La compréhension du lien entre alimentation et santé est un challenge majeur pour les domaines des sciences de l'aliment et de la nutrition. L'effet d'un aliment sur la santé étant conditionné par son passage et sa déstructuration dans le tube digestif, explorer cette question implique donc nécessairement de progresser dans la compréhension du processus de digestion. L'œuf est un produit apprécié dans le monde entier et compte parmi les aliments les plus nutritifs pour l'Homme. La fraction blanc d'œuf, solution aqueuse de protéines, est un ovoproduit très utilisé par l'industrie alimentaire en raison de ses propriétés fonctionnelles et nutritionnelles. De plus, la possibilité de générer des structures d'aliment très différentes selon les modalités du traitement technologique, sans avoir à en modifier la composition, fait du blanc d'œuf un aliment modèle réaliste particulièrement intéressant. Cette étude a été menée dans l'objectif d'étudier l'impact des caractéristiques structurales de matrices protéiques agrégées et gélifiées sur leur déstructuration au cours de la digestion. Un modèle in vitro de digestion gastro-intestinale, permettant un suivi temporel, a été combiné avec un modèle in vivo (porcin), plus proche de la réalité physiologique et permettant un suivi spatio-temporel de la digestion. Dans le cas du blanc d'œuf, la structuration de la matrice protéique s'est avérée avoir une influence non seulement sur les aspects quantitatifs de la digestion comme le degré d'hydrolyse des protéines, mais également sur les aspects qualitatifs comme la nature des peptides libérés. De même in vivo, les niveaux de bioaccessibilité pourraient être impactés par les différences relatives aux caractéristiques structurales des matrices gélifiées. A l'échelle moléculaire, cette étude suggère ainsi que les changements structuraux induits par les traitements thermiques, variables selon les conditions du milieu, rendent accessibles aux enzymes digestives des zones variables des protéines. A l'échelle micro- et macroscopique, les caractéristiques structurales des gels impactent également le déroulement de la digestion. / Understanding the relationship between health and diet is a major challenge in Food Science and Nutrition. As the impact of a food product on health depends on its journey and breakdown in the gastrointestinal tract, exploring this question necessarily implies increasing our knowledge of the food digestion process. Eggs are popular worldwide and are among the most nutritious foods for humans. The egg white fraction, an aqueous protein solution, is an egg product widely used in the food industry because of its unique functional and nutritional properties. In addition, the ability to generate very different food structures depending on the technological process without modifying its composition, makes egg white a very interesting and realistic food model. The aim of the study was to investigate the impact of structural characteristics of aggregated and gelled protein matrices on their breakdown during digestion. An in vitro model of gastrointestinal digestion, enabling temporal tracking, was combined with an in vivo model (pig), closer to physiological reality and enabling spatio-temporal mapping of digestion. For egg white, the structural characteristics of the protein matrix were found to have an influence not only on the quantitative aspects of protein digestion such as the degree of hydrolysis, but also on the qualitative aspects such as the nature of the peptides released. Similarly, the in vivo bioaccessibility levels could be impacted by differences relating to the structural characteristics of the gelled matrices. At the molecular scale, this study suggests that the structural changes induced by heat treatments, depending on physicochemical conditions, render a number of protein regions accessible to digestive enzymes. At the micro- and macroscopic scale, the structural characteristics of the gels also impact the digestion process.

Lectinas são proteínas cuja principal característica é a de se ligar específica e reversivelmente a carboidratos. BanLec é a lectina presente na polpa de bananas, que se liga especificamente a manose e glicose, e é capaz de induzir a proliferação de células T, podendo estimular a resposta imune. Existem indícios de que o teor de BanLec pode variar dependendo do estádio de amadurecimento e do tipo de cultivar, o que pode afetar a quantidade de BanLec existente na fruta quando consumida in natura e a possível resposta imune frente ao consumo de banana. Por este motivo, um dos objetivos desse trabalho foi determinar os teores e a atividade hemaglutinante de BanLec em extratos de farinha de banana verde, além de bananas das cultivares Pacovan, Figo, Terra, Mysore e Nanicão, nos estádios de maturação verde e maduro, e submetidas a tratamento com 1-MCP e baixa temperatura (para cv. Nanicão). Com vista a atender ao objetivo de avaliar seus efeitos imunomoduladores in vivo, a BanLec foi purificada da cultivar Nanicão e administrada por via oral a camundongos BALB/c. Os ensaios de atividade hemaglutinante dos extratos de banana apontaram para maior quantidade de BanLec no fruto maduro, quando comparado ao verde, e ausência dessa proteína na cultivar Figo. Os parâmetros imunológicos analisados após administração de BanLec aos camundongos demonstram que a resposta imune gerada após ingestão de BanLec é dose dependente, além disso, a administração de 50 µg de BanLec aos animais foi capaz de modular citocinas importantes na resposta imunológica, provavelmente causando um efeito que pode ser interpretado como mais protetor do que patogênico. Com base nos resultados obtidos, podemos concluir que existem diferenças nos teores de BanLec dependendo da cultivar e estádio de maturação analisado, sendo que essa proteína não está presente na polpa de todas as variedades de banana e finalmente, que ela tem grande potencial imunomodulador in vivo, uma vez que ativou citocinas de resposta anti-inflamatória. / Lectins are proteins which bind specifically and reversibly to carbohydrates. BanLec is the lectin present in banana pulp, and it binds to mannose and glucose, being capable of inducing T-cell proliferation, and to stimulate the immune response. There are some evidence that the amount of BanLec may vary depending on the maturation stage of the fruit and the cultivar (cv.), which may affect the amount of BanLec and the possible immune response after consumption of banana. Thus, this study aimed to evaluate the amount of BanLec and its hemagglutinating activity in crude extracts of bananas from cultivars Pacovan, Figo, Terra, Mysore and Nanicão, in both unripe and ripe maturation stage, and also fruits which were treated with 1-MCP and low temperature. In addition, in order to access their immunomodulatory effects in vivo, BanLec was purified by affinity chromatography and administered orally to BALB/c mice. The hemagglutinating activity assays indicate higher amount of BanLec in ripe fruit. Moreover, the possible was undetectable in the pulp of banana Figo. The immunological parameters of mice orally fed with BanLec showed that the immunological response is dependent on the amount of protein administrated, in agreement to previous in vitro studies. Besides, 50 µg of BanLec, were able to modulate some cytokines in immune response, causing an effect that seems to be more protective than pathogenic. We conclude that there are important differences in amount of BanLec depending on the cultivar and the maturation stage, and BanLec has a dose-dependent immunomodulatory effect in vivo.

Les techniques optogénétiques ont laissé entrevoir un potentiel exceptionnel dans l’étude des mécanismes gouvernant l’intégration de l’information dans le système nerveux. Afin d’établir les relations existant entre des séquences d’activité neuronale définies et le comportement, les techniques optiques doivent permettre d’appréhender des groupes de neurones avec une résolution cellulaire chez l’animal éveillé et mobile. Jusqu’alors, l’activité neuronale chez l’animal vigile non contraint n’a été contrôlée que via l’illumination en champs large. Dans ce travail, nous démontrons une résolution proche de la cellule unique pour la photoactivation, chez l’animal éveillé et mobile, à l’aide d’un fibroscope. Les motifs de photoactivation, produits par holographie, sont transmis jusqu’à la souris par un guide d’image couplé à un micro-objectif. Une imagerie de fluorescence permet de localiser les cellules d’intérêt et d’enregistrer l’activité neuronale, par épifluorescence, illumination structurée, ou encore microscopie confocale multi-point sans balayage. Le fibroscope est testé chez l’animal anesthésié et chez l’animal éveillé et mobile, dont les interneurones de la couche moléculaire du cervelet expriment les protéines ChR2-tdTomato et GCaMP. Nous avons généré des signaux calciques somatiques en ciblant les corps cellulaires avec des spots de photoactivation de 5µm de diamètre. Chez l’animal anesthésié, nous avons démontré que la photoactivation pouvait être réalisée avec une résolution latérale de 10µm et une résolution axiale de 40µm, en considérant la demi-largeur à mi-hauteur de la courbe de résolution. Nous avons montré qu’un ou plusieurs soma pouvaient être ciblés sélectivement. Chez l’animal éveillé et mobile, le champs de vue est resté stable au cours des acquisitions. Nous avons trouvé une résolution latérale pour la photoactivation égale à 10µm, démontrant une résolution de photoactivation proche de la cellule unique chez l’animal vigile non contraint. / Optogenetics has shown great potential to study the mechanisms governing information integration in the brain. To link specific spatiotemporal activity patterns and behaviours, optical methods should provide simultaneous access to a group of neurons with single cell resolution in freely behaving animals. So far, however, optogenetic control of neural activity in freely behaving rodents has been performed with widefield illumination only. Here, we demonstrate photoactivation with near-cellular resolution in freely behaving mice using a fiberscope. Photoactivation patterns, produced with computer-generated holography, were transmitted to the mouse using a fiber bundle coupled to a micro-objective. Fluorescence imaging allowed locating cells and recording neuronal activity, via either epifluorescence, structured illumination, or scanless multi-point confocal microscopy. The fiberscope was tested both in anesthetized and freely-behaving mice co-expressing ChR2-tdTomato and GCaMP proteins in cerebellar molecular layer interneurons. By targeting an interneuron soma with a 5µm diameter photoactivation spot, we could elicit a calcium transient. In anesthetized animals, we demonstrated that photoactivation could be performed with 10µm and 40µm lateral and axial resolution, half-width at half maximum, respectively. We showed that either a single or multiple somata could be selectively targeted. In awake unrestrained animals, the field of view remained stable during our acquisitions. We found that photoactivation lateral resolution remained equal to 10µm, demonstrating photoactivation with near-cellular resolution in freely behaving mice.

Diatoms are unicellular, eukaryotic microalgae inhabiting nearly all aquatic habitats. They are famous for their micro- and nanopatterned silicabased cell walls, which are envisioned for various technologic purposes. Within this review article, we summarize recent in vivo modifications of diatom biosilica with respect to the following questions: (i) Which metals are taken up by diatoms and eventually processed into nanoparticles (NPs)? (ii) Are these NPs toxic for the diatoms and––if so––what factors influence toxicity? (iii) What is the mechanism underlying NP synthesis and subsequent metabolism? (iv) How can the obtained materials be useful for materials science?

1-Hydroxy-4-methyl-6-cyclohexyl-2-pyridon (Ciclopirox) ist außerordentlich gründlich auf genetische Wirksamkeit hin untersucht worden. Im Einzelnen handelt es sich um folgende Untersuchungen: Genmutationen in vitro und in vivo Chromosomenaberrationen in vitro und in vivo Rekombinationen Zelltransformationen

En radiothérapie externe, le traitement est administré au patient avec une séance chaque jour en utilisant le traitement établi en amont et répété jusqu’à la fin du traitement. La planification du traitement est établie par un système de planification du traitement (TPS) qui utilise des informations basées sur l’anatomie du patient (CT, IRM, TEP) et un calcul de dose. L'intégration aux unités de traitement des dispositifs d´ imagerie embarquée peuvent être utilisées pour vérifier la position du patient et son anatomie (dispositif d’imagerie Portal Électronique - EPID-, tomodensitométrie à faisceau conique - CBCT -). L'objectif principal est de fournir une solution robuste pour la routine afin de contrôler la dose délivrée au patient avec la dose prévue établie à partir du TPS. La première partie de ce travail consiste à intégrer une comparaison d'images EPID pour chaque fraction par rapport à la fraction planifiée (images CT) en acceptant, rejetant ou ignorant la différence de position et de niveau de dose du patient selon une tolérance seuil définie par l’utilisateur. La deuxième partie consiste à utiliser l´ imagerie volumique embarquée pour reconstruire la dose délivrée fraction par fraction en réalisant un calcul de dose. Avec la dose reçue par le patient jour après jour, sur la base de nouveaux indicateurs, il est possible d’établir une traçabilité permettant d’identifier les déviations et d’évaluer la qualité du traitement.Pour conclure, ces nouveaux indicateurs permettraient une double traçabilité : d'une part l'amélioration du calcul de dose puis l'efficacité du traitement ; d´ autre part, la sécurité du traitement et de la technique utilisée. / In external radiation therapy, the treatment is delivered to the patient with a fraction every day using the treatment established before and repeated until the end of the treatment. Treatment planning is establish using anatomical information of the patient and a dose calculation. New technologies already integrated to the treatment units can be used to check the positioning of the patient and anatomical information (Electronic Portal Imaging Device - EPID-, Cone Beam Computed Tomography - CBCT - ).The main goal is to develop a system to control the dose delivered to the patient from the dose establish with the TPS.The first aim of this work is to integrate portal images to compare and assess the position of the patient at each fraction to the planned one (CT images) by accepting, rejecting or ignoring the patient positioning and dose level discrepancy according to a tolerance threshold defined by the user. The second aim is to integrate on boardimaging to reconstruct the delivered dose using a dose calculation. Following the dose received by the patient day after day, based on new indicators, it can be established a traceability to identify deviation and assess treatment quality.To conclude, these new indicators would allow a double traceability : in one hand the improvement of the calculation and then the efficiency of the treatment ; in another hand the safety of the treatment and the technique used.

En plus des crises, les patients atteints d'épilepsie du lobe temporale (ELT) souffrent de déficits cognitifs tels que des troubles de l'apprentissage et de la mémoire épisodique. La formation de la mémoire épisodique nécessite des interactions entre le cortex et l'hippocampe pendant le sommeil. Ces interactions sont orchestrées par l'oscillation lente qui est générée dans le réseau thalamocortical. L'oscillation lente se propage dans d'autres structures sous corticales mais l'hippocampe semble être moins influencé. Cela pourrait être du à la fonction de filtre du gyrus denté. Dans l'ELT, le gyrus denté subit une réorganisation structurelle et fonctionnelle qui pourrait altérer sa fonction de filtre et aussi modifier la propagation d'activités épileptiformes du cortex vers l'hippocampe. Cependant, la propagation de rythmes physiologiques du cortex vers le réseau hippocampique pendant l'épileptogenèse a été peu étudié. Ce travail de thèse a eu pour but d'étudier l'influence des oscillations lentes corticales sur le potentiel de membrane et la décharge des cellules granulaires du gyrus denté dans un modèle d'ELT sous anesthésie. Nos résultats montrent une augmentation de la modulation du potentiel de membrane et ainsi que de la décharge des cellules granulaires du gyrus par l'oscillation lente corticale pendant l'épileptogenèse. Les changements qui s'opèrent dans le gyrus denté pendant l'épileptogenèse le rendraient plus permissif aux informations en provenance du cortex facilitant ainsi la propagation des oscillations lentes du cortex vers l'hippocampe. / In addition to seizures, patients with temporal Lobe Epilepsy (TLE) suffer from cognitive deficits such as learning and episodic memory impairment. The functional interactions between the cortex and the hippocampus notably during sleep are thought to be important for episodic memory formation. These interactions are orchestrated by the slow oscillation which is generated in thalamo-cortical networks. The slow oscillation is not confined to thalamo-neocortical networks but propagates to other subcortical structures but the hippocampus seems however less strongly influenced by the widespread propagation of the slow oscillation. This could result from the gate function of the dentate gyrus. In TLE, the dentate gyrus is associated with profound structural and functional network alterations which can alter the propagation of pathological activities such as epileptiform discharges from the cortex to the hippocampus. However, whether and how epilepsy modifies the impact of physiological activities on hippocampal networks remains to be investigated. This work was designed to study the influence of slow cortical oscillations on the membrane potential and discharge of granule cells in the dentate gyrus in an animal model of TLE. Our results show an increase in the modulation of membrane potential and as well as the discharge of granule cells in the dentate gyrus by the cortical slow oscillation during epileptogenesis. The changes that occur in the dentate gyrus during epileptogenesis would make it more permissive facilitating the spread of slow oscillations from the cortex to the hippocampus.

La vaccination est considérée comme l’un des plus grandes découvertes de l’histoire des maladies infectieuses, ayant permis le déclin et l’éradication de plusieurs pathogènes. Cependant, nous ignorons encore tous les mécanismes impliqués dans la protection contre les pathogènes. Cette méconnaissance est la cause de notre incapacité à formuler des nouveaux vaccins contre le VIH, la tuberculose, le paludisme et les pathogènes émergents. Récemment, on note des efforts pour induire une réponse cellulaire efficace après une vaccination, qui joue un rôle crucial dans la clairance des pathogènes.Cette thèse s’appuie sur un modèle de vaccin vivant atténue issu du virus de la vaccine : le MVA (Modified Vaccinia Ankara) et sur le modèle de primate non-humain. Nous avons caractérisé la réponse cellulaire après une immunisation intradermique suivant un schéma en prime-boost homologue, avec un boost à 2, suivi d’un boost à 9 mois. Le MVA a induit une infiltration massive de Lymphocytes T CD8 au niveau du site d’injection, 7 jours après l’immunisation. La réponse cellulaire systémique était modérée et ne reflétait pas l’amplitude de la réponse locale. Les injections du prime et du boost ont orienté la réponse cellulaire de façon différente, ce qui a mené à une importante induction de cellules T CD4 et CD8, persistantes, spécifiques de l’antigène et polyfonctionnelles après l’injection du boost à 9 mois.Cette étude souligne la différence entre les réponses systémiques et locales, démontrant l’importance de se focaliser sur la réponse tissulaire. Elle a également mis en lumière l’impact du schéma d’immunisation sur la qualité de la réponse cellulaire. / Vaccination has been considered as one of the greatest discoveries in the history of infectious diseases by allowing pathogens decline or eradication. However, we still ignore all the mechanism that lead to protection and therefore, fail to elaborate new vaccines against HIV, tuberculosis, malaria and emergent pathogens. Recently, efforts have been made to elicit effective cellular response after vaccination, which is crucial for pathogen clearance.This thesis relied on live-attenuated vaccine model derived from the vaccinia virus: the MVA (Modified Vaccinia Ankara) and a non-human primate model. We characterized the cellular immune response triggered by a homologous prime-boost intradermal injection of MVA, with a 2 months and 9 months boost. The MVA induced a massive infiltration of CD8 T cells at the injection site 7 days post immunization. In comparison, the systemic cellular response was mild and did not reflect the magnitude of the local response. The prime and boost injections elicited distinct orientation of the systemic and local T cells, which led to an important induction of a persistent, antigen-specific and polyfunctional CD8 and CD4 T cell responses after the 9 months boost.This work emphasizes the difference between local and systemic response, demonstrating the importance of the focus on tissue immunity. It also highlights the impact of the immunization schedule on the quality of the cellular response.

Tesis por compendio / [ES] La ablación por radiofrecuencia (RF) se ha convertido en una técnica ablativa importante, ampliamente utilizada en el área de las terapias mínimamente invasivas de la medicina moderna. El avance en el campo de las tecnologías basadas en RF a lo largo de los años ha llevado a un número creciente de aplicaciones en diferentes áreas terapéuticas tales como arritmias cardíacas, epilepsia, oncología, resección asistida, apnea, dolor o cirugía estética. Sin embargo, existe una constante necesidad de desarrollar estudios computacionales y experimentales para mejorar el rendimiento de estas técnicas. El enfoque principal de esta tesis doctoral está centrado en examinar los efectos térmicos y eléctricos de ablación por radiofrecuencia de tejidos para mejorar la eficacia y la seguridad de las terapias y dispositivos basados en energía de radiofrecuencia. Las dos áreas principales de interés han sido el tratamiento del dolor y la cirugía hepática oncológica, que se han organizado en tres estudios independientes. La metodología de los estudios se ha basado en modelos computacionales y estudios experimentales sobre phantom de agar, modelos ex vivo e in vivo y ensayos clínicos. El estudio focalizado en el tratamiento del dolor ha incluido el análisis de los efectos eléctricos y térmicos del tratamiento con radiofrecuencia pulsada (PRF) y el riesgo relacionado con el daño térmico al tejido. Se han estudiado diferentes protocolos pulsados empleados en la práctica clínica utilizando modelos computacionales. La exactitud del modelo se ha validado mediante un modelo en phantom de agar. Se han propuesto también modelos computacionales adicionales para los protocolos pulsados alternativos en los cuales se reduciría el efecto térmico sin afectar al efecto eléctrico. En el estudio se ha discutido también el concepto de electroporación leve como el resultado de PRF. En el área de la cirugía hepática oncológica se han analizado dos técnicas diferentes. El primer estudio se ha centrado en examinar la hidratación del tejido durante la ablación por RF con un nuevo electrodo ICW. El nuevo diseño ha incluido dos agujas de perfusión expandibles integradas en el catéter. El objetivo principal ha sido mejorar la precisión del modelo computacional de ablación por RF de tumor utilizando una geometría realista de la distribución de solución salina en el tejido y evaluar el rendimiento del catéter de RF. Se han modelado diferentes casos de tumor infundido con solución salina y los resultados simulados se han comparado con los datos clínicos de un ensayo en 17 pacientes con cáncer hepático. Con el fin de obtener una distribución espacial realista de la solución salina infundida, se ha empleado un estudio in vivo sobre el modelo de hígado de cerdo. El segundo estudio se ha centrado en el desarrollo de una nueva técnica de sellado endoluminal basada en catéter, como una alternativa más efectiva para el manejo del remanente pancreático. El método ha consistido en una ablación por radiofrecuencia guiada por impedancia con la técnica de pullback. El ajuste del tipo de catéter de RF y del protocolo de ablación se ha realizado mediante modelos porcinos ex vivo. Posteriormente, la efectividad del sellado se ha evaluado sobre un modelo de cerdo in vivo. / [CA] L'ablació per radiofreqüència (RF) s'ha convertit en una tècnica ablativa important, àmpliament utilitzada en l'àrea de les teràpies mínimament invasives de la medicina moderna. L'avanç en el camp de les tecnologies basades en RF al llarg dels anys ha portat a un número creixent d'aplicacions en diferents àrees terapèutiques com ara arítmies cardíaques, epilèpsia, oncologia, resecció assistida, apnea, dolor o cirurgia estètica. No obstant això, hi ha una constant necessitat de desenvolupar estudis computacionals i experimentals per a millorar el rendiment d'aquestes tècniques. Aquesta tesi doctoral ha estat centrada en examinar els efectes tèrmics i elèctrics de l'ablació per radiofreqüència de teixits per tal de millorar l'eficàcia i la seguretat de les teràpies i dispositius basats en energia de radiofreqüència. Dos àrees principals són el tractament del dolor i la cirurgia hepàtica. Aquestos han sigut organitzats en tres estudis independents. La metodologia dels estudis ha estat basada en models computacionals i experimentals sobre phantom d'agar, models ex vivo i in vivo i assajos clínics. L'estudi enfocat en el tractament del dolor ha inclòs l'anàlisi dels efectes elèctrics i tèrmics del tractament amb radiofreqüència polsada (PRF) i el risc relacionat amb el dany tèrmic al teixit. S'han estudiat diferents protocols polsats emprats en la pràctica clínica utilitzant models computacionals. L'exactitud del model ha estat validada per mitjà d'un model de phantom d'agar. S'han proposat també models computacionals addicionals per a protocols polsats alternatius en els quals es reduiria l'efecte tèrmic sense afectar l'efecte elèctric. En aquest estudi s'ha discutit també el concepte d'electroporació lleu com el resultat de PRF. A l'àrea de la cirugía hepàtica han sigut analitzades dos tècniques diferents. El primer estudi s'ha centrat en la hidratació del teixit durant l'ablació per RF amb un nou elèctrode ICW. El nou disseny ha inclòs dos agulles de perfusió expandibles integrades en el catèter. L' objetiu principal ha sigut millorar la precisió del model computacional d' ablació de tumors per RF utilitzant una geometria realista per a la distribució de sèrum salií en el teixit i evaluar el rendiment del catèter de RF. S'han modelat diferents casos de tumor infundit amb sèrum salí i els resultats simulats han sigut comparats amb les dades clíniques d'un assaig dut a terme sobre 17 pacients amb càncer hepàtic. Amb l'objetiu d'obtenir una distribució espacial realista del sèrum salí injectat, s'ha du a terme un estudi in vivo basat en un model de fetge de porc. El segon estudi s'ha centrat en el desenvolupament d'una nova tècnica de tancament endoluminal bassat en catèter, com una alternativa més efectiva per a gestionar el romanent pancreàtic. El mètode ha consistit en una ablació per radiofreqüència guiada per impedància amb la tècnica de pullback. L'ajust del tipus de catèter de RF i del protocol d'ablació ha sigut realitzat per mitjà de models porcins ex vivo. Posteriorment, l'efectivitat del tancament ha sigut avaluada sobre un model de porc in vivo. / [EN] Radiofrequency (RF) ablation has become an important ablative technique widely used in the area of minimally invasive therapies of the modern medicine. The advancement in the field of RF-based technologies over the years has led to a growing number of applications in different therapeutic areas such as cardiac arrhythmias, epilepsy, oncology, assisted resection, apnea, pain or aesthetic surgery. There is, however, a constant need for the development of computer and experimental studies, which would enhance the performance and safety of these techniques. The main focus of this PhD Thesis was on examining the thermal and electrical phenomena behind tissue radiofrequency ablation in order to improve the efficacy and safety of the RF-based therapies and applicators. Two main areas of interest were pain management and oncology, which were organized into three independent studies. The research methodology was based on computer modeling and experimental studies on phantoms, ex vivo and in vivo models, and clinical trials. The research on pain management involved the analysis of electrical and thermal effects of the pulsed radiofrequency (PRF) treatment and the related risk of tissue thermal damage. Different pulse protocols used in clinical practice were studied using computer modeling and the study accuracy was validated by means of agar phantom model. Additional computer models for alternative pulse protocols were also proposed, in which thermal effect would be reduced but the electrical effect would remain unchanged. The study also discussed the concept of a mild electroporation from PRF. In the area of oncology, two different techniques were analyzed. First study focused on examining tissue hydration technique during RF ablation with a novel internally cooled wet (ICW) electrode. The new design involved two expandable perfusion needles built into the catheter. The main aim was to improve the accuracy of computer model of tumor RF ablation using a realistic geometry of saline distribution in tissue, and to assess the performance of the RF catheter. Different cases of saline-infused tumor were modeled and the simulated results were compared with the clinical data from a trial on 17 hepatic cancer patients. An in vivo study on pig liver model was used to obtain a realistic spatial distribution of the infused saline. The second study focused on the development of a new catheter-based endoluminal sealing technique as more effective alternative for management of the pancreatic stump. The method consisted of the impedance-guided radiofrequency ablation with pullback. Fine-tuning involving RF catheter type and ablation protocol was performed using ex vivo porcine models, and posteriorly, sealing effectiveness was assessed on an in vivo pig model. / The completion of this work would have not been possible without the financial support of the Spanish Ministerio de Economía, Industría y Competitividad that provided funding for the development of this research project, my Predoctoral scholarship, and also Travel Grant for the research stay in The Wellman Center for Photomedicine / Ewertowska, E. (2019). Computer modeling and experimentation in radiofrequiency-based minimally invasive therapies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/134057 / Compendio

En raison de leur diffusion sauvage sur le e-commerce, leur soi-disant sécurité d’usage et l’alternative légale aux stupéfiants habituels qu’ils constituent, les nouvelles substances psychoactives (NPS) sont un phénomène mondial émergeant. Au-delà de différents défis dans nos sociétés (législation, prévention,... ), la capacité d'identifier les NPS dans des échantillons biologiques présente de nombreux challenges analytiques : ces nouvelles substances ne sont pas référencées dans les bibliothèques habituelles de spectrométrie de masse commerciales, leur métabolisme est inconnu (avec parfois des métabolites actifs), les doses actives sont parfois très faibles et par conséquent, les concentrations dans le sang ou l'urine sont également faibles. Dans ce contexte, notre laboratoire effectue régulièrement des analyses toxicologiques dans un contexte clinique, et pour les forces de l’ordre, dans des échantillons biologiques à l'aide de deux principaux types d’analyseurs : la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse tandem (CL-SM/SM) pour le criblage ciblé et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (CL-SMHR) pour le criblage non ciblé. Cette dernière technique est basée sur la masse exacte (mais également, le profil isotopique et le temps de rétention) des composés de l’échantillon à partir de laquelle la formule chimique est déterminée et recherchée dans une base de données spectrales en utilisant un logiciel dédié. L’objectif de ma thèse est de caractériser des NPS et leurs métabolites (afin d’alimenter cette base de données) en utilisant une stratégie combinant des approches in vitro, in silico et in vivo. Il s’agit, en particulier, d’augmenter la sensibilité de détection de la prise de NPS en se focalisant sur les métabolites qui sont le plus souvent les produits majeurs d’élimination des NPS.A cet effet, une méthode in vitro destinée à produire les métabolites des NPS et utilisant des microsomes hépatiques humains a été mise en oeuvre. Les métabolites obtenus, comparés aux prédictions in silico, ont été enregistrés dans la base de données. Cette approche a été confrontée à l’analyses de comprimés et d’autres produits non biologiques contenant des NPS, mais également, à des données in vivo d’exposition aux NPS : cas d’intoxications, études expérimentales et études épidémiologiques prospectives et rétrospectives dans des populations ciblées, ou non…Au total, ce travail basé sur cette stratégie in vitro, in silico, in vivo m’a permis d’enrichir notre base de données de spectres de masse haute résolution (SMHR) pour le criblage non ciblé et également notre base de données de criblage ciblé (SM/SM). Notre méthode en haute résolution, qui s’est enrichie au cours de ces 3 années de thèse de 83 nouveaux NPS et 281 métabolites, constitue aujourd’hui un outil analytique efficient pour la détection d’une exposition aux NPS. / Owing to wild e-commerce diffusion, alleging safety and legal alternative to usual drugs of abuse arguments, the new psychoactive substances (NPS) are emerging phenomenon in the world. In our societies, through various consecutive challenges (legislation, prevention, …), the ability to identify NPS in biological samples exhibits numerous analytical pitfalls: new substances which are not referenced in the usual commercial mass spectrometric libraries, unknown metabolism (with sometimes active metabolites), sometimes very low active dosages and consecutively low concentrations in blood or urine. In this context, clinical and forensic toxicological analyses in biological samples are routinely performed in our laboratory using two main analytical devices: liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for targeted screening and liquid chromatography-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS) for non-targeted screening. This last technique is based on the accurate mass (together with isotopic pattern and retention time) of sample components, from which the chemical formula is calculated and searched against a database of mass spectra using dedicated software. The aim of my thesis is to characterize NPS and metabolites (in order to increase the spectral database) using a strategy combining in vitro, in silico, and in vivo approaches. Therefore, the main goal is to increase the detection sensitivity of the NPS use by focusing on the metabolites that are most often the major products of NPS elimination. For this purpose, an in vitro method designed to produce NPS metabolites using human liver microsomes incubations was applied. Obtained metabolites, after confrontation with metabolites in silico predicted, were saved in database. This approach was subsequently confronted with analysis of tablets or other non-biological product containing NPS, but also, with in vivo observed data from NPS exposure: intoxication cases, experimental studies and prospective and retrospective epidemiological studies in targeted population or not … All in all, this work based on this in vitro, in silico and in vivo strategy allowed me to enhance our high resolution spectra database (HRMS) for non-targeted screening and also our spectra database for targeted screening (MS/MS). Today, our HRMS device, with a database that was increased with 83 new NPS and 281 metabolites for the duration of my thesis, is an efficient analytical tool for NPS use detection.