Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 22 mars 2004). Bibliogr. Présenté aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 94-107. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1996. / Bibliogr.: f. 72-96. Publié aussi en version électronique.

La régénération de la nageoire caudale et de la peau chez le poisson zèbre impliquent la formation d’un tissu de remplacement, structurellement et fonctionnellement identique à celui précédant la lésion. Ces mécanismes nécessitent la mise en place et la prolifération de cellules progénitrices, capables de reformer lors d’une phase de « patterning » les tissus lésés.Au cours de ma thèse j’ai étudié les évènements prolifératifs qui permettent cette néo-formation des tissus. Dans le cas de la nageoire, mes travaux ont conduit à la mise en évidence d’un mécanisme commun entre régénération et développement de croissance saltatoire des segments osseux. Ils expliquent en partie le retour à la forme bilobée observée lors de la repousse. De la même façon, dans le cas de la peau, l’avènement de la prolifération dans le derme et dans l’épiderme précède la mise en place des signaux, communs au développement, requis pour la distribution et la formation des écailles.De plus, j’ai effectué une caractérisation précise de l’ensemble du processus cicatriciel chez le poisson zèbre, conduisant à la formation d’une peau intégralement régénérée. Au cours de la cicatrisation, la fermeture de la blessure est complétée rapidement en quelques heures par migration épidermique. Une fois la zone lésée fermée, un mécanisme de morphogénèse de la peau est réactivé chez l’adulte. La prolifération cellulaire est présente simultanément dans le derme et l’épiderme. Elle n’est déclenchée qu’après la mise en place de l’assise basale de l’épiderme. Dans celui-ci, elle affecte d’une part des cellules éparses au sein de la couche basale et d’autre part la majorité des cellules de la couche intermédiaire. Ces derniers travaux suggèrent que chez les téléostéens, les cellules souches épidermiques sont localisées dans la couche basale, alors que la prolifération des cellules transientes a lieu dans la couche intermédiaire. D’autre part, ils mettent en évidence un processus commun de cicatrisation rapide en milieu liquide impliquant une fermeture de la blessure par néo-épithélialisation, semblable au cas de la cornée et de la muqueuse orale chez les mammifères. / Caudal fin and skin regeneration in zebrafish both require new tissues formation, structurally and functionally identical to the former ones. They imply the formation and especially the proliferation of progenitor cells, and then during a patterning phase, they differentiate into a well-organized structure.During my PhD, I have studied in zebrafish model the proliferative events that conduct to the neoformation of caudal fin in one hand and the proliferative events implicated in the cutaneous wound healing in the other hand.The first part of this work supports the evidences of a common saltatory growth mechanism in both regeneration and development of caudal fin bony rays, and that the bi-lobed shape restoration of the fin could be a consequence of this bony segment salutary growth.During skin wound healing, proliferation is necessary in order to allow dermis and epidermis neo-morphogenesis and these events are over before the scale formation is initiated. In the second part of this study I characterized the entire skin wound healing process in the zebrafish model, from the wound closure to a fully regenerated skin including appendages. According to my results, the wound closure is a very fast event completed only in a few hours and it occurs only by epidermal cells migration. Cellular proliferation was detected after complete wound closure and once the epidermal basal layer differentiation is achieved. Cell proliferation appears to be restricted to a few basal cells whereas the major proliferation is detected in the intermediates layers of the epidermis.Taken together, these results suggest that in teleosteans, the epidermal stem cells and transient cells might be respectively located in the basal and intermediate layers. Moreover, there might be a common process due to aquatic environment, leading to a fast wound closure by re-epithelialization, between teleost skin and mammal’s cornea as well as oral mucosa.

Les composites à fibres et matrice céramiques sont des matériaux structuraux utilisés pour des applications aéronautiques, c'est à dire subissant des contraintes mécaniques et thermiques, en milieux oxydants et corrosifs et à température élevée. La résistance à l’oxydation/corrosion de ces matériaux est liée à leur capacité à s’auto-protéger par la formation d’un oxyde nappant la surface et limitant l’accès de l’oxygène vers le coeur du matériau. Des matrices multi-séquencées auto-cicatrisantes constituées de phases borées ont ainsi été conçues. Elles engendrent la formation d’une phase protectrice borosilicatée par oxydation dès les basses températures (i.e. à partir de 450°C). Lors de leurs applications, les pièces seront soumises à des cyclages thermomécaniques venant modifier la diffusion d’O2 à coeur, la répartition des oxydes liquides ainsi que leur état. La démarche expérimentale mise en place afin de caractériser l’influence de l’oxyde sur le comportement du matériau se dissocie en quatre parties : (i) identifier le comportement intrinsèque mécanique etthermique du matériau (à température ambiante, à haute température sous atmosphère neutre, enfatigue thermique), (ii) mettre en évidence une éventuelle interaction entre l’oxyde présent dans lematériau et le comportement mécanique macroscopique de ce dernier, (iii) déterminer si la viscosité del’oxyde (très dépendante de la température) vient modifier les transfert de charge F/M et (iv) observer quel peut être le comportement du matériau lorsque de la fatigue cyclique est réalisée en même temps qu’une rampe thermique, l’alternance d’ouverture/fermeture des fissures pouvant altérer l’auto-cicatrisation du matériau. / Composites made of Ceramic for both fibers and matrix aimed at being used in aerospace applications, that is to say, under mechanical stresses at high temperatures in oxidizing and corrosive environments. Resistance to oxidation /corrosion of these materials is linked to their ability to self-heal by creating anoxide phase limiting access of oxygen to the bulk of the material. Multi-sequenced self-healingmatrices made of boron containing phases were thus designed to promote the formation of a protective borosilicate phase by oxidation at low temperatures (i.e. starting at about 450°C). Parts made of this material subjected to thermomechanical cycles which will possibly change the distribution of O2 in the bulk as well as that of liquid oxides and their state. The experimental approach developed to characterize the influence of the oxide material behavior dissociates into four parts: (i) identify the intrinsic mechanical and thermal behavior of the material (at room temperature, in neutral atmosphere at high temperature in thermal fatigue), (ii) highlight a possible interaction between the oxide present in the material and the macroscopic mechanical behavior of the composite, (iii)determine if the viscosity of the oxide (very temperature dependent) modifies the charge transferF/M and (iv) observe what may be the behavior of the material when the cyclic fatigue is performed in conjunction with a thermal ramp, alternating the opening /closing of cracks that could alter the self-healing material.

A l’heure où le diabète prend des proportions pandémiques, nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse à l’étude de l’impact du diabète de type 2 (TD2M) sur l’os. Il y a peu d’études documentant l’impact de T2DM sur les os maxillo-faciaux d’origine endomembranaire et leurs réparations. Après une introduction bibliographique sur l’os, le diabète et les modèles d’études animaux, nous exposerons nos résultats sur (i) l’étude de la réparation vasculaire et osseuse des défauts de calvaria de rats diabètiques ZDF; (ii) l’impact du T2DM sur la structure osseuse et vasculaire des fémurs de rats ZDF; et (iii) l’altération des propriétés angiogéniques et du sécrétome des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (BMSC) par le T2DM. Ces études ont permis de mettre en évidence l’altération de la réparation osseuse dans les défauts de taille-critique et l’altération de la réparation vasculaire dans les défauts de tailles critique et sous-critique de la calvaria de rats T2DM. De même, la microarchitecture osseuse (corticale et trabéculaire) et la vascularisation se trouvent significativement altérées par le T2DM dans les fémurs de rats ZDF. Au niveau cellulaire, le sécrétome des BMSCs de rat ZDF présente un profil angiogénique différent de celui des rats ZL contrôles, ce qui peut apporter des éléments de réponses permettant la compréhension de la vascularisation paradoxale dans un contexte T2DM. Ces résultats devraient permettre d’améliorer la compréhension de l’effet du T2DM sur la cicatrisation osseuse, afin d’améliorer les stratégies thérapeutiques. / Now that diabetes reaches pandemic proportions, this thesis focuses on the effect of T2DM on bone. Very few studies document the effect of T2DM on maxillo-facial bone and their endomembraneous repair.After a short review on bone, diabetes and animal study models, we will showcase our results of the impact of T2DM on, (i) vascular and bone repair of calvarial defects in ZDF rats; (ii) the vascular and bone microarchitechture of ZDF rat’s femur; (iii) the secretome and angiogenic properties of zdf rat’s bone marrow stromal cells (BMSC). These studies showed an alteration of bone repair in critical size defects, and an impaired vascular repair in critical and subcritical T2DM defects. We also found evidences of bone and vascular microarchitechture impairement in ZDF femur. At a cellular level, T2DM BMSCs have an unique angiogenic profile. These findings may contribute to the better understanding of the adverse vascular healing in T2DM and provide successful bone healing therapies for patients with T2DM.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Un nombre considérable de personnes dans le monde souffrent de diabète, et beaucoup d'entre elles souffrent d'ulcères du pied diabétique. La prise en charge des ulcères du pied diabétique représente un important défi pour les patients et pour le système de la santé. Durant le processus de cicatrisation, les fibroblastes jouent un rôle important dans les phases d'inflammation, de prolifération et de remodelage. La stimulation des propriétés cicatrisantes des fibroblastes pourrait faciliter le traitement des patients souffrant d'ulcères du pied diabétique. Plusieurs études suggèrent que le champ électrique (CE) peut être utile pour moduler les activités cellulaires. Cependant, l'utilisation du CE pour favoriser la cicatrisation demeure sporadique due au manque d'études relatives aux mécanismes cellulaires activés lors de l'exposition des cellules aux SE. L'objectif à long terme de cette étude est d'analyser la possibilité d'utiliser le CE pour promouvoir la cicatrisation tissulaire chez les patients diabétiques. L'objectif spécifique est d'étudier les effets de la SE sur les comportements des fibroblastes diabétiques humains. À cette fin, les fibroblastes isolés de patients atteints d'un ulcère du pied diabétique ont été cultivés sur une membrane PPy/HE/PLLA biologiquement active, biocompatible et conductrice, puis soumises à différentes CE. Dans la première étape, les paramètres optimaux se référant à l'intensité de la SE, au temps de stimulation, au temps de culture après stimulation et à la croissance cellulaire ont été déterminés. Ensuite, les intensités optimales de ES ont été sélectionnées pour étudier l'effet du CE sur les propriétés cicatrisantes des fibroblastes de diabétiques. Ces propriétés cicatrisantes incluent la croissance cellulaire, la migration, la contraction de la plaie, l'organisation de la matrice extracellulaire et la sécrétion de facteurs de croissance et les cytokines. Finalement, un tissu en trois dimensions a été produit. Ce tissu est composé de fibroblastes de diabétiques cultivés dans une matrice collagénique, et de kératinocytes de diabétiques. Ce modèle nous a permis d'évaluer l'efficacité de la SE à favoriser la cicatrisation chez les diabétiques. Nos travaux montrent que la membrane Ppy/HE/PLLA peut être un bon candidat pour transférer de faible SE vers les cellules de diabétiques. Nous avons démontré que la SE augmente la croissance, la migration des fibroblastes. La SE augmente la sécrétion de facteurs de croissance et de cytokines impliquées dans la cicatrisation. Aussi, la SE favorise la fermeture des plaies. En conclusion, nos travaux démontrent que la SE peut être utilisée en clinique pour favoriser la cicatrisation des ulcères de pied diabétique. / A considerable number of people around the world have diabetes, and many of them suffer from diabetic foot ulcers. The care of diabetic foot ulcers represents a significant challenge for medical professionals and patients and causes a heavy burden to the public health system. During the wound healing process, fibroblasts play important roles in inflammation, proliferation, and remodeling phases, which makes fibroblasts an interesting target for manipulation. Many publications have suggested that electrical field (EF) may be useful in modulating cellular activities. Furthermore, available clinical studies have demonstrated the positive effect of electrical stimulation (ES) on wound healing. However, EF has yet to be widely accepted as a tool to stimulate tissue regeneration. This scarcity of using EF is mostly because of the lack of mechanistic understanding of how cells, including fibroblasts, interact with and respond to EF. The goal of this study is to investigate the effect of ES on human diabetic fibroblast behaviors. For this purpose, fibroblasts isolated from patients with diabetic foot ulcers (DFU) and biologically active and biocompatible PPy/HE/PLLA membranes were used to study the effect of ES on diabetic fibroblasts. In the first step, optimal ES parameters, including EF intensity, time of stimulation, culture time after stimulation, and cell viability/growth were evaluated. Then, the optimized ES parameters were used to study the effect of EF on different aspects of the diabetic human skin fibroblasts (DHSF) including growth, migration, wound contraction, extracellular matrix organization, and the secretion of different proteins such as growth factors and cytokines. As the last step, a diabetic human skin equivalent was produced to study the effect of ES on the crosstalk between diabetic fibroblasts and keratinocytes including the production of basement membrane proteins. The results of this thesis show that PPy/HE/PLLA membranes can be a good candidate for transferring the low DC ES to the DHSF. Importantly, ES was found to modulate DHSF activities favoring wound healing. Furthermore, this thesis suggests that ES applied to diabetic human skin equivalents could be used to manage DFU in a clinical setting.

L'épiderme humain contient une pile physiologique dont le potentiel varie de 10 à 60 mV en fonction de la localisation sur le corps. Un gradient sodique décroissant de la couche basale jusqu'en dessous de la couche cornée est maintenu par l'action de pompes ioniques créant ainsi une différence de potentiel trans-épithélial (PTE). En condition normale, aucun rôle physiologique n'a encore été attribué à ce potentiel. Lorsque la peau est endommagée, une fuite d'ions provenant de la rupture du gradient sodique induit un champ électrique endogène (100 à 200 raV/mm) en bordure de la plaie. Le champ électrique endogène est dirigé vers le centre de la plaie. Il a été suggéré que la présence d'un champ électrique endogène est importante dans la réépithélialisation des plaies. Toutefois, les mécanismes d'action de celui-ci demeurent peu connus. Les recherches actuelles sur le sujet sont davantage orientées sur les effets des champs électriques sur la guérison des plaies et très peu concernent le rôle du PTE. Pourtant, c'est la présence du PTE présent dans la peau intacte entourant la plaie qui permet l'induction du champ électrique endogène à la suite d'une blessure. Notre objectif général était d'évaluer les effets de champs électriques d'intensités physiologiques sur les kératinocytes en monocouches et d'étudier la formation du PTE lors de la réépithélialisation de l'épiderme. Tout d'abord, nous avons étudié la réponse cellulaire des kératinocytes en présence de champs électriques par la mesure de la variation du calcium intracellulaire (Ca2+j) avec la sonde fluorescente fluo-4. Les variations de la fluorescence en fonction du temps ont été enregistrées à l'aide d'un système d'observation microscopique en continu. Nos résultats montrent que la stimulation de kératinocytes avec des intensités de champ électrique d'ordre physiologique et supraphysiologique (100 à 900 mV/mm) produit une élévation du taux de Ca2+; et que l'ampleur de cette réponse dépend de l'intensité du champ électrique appliqué. Nous avons également noté que les variations de Ca2+j observées suite à une stimulation électrique sont spécifiques aux kératinocytes peu différenciés. Ces résultats montrent pour la première fois que la stimulation électrique de kératinocytes humains en colonies induit une augmentation de Ca2+j et que cette réponse cellulaire est dépendante du niveau de différenciation des cellules. L'étude du PTE est complexe puisqu'elle nécessite un modèle d'étude en trois dimensions représentant l'épiderme humain. À l'aide du modèle de peau reconstruite ii humaine (PRH) par génie tissulaire développée au LOEX, nous avons étudié la formation du PTE lors de la genèse et de la réépithélialisation de l'épiderme. Tout d'abord, nous avons élaboré un système adapté pour les mesures du PTE sur des PRH et sur un modèle animal de plaies cutanées. Des mesures du PTE ont ensuite été réalisées sur des PRH et des biopsies ont été réalisées sur les épidémies en formation ainsi que sur les plaies en fonction du temps. Nos résultats montrent que le PTE varie durant la formation de l'épiderme. Cette période est composée d'une phase ascendante et suivie d'une phase descendante. Une période similaire de rétablissement du PTE a également été observée durant la réépithélialisation de plaies sur notre modèle de PRH et ces observations ont été corrélées in vivo sur un modèle de plaie cutanée chez le porc. La période du PTE a également été corrélée avec l'expression variable (ascendante et descendante) de la pompe Na+/K+ ATPase en fonction du temps et en fonction de la différenciation de l'épiderme. Ces résultats suggèrent que les pompes Na+/K+ ATPase régleraient le transport des ions sodiques pour l'établissement du PTE durant la formation ainsi qu'au cours de la réépithélialisation de l'épiderme. L'ensemble des résultats procure une meilleure compréhension des mécanismes reliés au champ électrique endogène et au potentiel transmembranaire dans la peau humaine.

Les modèles de peau in vitro en trois dimensions sont des outils pour étudier des processus biologiques ou pathologiques. La majorité des modèles in vitro actuellement disponibles ne comporte pas de système immunitaire et de réseau vasculaire, tous deux présents dans la peau humaine. Nous avons développé un modèle de peau entièrement composé de cellules d'un même donneur (autologue) et contenant des cellules immunitaires et endothéliales. En nous basant sur le modèle d'auto-assemblage du LOEX, nous avons mis en culture durant quatre semaines des fibroblastes dermiques dans un milieu favorisant le dépôt de matrice extracellulaire. La résultante est un feuillet manipulable composé de cellules entourées de matrice. Un isolat dermique préalablement extrait du derme humain est ensemencé sur un premier feuillet de fibroblastes et les kératinocytes sur un second. L'isolat dermique contient l'ensemble des cellules présentes dans le derme du donneur. Les deux feuillets sont ensuite superposés et mis en culture pendant deux semaines à l'interface air-liquide pour stimuler la différenciation de l'épithélium. Une analyse histologique a mis en évidence un épithélium stratifié sur un derme composé de matrice et de cellules. Des immunomarquages ont également montré la présence de cellules immunitaires CD45+ viables et d'un réseau vasculaire CD31+ au niveau du derme. Une plaie a ensuite été créée au centre de ce modèle de peau et une analyse histologique a montré une migration des cellules épidermiques et dermiques dans la plaie. La création de ce modèle permettra d'avoir une meilleure compréhension de l'homéostasie de la peau et du phénomène de cicatrisation cutanée. / In vitro three-dimensional human skin models provide a tool to investigate biological or pathological processes and to test drug effect or toxicity. In vitro models usually lack an immune system and vasculature, both characteristics of the human skin. We developed a skin model composed of cells from the same donor (autologous) and containing immune cells and endothelial cells. Based on the self-assembly method developed at the LOEX, dermal fibroblasts were first cultured during four weeks in a medium stimulating the production of an extracellular matrix. The result of this culture is a fibroblast sheet used for the development of our model. A dermal fraction enzymatically extracted from a human dermis was seeded onto a first sheet while the keratinocytes were seeded on a second one. The dermal fraction contained all the dermal cells from a donor. The two sheets were then superimposed and raised at the air-liquid interface during two weeks to stimulate epidermis differentiation. Histological studies of the 3D skin model highlighted a stratified epidermis on a dermis composed of matrix and cells. Immunofluorescence staining showed viable CD45+ immune cells and a CD31+ capillary network in the dermis. A wound was then produced at the center of the model and histological studies highlighted the migration of the epidermal and dermal cells into the wound. The creation of this first autologous 3D model containing immune cells paves the way to increase knowledge about skin homeostasis and the role of immune cells in the wound healing process.

Résumé : L’auto-cicatrisation des fissures des matériaux cimentaires présente un intérêt important pour améliorer leur durabilité (propriétés de transfert par exemple). L’impact du laitier de haut-fourneau sur ce phénomène a été peu étudié bien qu’il ait été observé sur des ouvrages du Génie Civil. Dans cette étude, la cinétique et l’amplitude de l’auto-cicatrisation ont été suivies par des essais non destructifs : la tomographie aux rayons X et la perméabilité à l’air, pour une fissuration créée à 7 jours et à 28 jours. Les résultats montrent que le laitier de haut-fourneau possède un potentiel d’auto-cicatrisation intéressant pouvant dépasser les résultats obtenus pour les formulations de référence sans laitier. Ce bon potentiel dépend des caractéristiques physico-chimiques des matériaux brutes et du potentiel d’hydratation de la formulation au cours du temps. De plus pour suivre l’auto-cicatrisation, un nouvel essai a été mis en place afin de fissurer les éprouvettes de mortier par retrait gêné et d’étudier l’auto-cicatrisation d’une fissure naturelle. Cet essai s’est avéré efficace sur la formulation de référence. Une caractérisation des produits de cicatrisation par MEB-EDS témoigne de la formation de nouveaux produits dans les fissures et de l’impact important des conditions de stockage sur le type de produits formés: des C-S-H pour un stockage sous eau et des carbonates de calcium pour un stockage en chambre humide (CO2 + eau). Les résultats de migration aux chlorures de nano-indentation montrent que ces produits de cicatrisation possèdent de bonnes propriétés de durabilité et des propriétés mécaniques à l’échelle microscopique intéressantes (pour le carbonate de calcium). Enfin, une modélisation du phénomène d’auto-cicatrisation est proposée au moyen du code de calcul de géochimie PHREEQC. L’étude a révélé le potentiel intéressant de PHREEQC pour modéliser l’auto-cicatrisation et en faire un outil de prédiction du phénomène. / Abstract : Self-healing of cementitious materials presents great interest to improve the durability of concrete structure (transfer properties for example). The impact of blast-furnace slag on this phenomenon is not yet clear even if the self-healing of concrete with blast-furnace slag was observed in building sites. To understand the blast-furnace slag influence, non-destructive methods were used to follow self-healing: X-ray tomography and gas permeability test. All specimens were cracked at 7 days and 28 days. The results show that the blast furnace slag has an interesting self-healing potential that can exceed the reference formulation results. This good potential depends on the physico-chemical characteristics of the raw materials and the hydration potential of the formulation over time. In addition to follow the self-healing, a new trial was set up to crack mortar specimens by restrained shrinkage and study the self-healing of a natural crack. In addition to follow the self-healing, a new trial was set up to crack mortar specimens by restrained shrinkage and study the self-healing of a natural crack. This test has proven effective over the reference formulation.The SEM with EDS analysis showed the formation of new products in the crack and the impact of storage conditions on these products : C-S-H for specimens stored in water and calcium carbonate for specimens stored in a damp chamber (CO2 + water). Migration chlorures and nano-indentation tests results showed that self-healing products had interesting durability properties and micro-mechanical properties (for calcium carbonate). Finally, self-healing modelling is proposed by means of geochemistry PHREEQC calculation code. The study revealed interesting potential PHREEQC to model self- healing phenomenon and make it a of predictive tool.