La polarité consiste en la ségrégation asymétrique de protéines, lipides ou organites au sein des cellules. Les cellules épithéliales sont un exemple de cellules hautement polarisées, avec un pôle apical, orienté vers l’extérieur, et un pôle basolatéral, orienté vers les tissus sous-jacents. Ces deux domaines sont séparés par des jonctions empêchant le passage des protéines d’un domaine à l’autre de la membrane. Par ailleurs, ces cellules organisent une polarité planaire in vivo, cruciale pour permettre différents processus morphogénétiques. La mise en place d’une telle organisation requiert la présence d’un trafic polarisé au sein des cellules pour adresser les différentes protéines au domaine adéquat de la membrane. Au cours de ma thèse j'ai étudié les mécanismes mis en place par le trafic intracellulaire pour permettre une telle organisation, avec pour modèle l’épiderme latéral du nématode Caenorhabditis elegans. D’une part, mes travaux de thèse ont mis en évidence dans les larves de nouveaux mécanismes de tri apico-basal d’une protéine essentielle pour la cohésion des tissus, la E-cadhérine. Ainsi, une première voie de tri impliquant le complexe adaptateur pour la clathrine AP-1, son interacteur physique SOAP-1 et la clathrine a été caractérisée. Un rôle pour la petite GTPase RAB-1 a également été mis en lumière dans ce processus. D’autre part, mes travaux ont mis en évidence un rôle pour cette petite GTPase RAB-1 dans l’organisation de la polarité planaire des cellules de l’épiderme au cours de la morphogenèse dans l’embryon. En effet, RAB-1 est requise pour localiser les protéines PAR spécifiquement au niveau des jonctions antéro-postérieures entre deux cellules et orienter le cytosquelette d’actine de manière perpendiculaire à l’axe antéro-postérieur. RAB-1 pourrait agir dans ce processus à trois niveaux : avec les protéines de polarité planaire Frizzled/MOM-5 et Dishevelled/DSH-2, via les phosphoinositides contrôlés par RAB-35 et OCLR-1 et/ou en régulant la tension générée à l'échelle du tissu. / Polarity is defined by the asymmetric segregation of proteins, lipids or organelles inside cells. Epithelial cells are highly polarized with an apical domain, facing the outside of the organism, and a basolateral domain facing the underlying tissues. These domains are separated by junctions to prevent diffusion between the two membrane domains. Moreover, these cells are planar polarized, a crucial process to ensure correct morphogenesis. Such an organization requires polarized membrane traffic in order to ensure proper targeting of proteins to the right domain of the plasma membrane. During my PhD, I studied the impact of membrane traffic on epithelial cell polarity by focusing on the lateral epidermis in the nematode Caenorhabditis elegans. On the one hand, my work revealed new mechanisms involved in apico-basal sorting of E-cadherin, an essential adhesion protein, in larvae. A sorting pathway involving the clathrin adaptor AP-1, its physical interactor SOAP-1 as well as clathrin has been shown to be essential for a proper apical localization of E-cadherin. Similarly, the small GTPase RAB-1 is also crucial for that process. On the other hand, my work revealed a function for RAB-1 in the planar polarity of epidermal cells during embryonic morphogenesis. RAB-1 is required to properly localize PAR proteins at antero-posterior junctions as well as to polarize actin fibers perpendicularly to the antero-posterior axis in epidermal cells. This function of RAB-1 could be linked to three pathways: the classical planar cell polarity proteins Frizzled/MOM-5 and Dishevelled/DSH-2, the phosphoinositides controlled by RAB-35 and OCRL-1 and/or by regulating tissue-level tension.

Les techniques de thérapie par ultrasons sont apparues très récemment avec la découverte des ultrasons de haute intensité focalisée. La thrombolyse ultrasonore extracorporelle en fait partie et se base sur la destruction mécanique du thrombus causée par la cavitation acoustique. Cependant, c'est un phénomène mal contrôlé. Ainsi, un meilleur contrôle de l'activité de cavitation et sa localisation pendant la thérapie est essentiel pour considérer le développement d'un dispositif thérapeutique. Un prototype a déjà été conçu et amélioré avec une boucle de rétroaction en temps réel afin de contrôler l'activité de puissance de cavitation. Cependant, pour surveiller le traitement en temps réel, un système d'imagerie ultrasonore doit être incorporé dans le dispositif thérapeutique. Il doit être capable de localiser le thrombus, de positionner la focale du transducteur thérapeutique, de contrôler la destruction complète du thrombus et d'évaluer en temps réel l'activité de cavitation. Le travail actuel se focalise principalement sur le développement de techniques d'imagerie ultrasonore passive utilisées pour reconstituer les cartographies d'activité de cavitation. Différents algorithmes de formation de voies ont été examinés et validés par des simulations de sources ponctuelles, des expériences in vitro sur fil et des expériences de cavitation dans une cuve d'eau. Il a été démontré que l'algorithme de formation de voie le plus précis pour la localisation du point focale de cavitation est la technique de cartographie passive acoustique pondérée avec le facteur de cohérence de phase (PAM-PCF). En outre, des tests in vivo sur un modèle animal d'ischémie des membres aigus ont été évalués. Enfin, certaines optimisations du système d'imagerie développé précédemment ont été réalisées comme l'imagerie 3D, l'implémentation en temps réel et l'imagerie hybride combinant l'imagerie active anatomique avec les cartographies de cavitation passive / Ultrasound therapy techniques emerged very recently with the discovery of high intensity focused ultrasound (HIFU) technology. Extracorporeal ultrasound thrombolysis is one of these promising innovative low-invasive treatment based on the mechanical destruction of thrombus caused by acoustic cavitation mechanisms. Yet, it is a poorly controlled phenomenon and therefore raises problems of reproducibility that could damage vessel walls. Thus, better control of cavitation activity during the ultrasonic treatment and especially its localization during the therapy is an essential approach to consider the development of a therapeutic device. A prototype has already been designed and improved with a real-time feedback loop in order to control the cavitation power activity. However, to monitor the treatment in real-time, an ultrasound imaging system needs to be incorporated into the therapeutic device. It should be able to first spot the blood clot, to position the focal point of the therapy transducer, control the proper destruction of the thrombus, and evaluate in real-time the cavitation activity. Present work focusses mainly on the development of passive ultrasound techniques used to reconstruct cavitation activity maps. Different beamforming algorithms were investigated and validated through point source simulations, in vitro experiments on a wire, and cavitation experiments in a water tank. It was demonstrated that an accurate beamforming algorithm for focal cavitation point localization is the passive acoustic mapping weighted with the phase coherence factor (PAM-PCF). Additionally, in vivo testing on an animal model of acute limb ischemia was assessed. Finally, some optimizations of the previous developed imaging system were carried out as 3D imaging, real-time implementation, and hybrid imaging combining active anatomical imaging with passive cavitation mapping

Dans le cadre de cette thèse, nous nous somme focalisés sur deux objectifs complémentaires. Le premier concerne l’évolution de la méthode du Gabarit Déformable Elastique (GDE) pour l’extraction semi-automatique de l’anatomie et du mouvement cardiaque, développée au laboratoire Creatis. Un travail a d’abord été réalisé sur une base de données de 45 patients afin de mettre en évidence les points forts et les points faibles de l’algorithme, notamment la difficulté à suivre des déformations trop importantes ou des formes inhabituelles. Puis, différents types de contraintes ont été intégrées au modèle GDE afin d’en améliorer les performances : prescription locale ou dense de déplacements, directionnalité de la déformation contrainte par celle des fibres. Les contraintes proposées sont évaluées sur des données de synthèse et des données réelles en IRM ciné et de marquage tissulaire acquises chez l’homme. Parallèlement, une étude a été réalisée pour mettre en place la méthodologie nécessaire à l’extraction et l’analyse statistique de la déformation des fibres myocardiques. Ce travail a été effectué en collaboration avec une équipe du Auckland Bioengineering Institute en Nouvelle-Zélande. Un modèle biomécanique par éléments finis intègre la direction principale des fibres en tout point du ventricule gauche issue d’acquisitions en IRM du tenseur de diffusion (IRM-TD) sur coeurs humains ex vivo et le mouvement issu de séquences IRM marquées. Cette combinaison permet l’estimation de la déformation des fibres et sa variation durant le cycle cardiaque. La variabilité dans la déformation des fibres est étudiée statistiquement à travers le croisement d’une base de données IRM-TD et d’une base de données IRM marquées. / In this thesis, we are interested in two complementary goals. First, we have improved the Dynamic Deformable Elastic Template (DET) model, developed at Creatis, for the semi-automatic extraction of the anatomy and cardiac motion. The performance of the method was assessed on a database consisting in 45 patients and yielded fairly accurate results. However, it experienced difficulties when dealing with very large thickening throughout the cardiac cycle. Thus, different type of constraints were integrated to the DET model in order to improve robustness and accuracy : local or dense prescribed displacements, deformations directionally constrained by the fibres. These constraints are evaluated on simulated and real human data, in both cine and tagged MR images. A methodology has also been developed in order to extract and statistically analyse myocardial fibre strain. This work was done in collaboration with a team at the Auckland Bioengineering Institute in New Zealand. A finite elements biomechanical model integrates the principle direction of fibres in the left ventricle from Diffusion Tensor MRI acquisitions on ex vivo human hearts and motion from tagged MRI sequences. Fibre strain and its variation throughout the cardiac cycle were estimated. Variability in fibre strain is statistically studied by joining DT-MRI and tagged MRI databases.

L’objectif principal de cette thèse est le développement de techniques de segmentation et de suivi totalement automatisées du ventricule gauche (VG) en RT3DE. Du fait de la nature difficile et complexe des données RT3DE, l’application directe des algorithmes classiques de vision par ordinateur est le plus souvent impossible. Les solutions proposées ont donc été formalisées et implémentées de sorte à satisfaire les contraintes suivantes : elles doivent permettre une analyse complètement automatique (ou presque) et le temps de calcul nécessaire doit être faible afin de pouvoir fonctionner en temps réel pour une utilisation clinique optimale. Dans ce contexte, nous avons donc proposé un nouveau cadre ou les derniers développements en segmentation d’images par ensembles de niveaux peuvent être aisément intégrés, tout en évitant les temps de calcul importants associés à ce type d’algorithmes. La validation clinique de cette approche a été effectuée en deux temps. Tout d’abord, les performances des outils développés ont été évaluées dans un contexte global se focalisant sur l’utilisation en routine clinique. Dans un second temps, la précision de la position estimée du contour du ventricule gauche a été mesurée. Enfin, les méthodes proposées ont été intégrées dans une suite logicielle utilisée à des fins de recherche. Afin de permettre une utilisation quotidienne efficace, des solutions conviviales ont été proposées incluant notamment un outil interactif pour corriger la segmentation du VG. / The fundamental goal of the present thesis was the development of automatic strategies for left ventricular (LV) segmentation and tracking in RT3DE data. Given the challenging nature of RT3DE data, classical computer vision algorithms often face complications when applied to ultrasound. Furthermore, the proposed solutions were formalized and built to respect the following requirements: they should allow (nearly) fully automatic analysis and their computational burden should be low, thus enabling real-time processing for optimal online clinical use. With this in mind, we have proposed a novel segmentation framework where the latest developments in level-set-based image segmentation algorithms could be straightforwardly integrated, while avoiding the heavy computational burden often associated with level-set algorithms. Furthermore, a strong validation component was included in order to assess the performance of the proposed algorithms in realistic scenarios comprising clinical data. First, the performance of the developed tools was evaluated from a global perspective, focusing on its use in clinical daily practice. Secondly, also the spatial accuracy of the estimated left ventricular boundaries was assessed. As a final step, we aimed at the integration of the developed methods in an in-house developed software suite used for research purposes. This included user-friendly solutions for efficient daily use, namely user interactive tools to adjust the segmented left ventricular boundaries.

<p align="justify">L'Imagerie fonctionnelle par Résonance Magnétique (IRMf) a connu un développement important depuis sa découverte au début des années 1990. Basée le plus souvent sur l'effet BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent), cette technique permet d'obtenir de façon totalement non-invasive des cartes d'activation cérébrale, avec de meilleures résolutions spatiale et temporelle que les méthodes préexistantes telles que la tomographie par émission de positrons (TEP). Facilement praticable au moyen des imageurs par RMN disponible dans les hôpitaux, elle a mené à de nombreuses applications dans le domaine des neurosciences et de l'étude des pathologies cérébrales.</p><p><p align="justify">Il est maintenant bien établi que l'effet BOLD est dû à une augmentation de l'oxygénation du sang veineux dans les régions du cerveau où se produit l'activation neuronale, impliquant une diminution de la différence de susceptibilité magnétique entre le sang et les tissus environnants (la déoxyhémoglobine étant paramagnétique et l'oxyhémoglobine diamagnétique), et par conséquent un augmentation du signal si la méthode d'acquisition est sensible aux inhomogénéités de champ magnétique. Cependant, il reste encore de nombreuses inconnues quant aux mécanismes liant les variations d'oxygénation, de flux et de volume sanguin à l'augmentation de signal observée, et la dépendance du phénomène en des paramètres tels que l'intensité du champ, la résolution spatiale, et le type de séquence de RMN utilisée. La première partie de la thèse est donc consacrée à l'étude de l'effet BOLD, dans le cas particulier des contributions dues aux veines de drainage dans les séquences de type écho de gradient rendues sensibles au mouvement par l'ajout de gradients de champ. Le modèle développé montre que, contrairement au comportement suggéré par de précédentes publications, l'effet de ces gradients n'est pas une diminution monotone de la différence de signal lorsque l'intensité des gradients augmente. D'importantes oscillations sont produites par l'effet de phase dû au déplacement des spins du sang dans les gradients additionnels, et par la variation de cette phase suite à l'augmentation du flux sanguin. La validation expérimentale du modèle est réalisée au moyen de la séquence PRESTO (Principles of Echo-Shifting combined with a Train of Observations), c'est-à-dire une séquence en écho de gradient où des gradients supplémentaires permettent d'augmenter la sensibilité aux inhomogénéités de champ, et donc à l'effet BOLD. Un accord qualitatif avec la théorie est établi en montrant que la variation de signal observée peut augmenter lorsqu'on intensifie les gradients additionnels.</p><p><p align="justify">Un autre source de débat continuel dans le domaine de l'IRMf réside dans l'optimalisation des méthodes d'acquisition, au point de vue notamment de leur sensibilité à l'effet BOLD, leurs résolutions spatiale et temporelle, leur sensibilité à divers artefacts tels que la perte de signal dans les zones présentant des inhomogénéités de champ à grande échelle, et la contamination des cartes d'activation par les contributions des grosses veines, qui peuvent être distantes du lieu d'activation réel. Les séquences en écho de spin sont connues pour être moins sensibles à ces deux derniers problèmes, c'est pourquoi la deuxième partie de la thèse est consacrée à une nouvelle technique permettant de donner une pondération T2 plutôt que T2* aux images. Le principe de base de la méthode n'est pas neuf, puisqu'il s'agit de la « Préparation T2 » (T2prep), qui consiste à atténuer l'aimantation longitudinale différemment selon la valeur du temps de relaxation T2, mais il n’avait jamais été appliqué à l’IRMf. Ses avantages par rapport à d’autres méthodes hybrides T2 et T2* sont principalement le gain en résolution temporelle et en dissipation d’énergie électromagnétique dans les tissus. Le contraste généré par ces séquences est étudié au moyen de solutions stationnaires des équations de Bloch. Des prédictions sont faites quant au contraste BOLD, sur base de ces solutions stationnaires et d’une description simplifiée de l’effet BOLD en termes de variations de T2 et T2*. Une méthode est proposée pour rendre le signal constant au travers du train d’impulsions en faisant varier l’angle de bascule d’une impulsion à l’autre, ce qui permet de diminuer le flou dans les images. Des expériences in vitro montrent un accord quantitatif excellent avec les prédictions théoriques quant à l’intensité des signaux mesurés, aussi bien dans le cas de l’angle constant que pour la série d’angles variables. Des expériences d’activation du cortex visuel démontrent la faisabilité de l’IRMf au moyen de séquences T2prep, et confirment les prédictions théoriques quant à la variation de signal causée par l’activation.</p><p><p align="justify"> La troisième partie de la thèse constitue la suite logique des deux premières, puisqu’elle est consacrée à une extension du principe de déplacement d’écho (echo-shifting) aux séquences en écho de spin à l’état stationnaire, ce qui permet d’obtenir une pondération T2 et T2* importante tout en maintenant un temps de répétition court, et donc une bonne résolution temporelle. Une analyse théorique approfondie de la formation du signal dans de telles séquences est présentée. Elle est basée en partie sur la technique de résolution des équations de Bloch utilisée dans la deuxième partie, qui consiste à calculer l’aimantation d’état stationnaire en fonction des angles de précession dans le plan transverse, puis à intégrer sur les isochromats pour obtenir le signal résultant d’un voxel (volume element). Le problème est aussi envisagé sous l’angle des « trajectoires de cohérence », c’est-à-dire la subdivision du signal en composantes plus ou moins déphasées, par l’effet combiné des impulsions RF, des gradients appliqués et des inhomogénéités du champ magnétique principal. Cette approche permet d’interpréter l’intensité du signal dans les séquences à écho déplacé comme le résultat d’interférences destructives entre diverses composantes physiquement interprétables. Elle permet de comprendre comment la variation de la phase de l’impulsion d’excitation (RF-spoiling) élimine ces interférences. Des expériences in vitro montrent un accord quantitatif excellent avec les calculs théoriques, et la faisabilité de la méthode in vivo est établie. Il n’est pas encore possible de conclure quant à l’applicabilité de la nouvelle méthode dans le cadre de l’IRMf, mais l’approche théorique proposée a en tout cas permis de revoir en profondeur les mécanismes de formation du signal pour l’ensemble des méthodes à écho déplacé, puisque le cas de l’écho de gradient s’avère complètement similaire au cas de l’écho de spin.</p><p><p align="justify">La thèse évolue donc progressivement de la modélisation de l’effet BOLD vers la conception de séquences, permettant ainsi d’aborder deux aspects fondamentaux de la physique de l’IRMf.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette recherche comparatiste évoque les aspects essentiels de la dimension française dans la poésie bessarabienne du XXe siècle. L’exemple si suivi de l’imagerie française, déterminante dans la synchronisation, voire la postsynchronisation littéraire de l’espace roumainophone (y compris celui bessarabien) avec le monde occidental, se manifeste depuis toujours. Lors de cette migration imagologique la réception de l’élément étranger implique la notion du temps. Au temps linéaire historique d’une société est opposé le temps cyclique de l’image, sinon du stéréotype. La crise du temps engage la crise identitaire. Dans le contexte littéraire local la quête identitaire évolue implicitement avec la recherche esthétique. Des motifs empruntés, dans la plupart des cas de souche française, mythiques ou paramythiques, récurrents ou occasionnels – tout est invoqué afin de raccorder une littérature marginale avec le centre convoité, qu’il soit roumain, français, européen… L’ouvrage se structure autour de la thématique réitérative (voyage, île, ville…), ou singulière (Cythère, Guernica…). Une place importante occupe les thèmes poésie et peinture, paysage et recherche identitaire, ainsi que l’étude d’anthropologie culturelle « Mythe ou paramythe ». Une grande partie du texte est accordée au suivi imagologique de la présence française en régime totalitaire. Suite à une mentalité stéréotypée, l’image française devient, respectivement, symptomatique. Elle symbolise, par ailleurs, un exutoire culturel. Déterminant dans la constitution de l’imaginaire esthétique bessarabien, le phénomène de réminiscence et d’intertextualité contribue à l’émergence d’un tableau poétique varié et disparate. / This comparative research suggests the essential points of French dimension of the Bessarabian poetry in the twentieth century. The explicit example of the French imaging, decisive for synchronization, indeed literary postsynchronisation of the Romanian space (including Bessarabian) with the western world, has always manifested. During this imagological migration receipt of the foreign element involves the concept of time. The historical linear time of a society is against the cyclical time of the image, if not the stereotype. The crisis of time obliges the identity crisis. In the context of local literary quest for identity is changing with the implicit aesthetic research. The borrowed motifs, in most cases of French descent, mythical or paramythical, recurring or occasional - everything is invoked to connect the marginal literature with a coveted center, whether Romanian, French, European ... The work is structured around the reiterative theme (travel, island, city ...) or singular (Cythere, Guernica ...). An important place occupies the themes poetry and painting, landscape and identity research, and the study of cultural anthropology "Myth or Paramyth“. Much of the text is given to monitoring imagological of the French presence in totalitarian regimes. Following a stereotyped mentality, the French image becomes, respectively, symptomatic. Moreover, it represents a cultural outlet. Decisive for the constitution of the Bessarabian aesthetic imagination, the phenomenon of reminiscence and intertextuality contribute to the emergence of a poetic picture varied and disparate.

La thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) est une thérapie électrique reconnue pour le traitement de l'insuffisance cardiaque liée à un asynchronisme cardiaque. Toutefois, environ un tiers des patients traités s'avèrent non-répondeurs à la CRT. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'optimisation de la CRT par un meilleur positionnement de la sonde de stimulation du ventricule gauche (VG). L'approche proposée se décompose en deux temps. Une analyse pré-opératoire permet d'abord de définir les sites du VG optimaux et de caractériser leurs accès grâce à plusieurs étapes de recalage et fusion d'informations multimodales. Ensuite, un système d'assistance per-opératoire, basé sur la fusion des données pré- et per-opératoire, est proposé aux cliniciens afin de guider le geste vers les sites de stimulation pré-définis. L'analyse pré-opératoire utilisée pour la planification de la CRT s'inscrit dans la continuité des travaux menés au LTSI depuis plusieurs années. Dans ces travaux, de nouvelles méthodes pour la segmentation semi-interactive des veines coronaires en imagerie TDM ainsi que pour la caractérisation de la fibrose diffuse en IRM ont été proposées puis l'ensemble des méthodes développées au laboratoire ont été intégrés dans un même outil logiciel. Dans un second temps, une assistance per-opératoire est fourni à l'aide d'un recalage 3D/2D entre un modèle 3D de planification, issu de l'analyse pré-opératoire, et les images angiographiques 2D utilisées en routine clinique. Afin de permettre ce recalage, des méthodes d'extraction des images télé-systoliques et de segmentation automatique des veines coronaires dans ces dernières ont d'abord été définies. Ensuite, le recalage 3D/2D, effectué entre les veines coronaires 3D extraites en imagerie TDM et leur équivalent 2D dans les images angiographiques, permet la fusion des données pré- et per-opératoire. / Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) is a recognized electrical therapy to correct cardiac asynchronism. However, about one third of implanted patients do not respond properly to the therapy. This thesis is focused on the improvement of the CRT through the optimization of the left ventricular lead placement. The proposed approach here is defined in two parts. Firstly, a pre-operative analysis defines the best left ventricle sites to stimulate thanks to several steps of registration and fusion of multimodales informations. Secondly, a per-operative assistance system is proposed in order to guide clinicians to use these pre-defined implantation sites. The CRT planification is a research theme in the LTSI for many years. In this thesis, novel semi-automatic segmentation methods have been developed for both the coronary veins in CT and diffuse fibrosis characterization in MRI. The previous developments and these novel methods have been gathered and integrated in one software. Then, a 2D/3D registration between angiographic frames, used in clinical routine, and a 3D model produced by the pre-operative analysis is used to assist the implantation. To perform the registration, dedicated methods to extract end-systolic images and segment coronary veins in these images have been developed. Next, the registration is performed between the 3D coronary veins (extracted from the CT volumes) and their 2D equivalent which allows the pre- and per-operative data to be fused.

Des récepteurs de neuropeptides peuvent être fortement exprimés à la surface descellules tumorales offrant ainsi l’opportunité de les visualiser en imagerie par Tomographie d'Emissionde Positons (TEP) grâce à des analogues radiomarqués au 68Ga, 64Cu ou au 18F, mais également desélectionner des patients répondeurs à une radiothérapie métabolique à l'aide de ces mêmes analogues,radiomarqués au 177Lu ou 90Y. Un exemple phare a été le développement d’analogues radiomarqués dela somatostatine pour l'imagerie (68Ga-DOTATOC) et le traitement (177Lu-DOTATATE) des tumeursneuro-endocrines (TNE). Cette voie diagnostique et thérapeutique s’est récemment amplifiée avecl’identification d'autres neuropeptides et leurs récepteurs (sur)exprimés par les cellules tumorales. Cetravail de Thèse s'est donc déroulé selon plusieurs thématiques dont la première a été la mise en placed'une plate-forme de radiomarquage au 68Ga (une des premières en France) pour introduire l'imageriedes récepteurs somatostatine dans les TNE à Bordeaux (essai clinique GALTEP utilisant le 68Ga-DOTATOC) ou d'autres molécules innovantes (68Ga-PSMA dans le cancer de la prostate). Afind’envisager d'autres applications des récepteurs de la somatostatine nous avons recherché leurexpression dans des lymphomes de Hodgkin. Enfin, nous nous sommes concentrés sur ledéveloppement de deux autres familles de neuropeptides; les récepteurs de la bombésine (GRP-R etNMB-R) et de la neurotensine (NTR1). Nous avons finement caractérisé l'expression du GRP-R dansle cancer du sein et développé une nouvelle classe de radiopeptides pour le ciblage des récepteurs de labombésine. Enfin, nous avons étudié NTR1 dans diverses tumeurs pour fournir le rationnel nécessaireau développement d'analogues de la neurotensine. / Neuropeptide receptors can be highly expressed on the cell surface of tumor cells,paving the way to their visualization with Positron Emission Tomography (PET) using analoguesradiolabeled with 68Ga, 64Cu or 18F, but also to select patients who can benefit fromradiopharmaceutical therapy using similar analogues radiolabeled with 177Lu or 90Y. An example hasbeen the development of somatostatin radio-analogues for imaging (68Ga-DOTATOC) and therapy(177Lu-DOTATATE) of neuroendocrine tumors (NET). This concept has gained insight since thediscovery of other neuropeptides and their receptors (over)expressed on diverse tumors. This PhD hasbeen conducted according to several axis, the first being the establishment of a 68Ga-radiolabelingplatform (among the first in France) to introduce somatostatin receptor PET imaging of NET inBordeaux (clinical trial GALTEP using 68Ga-DOTATOC) but also other innovative molecules (68Ga-PSMA for prostate cancer imaging). Furthermore, to consider other applications of somatostatinreceptors we investigated their expression in Hodgkin's lymphomas. We then mainly aimed atinvestigating possibilities offered by two other families of neuropeptide receptors: bombesin receptors(GRP-R and NMB-R) and neurotensin receptors (NTR1). For the bombesin family, we have wellcharacterized GRP-R expression in breast cancer and developed a novel class of radiopeptide forbombesin receptors targeting. Finally, we studied NTR1 expression in various tumors (notably prostatecancer) to provide molecular basis necessary for the development of neurotensin analogues.

Les bactéries sont les organismes les plus abondants dans le monde. Des études sur les bactéries peuvent être bénéfiques pour la recherche médicale, la qualité des ressources en eau et l'industrie alimentaire. La détection et le marquage fluorescent est une des méthodes les plus utilisées pour des objectifs bioanalytiques. Dans la recherche de marqueurs luminescents et stables, des nouvelles nanoparticules fluorescentes et auto-stabilisées à base de polymères (FNPs, 60 nm) et des chaînes de polymères fluorescents (FPCs, 5nm) ont été développées. Dans un premier chapitre, une méthodologie pour insérer ces FNPs dans la bactérie E.coli a été développée. Pour contrôler si les FNPs sont en effet internalisé, nous avons développé un protocole basé sur l'extinction de luminescence des FNPs par le bleu de méthylène. Dans un second chapitre, les biotines conjuguées de FNPs peuvent être utilisées pour étudier les protéines membranaires spécifiques. En utilisant un lien streptavidine-biotine, un "sandwich" est formé pour construire un pont entre des particules, des anticorps spécifiques et des bactéries. Les images de fluorescence SPR et les images SEM ont démontré l'interaction de la biotine conjuguée de FNPs avec la bactérie E.coli. Dans un troisième chapitre, les chaînes de polymères fluorescents de couleur verte (GFPCs) peuvent facilement entrer dans des bactéries E.coli. Les GFPCs peuvent marquer le cyctoplasme mais pas l'ADN. Les chaînes de polymères fluorescents de couleur rouge (RFPCs) peuvent marquer facilement et efficacement la membrane de bactérie E.coli. Les deux FPCs sont extrêmement brillantes et non toxiques, les chaînes sont solubles dans l'eau. Ce sont de nouveaux matériaux fluorescents pour le marquage interne et externe des bactéries. Dans le dernier chapitre, il est démontré que les FANPs sont sensibles au pH et peuvent être utilisées pour mesurer la croissance de la bactérie E.coli. Les nano-objets détectent rapidement et précisément la croissance des cellules. En effet, leur fluorescence est sensible au changement de pH résultant du métabolisme cellulaire. De plus, ces particules permettent une surveillance en continu d'un grand nombre d'échantillons pour des applications de criblage à haut débit. Les nanomatériaux présentés dans ce manuscrit sont des outils prometteurs pour les applications en biocapteurs et bioimagerie en raison de leur luminosité/brillance et photostabilité élevées ainsi que les possibilités de post-fonctionnalisation. / Bacteria are the most abundant organisms in the world. Investigations and studies on bacteria can be beneficial to medical research, water resources research and food industry. Fluorescent sensing and labeling are commonly used for bioanalytical purposes. In the quest for very bright and stable labels, novel polymer-based, self-stabilized, fluorescent nanoparticles (FNPs, 60 nm) and fluorescent polymer chains (FPCs, 5 nm) have been developed. In the first part, a methodology to insert these FNPs into E.coli bacteria was developed. To control if the FNPs are indeed internalized, we developed a protocol based upon FNPs luminescence quenching by methylene blue. In the second part, a "sandwich" system is built. By using a streptavidin-biotin link, a bridge between particles (FNP), specific antibodies and bacteria is built. SPR, fluorescent images and SEM images demonstrated the interaction of biotin conjugated FNPs with E.coli bacteria. In the third part, interactions of fluorescent polymer chains with bacteria are investigated. Green fluorescent polymer chains (GFPCs) can easily enter into E.coli bacteria. GFPCs can label the cytoplasm but not the DNA. Red fluorescent polymer chains (RFPCs) can label the membrane of E.coli bacteria easily and efficiently. Both FPCs are highly water-soluble, bright and non-toxic, they are novel fluorescent labels for internal and external biological labeling of bacteria. In the last part, it is demonstrated that pH sensitive FANPs can be used to measure the growth of E.coli. They detect rapidly and accurately bacterial growth by signaling the change of pH resulting from cellular metabolism. Moreover, these particles allow for continuous monitoring a large number of samples for high-throughput screening applications. The studied fluorescent nanomaterials are promising tools for biosensing and bioimaging applications due to their brightness, high photostability and rich functionalisation ability.

Les embryons d'ascidies se développent avec un lignage cellulaire stéréotypé et évolutionairement conservé pour produire en quelques heures ou jours un têtard comportant un petit nombre de cellules. De ce fait, ils fournissent un cadre intéressant pour décrire avec une résolution cellulaire le programme de développement d’un organisme complet. Pendant mon doctorat, j’ai développé une approche quantitative pour décrire l’évolution morphologique embryonnaire pendant le développement de Phallusia mammillata. J’ai ensuite utilisé cette approche pour systématiquement caractériser en détail les logiques des événements de spécifications de destin cellulaire.Pour caractériser quantitativement les comportements cellulaires pendant l’embryogenèse, nous avons utilisé de la microscopie à feuille de lumière multi-angles pour imager des embryons entiers à haute résolution spatio-temporelle. Les membranes plasmiques étaient marquées pour permettre l’identification des cellules. Pour extraire les informations biologiques de ce jeu de donnés, j’ai développé une nouvelle méthode pour segmenter les cellules en 4D, ASTEC. Une fois appliquée aux embryons de Phallusia mammillata imagés pendant 6 heures entre le stade 64 cellules et le début des stades bourgeon caudal, cette méthode a permis de récupérer la forme et de suivre 1030 cellules pendant 640 divisions. L’embryon digital 4D résultant peut être formalisé par un graphe dynamique, dans lequel les cellules sont représentées par des sommets reliés par des arrêtes représentant au sein d’un point de temps leur voisinage spatial, et entre différents points de temps leur lignage cellulaire.Basé sur cette représentation digitale et quantitative, nous avons systématiquement identifié les événements de spécification cellulaire jusqu’au dernier stade de la gastrulation. Des simulations informatiques ont révélé que des règles remarquablement simples intégrant les aires de contacts cellulaires et les expressions spatio-temporelles booléennes de signaux moléculaires extracellulaires sont suffisantes pour expliquer les inductions cellulaires au cours du développement précoce. Ce travail suggère que pour les embryons établissant des contacts stéréotypés et précis entre cellules voisines, les contraintes génomiques sont relâchées, ce qui permet une évolution plus rapide du génome. / Ascidian embryos develop with stereotyped and evolutionarily conserved invariant cell lineages to produce in a few hours or days tadpole larvae with a small number of cells. They thus provide an attractive framework to describe with cellular resolution the developmental program of a whole organism. During my PhD, I developed a quantitative approach to describe the evolution of embryonic morphologies during the development of the ascidian Phallusia mammillata. I then used this approach to systematically characterize in detail the logic of cell fate induction events. To quantitatively characterize cell behaviors during embryogenesis, we used multi-angle light-sheet microscopy to image with high spatio-temporal resolution entire live embryos with fluorescently labeled plasma membranes. To extract biological information from this imaging dataset, I then developed a conceptually novel automated method for 4D cell segmentation, ASTEC. Applied to a Phallusia mammillata embryo imaged for 6 hours between the 64-cell and the initial tailbud stages, this method allows the accurate tracking and shape analysis of 1030 cells across 640 cell divisions. The resulting 4D digital embryo can be formalized as a dynamic graph, in which cells are represented by nodes, linked within a time point by edges that represent their spatial neighborhood, and between time points by temporal edges describing cell lineages.Based on this quantitative digital representation, we systematically identified cell fate specification events up to the late gastrula stage. Computational simulations revealed that remarkably simple rules integrating measured cell-cell contact areas with boolean spatio-temporal expression data for extracellular signalling molecules are sufficient to explain most early cell inductions. This work suggests that in embryos establishing precise stereotyped contacts between neighboring cells, the genomic constraints for precise gene expression levels are relaxed, thereby allowing rapid genome evolution.