yield and proliferation potential. In comparison to body fluids, significantly more MSCs could be isolated from solid tissues when using the digestion method (p < 0.001). Furthermore, the cell yield at first cell harvest was distinctly higher when performing the isolation by digestion in comparison to isolation by explantation (p < 0.05). With regard to further cultivation, MSCs derived from tendon tissue and adipose tissue displayed a significantly better proliferation potential compared to MSCs derived from other sources. Considering the differentiation potential, significant differences were obvious between the MSCs derived from different sources. Bone marrow-MSCs showed an excellent osteogenic differentiation capacity in comparison to MSCs derived from umbilical cord blood and tissue (p < 0.05). In contrast, the birth-associated MSCs displayed a distinctly better chondrogenic differentiation than MSCs derived from bone marrow (p < 0.05). No difference in the differentiation potential was noticeable following the different isolation procedures. Furthermore, differences in the gene expression of tendon markers were evident with regard to the cell source. MSCs derived from adipose tissue and tendon tissue expressed collagen 1A2 on the highest level. On the other hand, scleraxis was expressed highest in MSCs derived from umbilical cord blood and tendon tissue. In these cells, MSCs isolated by the digestion method showed a significantly higher expression level of scleraxis in comparison to MSCs isolated by explantation (p < 0.05). Based on the results obtained so far, a relevant impact of the source of MSCs on cell features was evident. MSCs derived from adipose tissue are a promising alternative to bone marrow-MSCs. However, with regard to a clinical application of MSCs, a selection of the MSC source depending on the respective intended use seems to be advantageous. For routine isolation of MSCs from solid tissues, the digestion method could be recommended due to the higher obtainable cell numbers. Furthermore, a negative influence of the enzymatic digestion on the cell features was not detectable. However, to what extent the observed differences in vitro are relevant for in-vivo-applications needs to be further investigated.

Depressionen bei hochaltrigen Menschen sind weit verbreitet und folgenschwer, dennoch bleiben diese häufig unentdeckt und unbehandelt. Daher ist die Identifizierung von Risikofaktoren besonders wichtig, um Depressionen im Alter zu erkennen oder präventiv zu begegnen. Die Bedeutung von psychosozialen Faktoren, wie Verlusterfahrungen und das soziale Netzwerk, werden dabei häufig vernachlässigt. Dabei wird der Tod von nahestehenden Personen mit zunehmendem Alter häufiger und erfordert ein hohes Maß an psychologischer Anpassungsleistung der Hinterbliebenen. Die damit einhergehende Veränderung des sozialen Netzwerks birgt ein Risiko für soziale Isolation und damit auch für Depressionen. Das Ziel der Dissertation war es, Depressionen bei hochaltrigen Menschen in Deutschland in Abhängigkeit von sozialer Isolation und Verlusterfahrungen zu analysieren und dabei auf mögliche Geschlechtsunterschiede einzugehen. Datengrundlage der ersten Untersuchung war die „Leipziger Langzeitstudie in der Altenbevölkerung“ (LEILA 75+), eine prospektive, epidemiologische und bevölkerungs-repräsentative Kohortenstudie. Mit einer Stichprobe von 783 Personen (durchschnittliches Alter 80,78 (SD 4,52) Jahre) wurde zunächst mittels einer deskriptiven Analyse die Veränderung des sozialen Netzwerks (PANT) im Alter unter Berücksichtigung von Verlusterfahrungen analysiert. 57% der älteren Menschen lebte kontinuierlich in einem restriktiven sozialen Netzwerk. Bei 30,9% der Hochaltrigen konnte eine Änderung im sozialen Netzwerk während des Untersuchungszeitraums festgestellt werden, diese konnten allerdings in keinen Zusammenhang mit Verlusterfahrungen gebracht werden. Verlusterfahrungen (OR 7,56 (1,60–35,72)) und ein restriktives soziales Netzwerk (OR 4,08 (1,52–10,95)) stellten sich in den Hybridregressionen als signifikante Prädiktoren zur Entwicklung einer Depression (ADS-L) heraus. Protektive wirkte hingegen ein integriertes soziales Netzwerk. In der zweiten Studie wurden die AgeDifferent.de Daten, die aus drei gepoolten Alterskohortenstudien (LEILA 75+, AgeCoDe / AgeQualiDe und AgeMooDe) bestehen, ausgewertet. Das durchschnittliche Alter der 2.470 Befragten lag bei 79,2 (SD 3,64) Jahren. Bei Frauen konnte ein signifikant höherer Schweregrad der Depression festgestellt werden als bei Männern (β=0.16; 95%-CI=0.09; 0.23). Analysen zum Vergleich der Depressivität vor und nach der Verwitwung verdeutlichten, dass der Schweregrad der Depression nach der Verwitwung signifikant höher ist. In dieser Studie konnte zudem gezeigt werden, dass verwitwete Männer signifikant mehr depressive Symptome haben als nicht verwitwete Männer. Bei der Betrachtung von Frauen konnten jedoch keine Unterschiede festgestellt werden. Bei intraindividueller Betrachtung zeigte sich, dass sowohl verwitwete Männer als auch verwitwete Frauen signifikant mehr depressive Symptome haben als vor ihrer Verwitwung. In der letzten Untersuchung wurde mit Daten der AgeCoDe / AgeQualiDe Studie analysiert ob Unterschiede zwischen Verwitweten und Verheirateten in Alter, Geschlecht und Bildung auch eine mögliche Erklärung für die Unterschiede in der Depressivität zwischen diesen Gruppen sein könnten. Mit Daten von 679 Personen (456 verwitwet, 223 verheiratet), mit einem durchschnittlichem Alter von 86,5 (SD 2,9) Jahren konnte gezeigt werden, dass Verwitwete häufig älter, häufiger weiblich und eher niedriger gebildet sind. Mittels „Entropy Balancing“ wurden diese Eigenschaften von Verwitweten und Verheirateten vereinheitlicht. Das Ausmaß der depressiven Symptome bei verwitweten hochaltrigen Frauen und Männern war in dieser Untersuchung ähnlich. Bei der Berücksichtigung der sozialen Isolation stellte sich in dieser Untersuchung heraus, dass soziale Isolation vor allem in der Gruppe der Verwitweten zu mehr depressiven Symptomen führt. Verwitwete Männer und Frauen, die zudem sozial isoliert leben, weisen signifikant mehr depressive Symptome auf, als Verwitwete ohne soziale Isolation (β=0.83; 95%-CI=0.44; 1.23). Soziale Isolation hatte in der Gruppe der Verheirateten im Gegensatz zu den Verwitweten keinen Einfluss auf die Häufigkeit depressiver Symptome. Zusammenfassend zeigt sich, dass Verlusterfahrungen als ein Risikofaktor zur Entwicklung depressiver Symptome identifiziert werden konnte. Nicht eindeutig ist der Einfluss des Geschlechts. Mögliche Unterschiede zwischen Frauen und Männern im Zuge der Verwitwung könnte beispielsweise die Unterrepräsentation von verwitweten Männern sein. Wird dieser Faktor berücksichtigt, können Frauen und Männer als ähnlich vulnerabel zur Entwicklung einer Depression nach dem Verlust des Ehepartners gelten. Für Menschen die zusätzlich neben dem Verlust des Ehepartners ein sozial isoliertes soziales Netzwerk haben, ist das Risiko zur Entwicklung einer Depression noch größer. Ein gestärktes soziales Netzwerk kann hingegen bei beiden Geschlechtern als ein protektiver Faktor zum Erhalt der psychischen Gesundheit gesehen werden.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Depressionen im Alter 1.2 Trauer- und Verlusterfahrungen im Alter 1.3 Bedeutung des sozialen Netzwerks im Alter 1.4 Geschlechtsunterschiede im Alter 2 Datengrundlage und Publikationen der vorliegenden Dissertation 2.1 Datengrundlage 2.1.1 LEILA 75+ 2.1.2 AgeCoDe / AgeQualiDe 2.1.3 AgeMooDe 2.1.4 AgeDifferent.de 2.2 Überblick über die Publikationen der vorliegenden Dissertation 3 Loss experiences in old age and their impact on the social network and depression– results of the Leipzig Longitudinal Study of the Aged (LEILA 75+) 4 Are older men more vulnerable to depression than women after losing their spouse? Evidence from three German old-age cohorts (AgeDifferent.de platform) 5 The role of social isolation and the development of depression. A comparison of the widowed and married oldest old in Germany 6 Diskussion 6.1 Allgemeine Diskussion 6.2 Implikationen für die Praxis und die Versorgungsforschung 6.3 Fazit Zusammenfassung der Arbeit Literaturverzeichnis Anhang A: Darstellung des eigenen Beitrags Anhang B: Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit Anhang C: Lebenslauf Anhang D: Wissenschaftliche Beiträge Anhang E: Danksagung

La caractérisation d’échantillons biologiques s’effectue très souvent au microscope optique. Or, il est techniquement difficile d’isoler quelques cellules rares parmi une culture hétérogène en se basant strictement sur des caractéristiques observables au microscope, comme la localisation, la morphologie ou le déplacement, car il n’existe pas nécessairement de marqueur moléculaire unique qui leur sont associés. Afin de répondre à cet enjeux, le laboratoire dans lequel j’ai effectué mon stage de maîtrise a récemment développé la Single Cell Magneto Optical Capture (scMOCa), qui utilise des réactifs communs et un laser de faible puissance pour attacher des billes ferromagnétiques à la membrane plasmique cellulaire et permet d’isoler magnétiquement les cellules d’intérêt. Le présent ouvrage rapporte l’application de la scMOCa à la migration de cellules métastatiques ainsi que les adaptations apportées à la technique nécessaires à la réalisation du projet. Notamment, le volume de cellules uniques capturé a été augmenté d’un facteur d’environ 250 grâce à l’automatisation de la technique et à l’étude du photoblanchiement de la fluorescéine, phénomène à la base de la scMOCa. Brièvement, l’expérience consiste à capturer les cellules uniques présentant les phénotypes migratoires les plus importants, définis par l’analyse de leur trajectoire, parmi une culture hétérogène de cellules métastatique. Les résultats de l’expérience démontrent une conservation des phénotypes migratoires après plusieurs mitoses. Aussi, l’expression génétique relative fait ressortir des gènes et groupes de gènes propres à la migration cellulaire. / The characterization of biological samples depends heavily on the optical microscope. However, it is technically challenging to isolate rare cells among a heterogeneous culture solely based on visual inspection at the microscope. Indeed, characteristics like location, morphology or displacement do not necessairly have specific related molecular markers. In order to solve this issue, the laboratory where I accomplished my master internship developped the Single Cell Magneto Optical Capture (scMOCa) wich uses commun reagents and a low powered laser to attach ferromagnetic beads on the cell plasma membrane and isolate the cells of interest with magnetic tools. The present work reports the application of scMOCa to the metastatic cell migration and the implemented adaptations to the technique in order to carry out the project, especially by increasing the number of single cells being isolated by a factor of 250. This adaptation requiered the study of photobleaching, phenomenon at the foundation of scMOCa. Briefly, the experiment consists to capture the cells presenting the most important migratory phenotypes, defined by their track analysis, among a heterogeneous metastatic cell culture. The experimental results show that the migratory phenotypes are preserved after several cell divisions. Also, the relative gene expression highlights some genes and gene groups owned to cellular migration.