Les pathologies cardiovasculaires et leurs conséquences représentent actuellement un problème de santé publique majeur dont la prise en charge pourrait être considérablement améliorée par le développement de nouvelles méthodes de diagnostic non invasives. Ce projet doctoral vise à développer des microparticules polysaccharides injectables dans la circulation sanguine permettant l’imagerie moléculaire des pathologies artérielles. Grâce à un procédé d’émulsion-réticulation, nous avons synthétisé ces microparticules qui sont d’une part fonctionnalisées avec du fucoïdane afin de pouvoir cibler la P-Sélectine qui est une molécule d’adhésion exprimée au niveau de la paroi artérielle lésée, et d’autre part, conjuguées à des agents de contraste afin d’apporter un signal en imagerie. Nous avons alors développé 2 outils d’imagerie moléculaire propres à 2 modalités classiques d’imagerie médicale. Afin de suivre les microparticules en tomographie par émission monophotonique de positons (TEMP), nous les avons radiomarquées avec du technétium 99m et pour les détecter en imagerie par résonance magnétique (IRM), nous les avons chargées avec des nanoparticules d’oxyde de fer superparamagnétiques. Nous avons ensuite validé l’efficacité de ces 2 outils d’imagerie moléculaire avec des essais précliniques en imagerie in vivo chez le petit animal sur des modèles de pathologies artérielles. Les résultats obtenus sont très encourageants et ces 2 outils d’imagerie moléculaire ont un fort potentiel clinique pour le diagnostic des pathologies artérielles. Nous avons également observé que les microparticules migrent dans la paroi artérielle dégradée au niveau des pathologies étudiées. Cette propriété singulière pourrait s’avérer très intéressante pour les futurs travaux qui consisteront à utiliser ce support pour véhiculer des molécules thérapeutiques au cœur des différentes pathologies artérielles. / Cardiovascular diseases and their consequences constitute nowadays a major health issue. Their treatment could be substantially improved with the development of new non invasive diagnostic techniques. The aim of this doctoral project is to develop injectable into blood stream polysaccharide microparticles that would permit molecular imaging of arterial pathologies. From an emulsion- crosslinking process, we synthesized these microparticles which are on the one hand functionalized with fucoidan to target P-Selectin which is expressed at damaged arterial wall, and on the other hand combined with contrast agents to bring an imaging signal. We developed 2 molecular imaging tools dedicated to 2 classical medical imaging modalities. In order to track the microparticles by single photon emission computed tomography, we radiolabeled them with technetium 99m and to detect them by MRI, we loaded them with superparamagnetic nanoparticles of iron oxide. We then have validated the efficiency of these 2 molecular imaging tools with preclinical studies of in vivo small animal imaging of arterial disease models. The obtained results are very promising and these 2 molecular imaging tools have a strong clinical potential for the diagnosis of arterial pathologies. We also have observed that the microparticles tend to migrate though the damaged arterial wall. This specific property could turn out to be very interesting for future works which will consist in using this technology to convey therapeutic molecules directly into the core of the arterial pathologies.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d'acquisition d'images qui permet de visualiser les différents tissus du corps humain. Son principe se base sur le moment magnétique des protons des atomes d'hydrogène. Le corps étant principalement composé d'eau et donc d'hydrogène, cela en fait une méthode de choix pour faire de l'imagerie cardiaque. L'IRM est très utilisée en clinique pour observer et diagnostiquer les différentes maladies cardiaques, comme l'infarctus du myocarde, la cardiomyopathie dilatée ou la cardiomyopathie hypertrophique. Dans le cas du coeur, principalement trois structures anatomiques sont étudiées: la cavité du ventricule gauche, la cavité du ventricule droit et le myocarde. Dans ce but, il est nécessaire de faire une segmentation manuelle, semi-automatique ou automatique de l'image IRM. Une fois ces structures segmentées, différents paramètres physiologiques peuvent être calculés pour évaluer la maladie d'un patient. Souvent, les méthodes de segmentation se concentrent sur la segmentation de la cavité du ventricule gauche. Pour les autres structures, la segmentation est principalement faite à la main par un médecin ce qui demande un temps non négligeable (environ 10 à 15 minutes par coeur). Ce mémoire présente une base de données anonymisée d'images cardiaque contenant 150 patients avec différentes maladies cardiaques. Il présente aussi une nouvelle méthode de segmentation automatique des trois structures sans aucune intervention humaine. La méthode se base sur l'apprentissage profond, ce qui en fait une méthode très rapide (180 millisecondes par volume). Pour rendre les segmentations plus fidèles, elle incorpore un terme de contours qui permet d'avoir une segmentation plus précise des contours des structures et une forme a priori qui permet de rendre la segmentation plus près de celle d'un vrai coeur (sans trous ou anatomie impossible). Cette recherche est faite en collaboration avec l'Université de Bourgogne et l'Université de Lyon en France qui ont permis la mise en place de cette base de données cardiaque et la validation des résultats.

Le but de cette thèse est d'étudier, du point de vue théorique, la contrôlabilité exacte de certaines équations aux dérivées partielles qui modélisent les vibrations élastiques, et d'appliquer les résultats ainsi obtenus à la résolution des problèmes inverses provenant de l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette thèse comporte deux parties. La première partie discute la problématique de la contrôlabilité exacte, respectivement de l'observabilité exacte, de l'équation des plaques perturbées avec des termes linéaires ou non linéaires. Ainsi, dans le Chapitre 2 de cette thèse nous avons démontré l'observabilité interne exacte de l'équation des plaques perturbées par des termes linéaires d'ordre un et dans le Chapitre 3 la contrôlabilité exacte locale d'une équation des plaques non linéaire attribuée à Berger. Le Chapitre 4 introduit une méthode numérique pour l'approximation des contrôles exactes dans des systèmes d'ordre deux en temps. La deuxième partie de la thèse est dédiée à l'imagerie par résonance magnétique. Plus précisément, on s'intéresse aux méthodes de reconstruction des images pour des objets en mouvement. Dans le Chapitre 6, nous avons formulé la reconstruction d'images cardiaques acquises en respiration libre comme un problème des moments dans un espace de Hilbert à noyau reproductif. L'existence d'une solution pour un tel problème des moments est prouvée par des outils bien connus dans la théorie du contrôle. La connexion entre les deux parties de la thèse est réalisée par le Chapitre 7 où l'on présente le problème inverse d'identification d'un terme source dans l'équation des ondes à partir d'une observation correspondante à un enregistrement IRM. / The aim of this thesis is to study the exact controllability and exact observability of some partial differential equations, modeling elastic vibrations of structures and to apply the results obtained in this way to solve some inverse problems provided by magnetic resonance imaging (MRI). This thesis has two parts. In the first part we study the exact controllability and exact observability of Euler-Bernoulli equation perturbed with linear or non-linear terms. Therefore, in Chapter 2 of this work we prove the internal exact observability of the Euler-Bernoulli equation perturbed by a linear term and in Chapter 3 we prove the local exact controllability of a non-linear plate equation due to Berger. Chapter 4 provide a numerical method to approximate the exact controls of vibrating systems. The second part of the thesis is centered to magnetic resonance imaging. More precisely, we are interested on the image reconstruction methods in magnetic resonance imaging of moving objects. Chapter 6 describe a method to reconstruct cardiac images from MR data acquired in free-breathing, reducing the image reconstruction to a problem of moments in a Hilbert space. The solution of this problem of moments is obtained using the same tools as in control theory. A more direct connexion between the two parts of the thesis is provided by Chapter 7 where we describe the inverse problem of the identification of a source term in the wave equation from a measure corresponding to a magnetic resonance signal.

Dans la littérature, les propriétés physiques du yogourt en fonction du procédé ou de la formulation ont été beaucoup étudiées. Cependant, les effets du procédé de brassage sur les propriétés du yogourt brassé et sa structure sont peu décrits. Le rebodying durant l’entreposage est lui aussi assez peu décrit et les structures impliquées dans ce phénomène sont absentes dans la littérature. Les structures du yogourt brassé sont souvent observées à toute petite échelle (< µm) ou par des méthodes potentiellement destructrices. Le but de ce projet de thèse était d’étudier l’effet d’un paramètre impactant du procédé de brassage (la température de lissage) en combinaison avec les paramètres de formulation (choix d’ingrédients protéiques, ratio protéique et ferments) sur les structures et les propriétés physiques du yogourt brassé durant l’entreposage. Deux techniques d’analyse innovantes ont été utilisées. Une technique améliorée d’analyse d’image microscopique pour caractériser et quantifier les différences de microstructure des produits obtenues ainsi qu’une technique de RMN à basse fréquence sur les protons (1H-BF-RMN) pour mieux décrire les phénomènes de synérèse dans le gel de yogourt durant l’entreposage. La technique d’imagerie a permis d’observer les structures du gel de yogourt brassé à une échelle entre le micron et le millimètre. Cette technique a permis d’observer des microgels de yogourt et une structure plus diffuse de gel réorganisé. La taille des microgels et le développement du gel réorganisé ont été reliés avec le phénomène de synérèse. Durant l’entreposage, la technique 1H-BF-RMN a permis de suivre la contraction du gel de protéines qui conduit à la fois à une expulsion du sérum durant l’entreposage (synérèse spontanée) et à une immobilisation plus élevée du sérum retenu à l’intérieur du gel. Durant ce projet, l’effet de la température de lissage a été étudié avec trois échelles différentes : échelle laboratoire dans un rhéomètre, échelle technique et échelle semi-industrielle, puis l’évolution des propriétés des yogourts a été étudiée durant plusieurs jours d’entreposage. Les températures de lissage plus hautes produisaient des yogourts avec de plus gros microgels issus à la fois d’un cisaillement moins destructif et de l’agrégation de microgels individuels. La présence de gros microgels était associée à des yogourts plus visqueux et plus fermes. La présence de ces gros microgels était souvent associée à un faible développement de gels réorganisés menant à la formation de poches de sérum et donc plus de synérèse. Réciproquement, les températures de lissage faibles étaient responsables d’une présence en plus grande quantité de gel réorganisé au dépend des microgels de petite taille donnant lieu à des yogourts de faibles viscosité et fermeté. Par contre en ce qui concerne la synérèse, il semblerait qu’en dessous d’une certaine température de lissage, il n’y ait plus assez de gros microgels pour retenir le sérum, et le gel réorganisé ne retient pas suffisamment le sérum pour limiter la synérèse. iii En ce qui concerne les changements de formulation, l’utilisation d’un isolat ou d’un concentrat de protéines du lactosérum pour standardiser le lait n’a eu que très peu d’impact sur les propriétés étudiées du yogourt brassé. Par contre, lorsque la quantité de protéines de lactosérum était augmentée avec des teneurs en caséines et de solides totaux constantes, la fermeté et la viscosité augmentaient avec la taille des microgels, tandis que la synérèse diminuait. De plus, la quantité de protéines sériques contrôle également la capacité des microgels à s’agréger durant l’entreposage. Lorsqu’un changement de ferment était effectué, l’action des exopolysaccharides (EPS) sur les propriétés des yogourts était masquée par le lissage effectué à 4 °C. Globalement, la présence d’EPS texturants empêchait l’agrégation des microgels et produisait des yogourts avec de petits microgels et un gel réorganisé très développé. La présence d’EPS n’a pas permis d’augmenter la fermeté ou la viscosité du yogourt, par contre durant leur écoulement, la structure du gel de yogourt résistait mieux à l’intensité des cisaillements. Cette thèse démontre que la température de lissage est un outil efficace pour contrôler les structures des yogourts brassés et donc les propriétés physiques qui en découlent. Également, le réglage de la température de lissage permet de moduler les effets provoqués par un changement de formulations. Cette thèse offre également de nouvelles techniques d’étude des microgels avec un fort potentiel prédictif qui pourrait être utilisées en industrie. / Yogurt physical properties depending on process, and formulation parameters are widely reported in the literature. However, the effect of the stirring and smoothing process on stirred yogurt and its structure is a subject of fewer studies. The rebodying during storage is also less described and the structures involved are not observed in literature. Stirred yogurt microstructures are often observed at small scales (< µm) or using methods that are destructive. The aim of this project was to study the effect of an impacting stirred yogurt process parameter (smoothing temperature) and the formulation (protein ingredient, protein ratio, and starter) on structural and physical properties of stirred yogurt during storage. Two innovative techniques of analyses were introduced. One microscopic image analysis to characterize and quantify the different microstructures in the product; and one method based on NMR at low frequency on protons ( 1H-LF-NMR) to better describe syneresis phenomena in yogurt gel during storage. The microscopic technique allowed observing structures in the range from a few microns to a millimeter range. It also allowed differentiating a looser gel (reorganized gel) from dense microgels. Microgels size and reorganized gel development were linked to syneresis phenomenon. During storage, the 1H-LF-NMR detected the protein gel contraction, which leads to both a higher content of expelled water during storage (spontaneous syneresis), and more immobilization of the serum still inside the network. During this project, smoothing temperature effect was studied with three different production scales: laboratory scale, technical scale, and semi-industrial scale, then stirred yogurt evolution were studied during storage. Higher smoothing temperature produced larger microgels that came from less destructive shearing and microgel aggregation. Those large microgels were associated with less development of the reorganized gel leading to the formation of areas empty of protein networks responsible for higher syneresis values. However, under a specific smoothing temperature the number and smaller size of microgels are not enough to hold the serum and the reorganized gel is too loose, which produced yogurt with higher syneresis. The effect of formulation had really little impact when comparing between a whey protein concentrate instead of an isolate as the whey protein ingredient for milk standardization. However, at constant casein and total solid contents, when the whey protein content was increased, firmness, viscosity, and microgel sizes increased, while induced syneresis decreased. Moreover, the whey protein quantity controlled how much the microgels aggregated during storage. When the starter was changed, the polysaccharides (EPS) effects on stirred yogurts properties were masked when the smoothing process was realized at 4 °C. Globally the presence of texturing EPS hindered microgel aggregation and produced yogurt with small microgels and a more developed reorganized gel. The presence of texturing EPS did not increase viscosity or firmness, however, during flow experiments, the gel structure had a better resistance toward shearing. v This thesis demonstrates that smoothing temperature is a tool to control stirred yogurt structures and the physical properties that results from structures. Besides, smoothing temperature allows to modulate the effects resulting from formulation changes. This thesis also offers innovative techniques with a strong potential to predict yogurt properties, which can be transferred to industries.

Titre de l'écran-titre (visionné le 31 octobre 2023) / L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est une technique d'imagerie non invasive. Celle-ci utilise les champs magnétiques afin de mesurer les changements hémodynamiques induits par le mécanisme du couplage neurovasculaire dans une région du cerveau donnant une mesure indirecte de l'activité neuronale. La réalisation d'études IRMf sur des souris éveillées pose diverses difficultés et défis techniques nécessitant l'utilisation de sédatifs ou d'anesthésiques. Or, certains facteurs comme le stress et l'état d'anesthésie sont reconnus pour altérer la fonction cérébrale affectant simultanément la fidélité des résultats recueillis. Le but de ce projet est ainsi d'étudier la faisabilité de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à 1 tesla chez la souris éveillée. D'abord, une méthode de fixation a été développée afin de restreindre les mouvements d'une souris permettant de l'imagerie anatomique et fonctionnelle in vivo. Un paradigme en bloc alternant une période de repos et une période de stimulation a été élaboré en utilisant un mélange gazeux de dioxyde de carbone et d'oxygène à titre de stimulation. Le tout, afin d'induire des changements sanguins comparables à ceux provoqués par le couplage neurovasculaire. Ensuite, une analyse statistique, sur les images fonctionnelles, a permis d'obtenir deux cartes d'activation en comparant les deux différents blocs avec stimulation et au repos. Finalement, les résultats obtenus à l'IRMf sont comparés avec la technique d'imagerie optique intrinsèque pour vérifier la concordance des réponses mesurées par diverses méthodes d'imagerie. Ainsi, l'obtention de ces cartes montre qu'une étude IRMf sur une IRM 1T avec souris éveillée est possible. / Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive imaging technique that uses magnetic fields to measure hemodynamic changes induced by the mechanism of neurovascular coupling in a region of the brain giving an indirect measure of neuronal activity. Performing fMRI studies on awake mice poses various technical difficulties and challenges requiring the use of sedatives or anesthetics. However, certain factors such as stress and the state of anesthesia are known to alter brain function, simultaneously affecting the fidelity of the collected results. The aim of this project is to study the feasibility of functional magnetic resonance imaging at 1 tesla in awake mice. First, a mouse holder was developed to restrict the movements of a mouse's head allowing for anatomical and functional imaging in vivo. A block paradigm of alternating a period of rest and a period of stimulation was developed using a gaseous mixture of carbon dioxide and oxygen as stimulation in order to induce blood changes comparable to those caused by neurovascular coupling. Then, a statistical analysis on those functionals images made it possible to obtain two activation maps by comparing the two different blocks of stimulation and at rest. Finally, the results obtained by fMRI are compared with the intrinsic optical imaging technique to verify the concordance of the responses through different imaging methods. Thus, obtaining these maps shows that an fMRI study on a 1T MRI with awake mice is possible.

Les traumatismes craniocérébraux constituent une cause importante de mortalité et de morbidité à travers le monde, et représentent un fardeau socioéconomique important dans les pays développés en raison de l'incapacité résiduelle post-traumatique dont souffrent les patients après leur traumatisme. Malgré la fréquence élevée d'issues cliniques défavorables à long terme, il existe actuellement peu d'indicateurs pronostiques permettant de guider le clinicien dans la prise en charge aiguë de ces patients et de conseiller leurs familles et proches. Plus de quatre décennies d'études observationnelles ont examiné l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë dans son rôle potentiel à distinguer rapidement l'issue clinique post-traumatisme à long terme chez ces patients. Le présent travail vise donc à déterminer la valeur pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë de traitement suite à un traumatisme craniocérébral modéré ou grave chez l'adulte, en utilisant une méthodologie de revue systématique et méta-analyse pronostique, afin d'identifier toutes les études évaluant la relation entre les modèles de lésions identifiés par résonance magnétique et l'issue clinique à long terme. Nos travaux ont identifié 58 études individuelles. Après méta-analyse, les lésions localisées dans le tronc cérébral se sont révélées être associées à une mortalité augmentée (toutes causes confondues) et une issue neurologique défavorable alors que les lésions compatibles avec une lésion axonale diffuse ont été associées à une augmentation du risque d'issue neurologique défavorable. Deux échelles de classement basées sur la gravité de la lésion ont été associées à des issues neurologiques de plus en plus défavorables au fur et à mesure de l'augmentation du nombre de structures cérébrales caudales touchées, confirmant ainsi l'importance des lésions profondes. Ces résultats démontrent l'utilité pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée rapidement après un traumatisme craniocérébral et indiquent la nécessité d'entreprendre des études pronostiques de cohorte de haute qualité et bien contrôlées, en raison du risque élevé de biais dans la littérature actuelle. / Traumatic brain injury is a major cause of mortality and morbidity worldwide and represents a significant socioeconomic burden in developed nations due to residual post-trauma disability among survivors. Despite high rates of long-term unfavourable outcome, few prognostic indicators currently exist to guide early clinical management and counsel family and friends of patients. Over four decades of observational studies have examined the potential role of early magnetic resonance imaging of the brain to distinguish long-term clinical outcome by examining lesion patterns identifiable soon after trauma. This present work thus aims to determine the prognostic value of early magnetic resonance imaging following moderate or severe traumatic brain injury in adults by employing prognostic systematic review and meta-analysis methodology to identify all published studies assessing the relationship between magnetic resonance lesion patterns and long-term clinical outcome. Our search identified 58 individual studies; following meta-analysis, lesions located in the brainstem were associated with all-cause mortality and unfavourable neurological outcome while shear injury patterns compatible with diffuse axonal injury anywhere in the brain were associated with increased risk of unfavourable neurological outcome. Two scoring systems based on lesion depth were associated with progressively worse neurological outcomes as more caudal cerebral structures were affected, confirming the importance of deep lesions. These findings demonstrate the prognostic utility of magnetic resonance imaging early following traumatic brain injury and indicate the need for high quality, well-controlled, prognostic cohort studies given the elevated risk of bias in the current body of literature.

La maladie coronarienne est l’une des principales causes de mortalite dans le monde, la manifestation la plus connue etant l’infarctus du myocarde. Plus de 80 % des infarctus sont causes par la formation d’un thrombus occlusif dans une artere coronaire, decoulant de la destabilisation d’une plaque d’atherosclerose. Bien que la presence de facteurs de risque traditionnels majeurs (hypertension, diabete, dyslipidemie, tabagisme) augmente le risque coronarien, plus de 85 % des infarctus sont inexpliques par ceux-ci. L’atherosclerose, le mecanisme sous-jacent a la majorite des evenements coronariens, se caracterise par des depots de calcium, de tissu fibreux, ainsi que de lipides et de debris necrotiques, lesquels s’agglomerent pour former un noyau necrotique riche en lipides (LRNC) dans la paroi arterielle. Le LRNC est un determinant majeur de la vulnerabilite de l’atherosclerose etant associe a la survenue d’evenements coronariens. Les lipoproteines atherogenes sont tres impliquees dans le developpement du LRNC et sont influencees par plusieurs elements, dont l’adiposite viscerale. L’activite physique reduirait cette adiposite et pourrait egalement ralentir la progression de l’atherosclerose. Or, la relation entre l’atherosclerose et ces marqueurs cardiometaboliques est a clarifier. L’etude des arteres coronaires necessite des methodes d’imagerie invasives, peu applicables chez des sujets sains. Puisqu’il est suggere que l’atherosclerose est une maladie systemique, l’artere carotide representerait un temoin facilement accessible a l’imagerie par resonance magnetique, non invasive, et permettrait d’etudier ces relations. Les objectifs generaux de cette these sont de determiner si les mesures volumetriques du fardeau et des caracteristiques tissulaires de l’atherosclerose carotidienne sont associees au risque coronarien et de verifier leurs relations avec le gras visceral, les lipoproteines atherogenes et l’activite physique. D’abord, nous avons eclairci la relation entre l’atherosclerose carotidienne et coronarienne, montrant que les mesures volumetriques de l’atherosclerose carotidienne faisaient etat du risque coronarien. Ensuite, nous avons montre que les mesures cliniques de l’adiposite abdominale et des lipoproteines atherogenes, informant sur l’exces de gras visceral, amelioraient l’evaluation du risque en clinique et que l’inactivite physique et la progression du gras visceral etaient associees a l’evolution du LRNC dans les carotides. Enfin, nous avons etabli que l’amelioration de la condition cardiorespiratoire etait inversement associee a la progression de la proportion du LRNC dans les carotides. Nos travaux montrent donc que l’adiposite viscerale abdominale et la sedentarite affectent l’evolution de l’atherosclerose vulnerable, offrant des avenues de prevention tres prometteuses pour reduire l’incidence de la maladie coronarienne. / Coronary artery disease is one of the leading causes of mortality worldwide, myocardial infarction being the most common clinical manifestation. More than 80% of myocardial infarctions are caused by an occlusive thrombus in a coronary artery, resulting from the destabilization of an atherosclerotic plaque. Although the presence of traditional risk factors such as hypertension, diabetes, dyslipidemia and smoking increases the risk of coronary artery disease, more than 85% of myocardial infarction events remain unexplained by those risk factors. Atherosclerosis is characterized by an accumulation of calcium and fibrous tissue as well as necrotic and lipids debris, aggregated in a lipid-rich necrotic core (LRNC) within the artery wall. LRNC is a major determinant of atherosclerosis vulnerability, being associated with the occurrence of coronary events. Atherogenic lipoproteins are closely involved in the LRNC development, and are mediated through several mechanisms, but especially by visceral adiposity. Physical activity reduces the amount of visceral fat and the level of atherogenic lipoproteins, and may also slow atherosclerosis progression. However, the relationship between atherosclerosis characteristics and those cardiometabolic markers remains to be clarified. Imaging of coronary arteries requires invasive techniques, which are difficult to apply in otherwise healthy individuals. The carotid artery is easily accessible to magnetic resonance imaging, which is non-invasive, and may be used to study those relationships. The general objectives of this thesis are to determine whether volumetric measurements of carotid atherosclerosis burden and tissue features are associated with coronary risk, and if they are related to visceral adiposity, atherogenic lipoproteins and physical activity. First, we clarified the relationship between carotid and coronary atherosclerosis, and demonstrated that volumetric measurements of carotid atherosclerosis were good indicators of the clinical coronary risk. Then, we established that clinical measurements of visceral abdominal adiposity and atherogenic lipoproteins may improve risk evaluations by identifying individuals with high-risk atherosclerosis. We also demonstrated that physical inactivity and visceral abdominal adiposity progression are associated with the progression of the LRNC in the carotid artery. Finally, we observed that the improvement of cardiorespiratory fitness, generated by regular physical activity, is inversely associated with the change of LRNC proportion in the carotid artery. Our work therefore shows that physical inactivity and visceral abdominal adiposity are associated with the progression of high-risk atherosclerosis features, offering promising avenues to reduce the incidence of coronary artery disease.

L'objectif de ce projet est de développer une nouvelle technique basée sur l'imagerie nucléaire pour mesurer à haute sensibilité et en temps réel la perméation de substances (molécules ou nanoparticules) à travers des polymères et des membranes biologiques. Les gants de polymère sont utilisés comme équipements de protection individuelle dans de nombreux domaines d'activité professionnelle où les risques chimiques sont présents. L'efficacité des gants à bloquer le passage de certaines substances est mesurée par des dispositifs dédiés appelés cellules de diffusion (DFC). Ces dispositifs sont constitués d'un compartiment donneur (DC) et d'un compartiment accepteur (AC), séparés par une membrane. Habituellement, la perméation des substances à travers les membranes est mesurée en prélevant des échantillons dans l'AC à différents moments, afin de révéler les profils de perméation à partir desquels les paramètres clés de perméation peuvent être extraits. Cependant, lorsqu'il faut mesurer le passage de faibles concentrations de composés potentiellement toxiques (par exemple, des pesticides ou des agents de chimiothérapie), ou de nanoparticules (NPs), les limites de détection des techniques analytiques actuelles sont généralement insuffisantes pour révéler leur profil de perméation avec précision. Il est donc difficile d'extraire les paramètres de perméation tels que le temps de latence, l'influx et les coefficients de diffusion. Afin de mesurer de manière précise et quantitative les paramètres cinétiques décrivant le passage de substances (molécules ou NPs) à travers des membranes polymériques et des membranes biologiques, il est nécessaire de développer une DFC utilisant un mode de détection avec un très haut degré de sensibilité et permettant des mesures en continu. Dans ce projet de recherche, une nouvelle technologie a été développée sous la forme d'une DFC adaptée à l'imagerie nucléaire. La tomographie par émission de positrons (TEP) permet la détection de molécules et de NPs avec un degré de sensibilité bien supérieur aux méthodes spectroscopiques et spectrométriques habituellement employées pour la détection des processus de perméation. Des études de diffusion des petites molécules radiomarquées à travers des membranes de dialyse ont d'abord été réalisées, afin de prouver le concept de cette nouvelle technologie. Ensuite, la perméation de NPs radiomarquées à travers des gants et des membranes biologiques a été évaluée. Les nanoparticules d'or (AuNPS) ont été utilisées comme type de contaminant car ce type de produit, de plus en plus utilisé en médecine, est particulièrement difficile à détecter par les techniques de mesure habituelles dans les tests de perméation. Les données acquises au cours de ces études ont permis de mettre en évidence des profils de perméation de NPs avec une très haute résolution temporelle, et une sensibilité de détection permettant de calculer tous les principaux paramètres décrivant la perméation des contaminants à travers les membranes (coefficient de diffusion, temps de latence, taux de perméation, etc). Cette technologie pourrait être utilisée pour évaluer la diffusion de matières dangereuses à travers les gants utilisés comme équipement de protection. La diffusion d'ingrédients actifs à partir de formulations topiques, buccales et ophtalmiques, ainsi que la diffusion de produits cosmétiques appliqués sur la peau, pourront aussi être étudiées. / The objective of this project is to develop a new measurement technique based on nuclear imaging, to measure at high sensitivity and in real-time, the permeation of substances (molecules or nanoparticles) through polymers and biological membranes. Polymer gloves are used as personal protective equipment in many areas of professional activity where chemical risks are present. The effectiveness of polymers in blocking the passage of certain substances is measured by dedicated devices known as diffusion cells (DFC). These devices are made of a donor (DC) and an acceptor (AC) compartment, separated by a membrane. Usually, the permeation of substances across membranes is measured by sampling from the AC at different time points, to reveal permeation profiles from which key permeation parameters can be extracted. However, for measuring the passage of low concentration of potentially toxic compounds (e.g. pesticides or chemotherapy agents), or nanoparticles (NPs), the detection limits of current analytical techniques are generally insufficient to reveal their permeation profile accurately. Thus, itis hard to extract permeation parameters as the lag time, the influx, and diffusion coefficients. In order to accurately and quantitatively measure the kinetic parameters describing the passage of substances (molecules or NPs) through polymeric and biological membranes, it is necessary to develop DFCs using a high sensitivity detection modality that allows continuous measurements. In this research project, a new technology was developed in the form of a DFC adapted to nuclear imaging. Nuclear imaging such as positron emission tomography (PET) allows the detection of molecules and NPs with a degree of sensitivity far superior to the spectroscopic and spectrometric methods usually employed for the detection of permeation processes. Diffusion studies of small molecular weight radiolabeled molecules across dialysis membranes was first performed, to prove the concept of this novel technology. Then, the permeation of radiolabeled NPs through gloves and biological membranes was evaluated. Gold nanoparticles (AuNPs) were used as a type of contaminant because they are increasingly used in medicine and because it is particularly difficult to detect them by the usual measurement techniques in permeation tests. The data acquired during these studies allowed to reveal NP permeation profiles with a very high temporal resolution, at a detection sensitivity allowing to calculate all the main parameters describing the permeation of contaminants through membranes (lag time, permeation rate, diffusion coefficient, etc). The technology could be used to assess the diffusion of hazardous materials through gloves used as protective gear, as well as the diffusion of active ingredients and NPs from topical, buccal and ophthalmic drug formulations, as well as the diffusion of cosmetic products applied to the skin.

L'excès de tissu adipeux abdominal (TAA) viscéral est associé à des désordres métaboliques telles la résistance à l'insuline et la dyslipidémie athérogénique. Ceux-ci sont liés à l'athérosclérose et sont précurseurs d'événements coronariens. Le premier objectif de cet ouvrage consiste à démontrer la reproductibilité des mesures du TAA identifiées par imagerie par résonance magnétique (IRM) auprès de jeunes adultes apparemment en santé. Le deuxième objectif est de valider ces mesures dans l'évaluation du risque cardiométabolique dans la même population. L'instrument retenu est l'IRM. Les coupes axiales ont été analysées par une méthode de détection semi-automatique du tissu adipeux sous-cutané (SAT) et du tissu adipeux viscéral (VAT). LTRM mesure l'adiposité abdominale sans exposition à des radiations ionisantes. Les 283 individus (143 femmes - 140 hommes) sont âgés en moyenne de 26 ± 4 ans. Ils ont un indice de masse corporelle de 23.3 ± 3.7 kg/m² et un tour de taille de 79.5 ± 10.8 cm. Les comparaisons par la concordance de Lin des deux observateurs ont confirmé un accord supérieur pour le SAT (0.97, p<0.00001) et pour le VAT (0.97, p<0.00001). Des analyses intra-observateurs ont démontré un accord supérieur: SAT : 0.99 (p<0.00001) et VAT : 0.95 (p<0.00001). Le VAT a été corrélé avec les mesures anthropométriques et les éléments du bilan lipidique. LTRM est une méthode reproductible pour quantifier le SAT et le VAT et l'évaluation du VAT par IRM peut identifier le risque cardiométabolique dans cette population.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est la seule technique non invasive d'imagerie médicale qui permet la reconstruction de l'architecture neuronale du cerveau. Cette approche est fondamentale pour le domaine des neurosciences, qui tente continuellement de développer de nouveaux outils et modèles pour mieux détecter et étudier les maladies mentales et neurodégénératives, les troubles du développement, les tumeurs, les commotions, ainsi que plusieurs autres pathologies du cerveau humain. L'IRM de diffusion (IRMd) combinée à la tractographie rend possible l'extraction de l'information structurelle sur les fibres nerveuses. Ces méthodes permettent de visualiser, d'analyser et d'évaluer l'intégrité de la matière blanche, ceci afin d'identifier la présence d'anomalies le long des axones, causées par la démyélinisation, la mort axonale ou d'autres détériorations. La problématique est que ces méthodes ont une faible résolution comparée à une surface ou une image anatomique IRM. L'IRMd est limitée par son faible rapport signal sur bruit (SNR) et l'effet de volume partiel causé par la discrétisation. Certains modèles géométriques ont récemment été utilisés pour mieux modéliser l'expansion corticale, la topologie des plis corticaux et l'organisation des couches de la matière grise. Toutefois, ces modèles fournissent seulement de l'information sur l'organisation du cortex et non pas sur la matière blanche comme telle, ni sur la structure des neurones. Cette recherche vise à modéliser la structure complexe des fibres de la matière blanche à l'aide d'équations différentielles et de flots géométriques. Ce mémoire présente différents modèles mathématiques (surface et flot) ainsi que leur intégration avec la méthode des différences finies. Nous proposons également d'utiliser un maillage de la surface corticale afin d'améliorer la précision de l'IRMd et de limiter l'effet de volume partiel. Validée qualitativement et quantitativement avec l'aide d'acquisitions hautes résolutions du Human Connectome Project (HCP) et d'un jeu de données de reproductibilité de test-retest, cette méthode permet d'améliorer la tractographie. Les résultats de ces travaux permettront de faire le pont entre l'imagerie de diffusion (IRMd) et les modalités propres à l'imagerie fonctionnelle (EEG, MEG, IRMf et TMS), pour lesquelles la structure des axones situés sous le cortex est essentielle pour bien modéliser et comprendre le fonctionnement cérébral.