L’hémostase est un processus physiologique permettant de préserver l’intégrité du système vasculaire et de prévenir une perte de sang en réponse à une blessure. En situation pathologique, comme dans le cas de cancers, d’infections ou de maladies cardiovasculaires, il peut y avoir activation de la cascade de coagulation entraînant la formation d’un thrombus.Dans cette étude, nous avons utilisé la microscopie intravitale dans un modèle de blessure au rayon laser pour comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires mis en jeu dans la formation d’un thrombus plaquettaire en conditions physiologiques et pathologiques lors du développement d’un cancer. La première partie de ce travail a consisté à décrire l’implication des polynucléaires neutrophiles dans la formation d’un thrombus. Nous montrons que les neutrophiles sont les premières cellules à s’accumuler au niveau du site de blessure et représentent la principale source de facteur tissulaire menant à la génération de fibrine et à la formation du thrombus. Ces neutrophiles sont nécessaires au recrutement de cellules endothéliales progénitrices (Endothelial colony- forming cells, ECFCs), qui sont des cellules capables de jouer un rôle important dans la réparation vasculaire. Dans une seconde partie, nous avons déterminé, dans des modèles murins adaptés, l’implication de l’activation du FT et des plaquettes dans la thrombose associée au cancer. En conclusion, notre travail donne de nouvelles perspectives dans la compréhension du rôle pathophysiologique des neutrophiles, des cellules progénitrices endothéliales et des plaquettes. / Hemostasis is a physiological process to preserve the integrity of the vascular system and to prevent blood loss in response to injury. In pathological conditions, such as cancers, infections or cardiovascular diseases, the blood coagulation cascade can be activated, leading to the formation of a platelet thrombus.Using a laser-injury model coupled with a high-definition, high-speed camera, we explored the cellular and molecular mechanisms involved in thrombus formation in physiological and in pathological conditions associated with the development of a cancer. The first part of this work describes the role of polymorphonuclear neutrophils (PMNs) in thrombus formation. We show that PMNs are the first cells to accumulate at the site of injury and represent the main source of blood-borne tissue factor (TF), leading to the generation of fibrin and thrombus formation. We also show that once present at the site of injury, PMNs recruit Endothelial Progenitor Cells (endothelial colony-forming cells, ECFCs), which play a key role in vascular repair. The second part of this work we determined, in dedicated mouse models, the involvement of TF and platelet activation in thrombosis associated with cancer. Together, our findings provide new perspectives in the understanding of the pathophysiological role of polymorphonuclear neutrophils, Endothelial Progenitor Cells and platelets.

Bacillus anthracis, l'agent infectieux responsable de la maladie du charbon, est un agent pathogène majeur du risque biologique provoqué, notamment en raison de la sévérité de la forme respiratoire de la maladie. Celle-ci résulte de l'inhalation de spores dont les mécanismes de pénétration au niveau pulmonaire sont mal connus à l'heure actuelle. Cette thèse présente les apports des microscopies confocale et biphotonique à l'étude de ces mécanismes de pénétration des spores inhalées. Le modèle murin CX3CR1+/gfp, dont la sous-population CD11b+ de cellules dendritiques (DCs) exprime constitutivement la protéine de fluorescence verte (GFP), a été utilisé dans ces travaux. Une première partie présente le développement d'une méthode automatisée de discrimination des DCs parmi d'autres populations cellulaires exprimant le même fluorophore, en se basant sur le calcul d'un coefficient morphologique. Cette méthode a permis d'étudier dans un deuxième temps le comportement spécifique de la sous-population de DCs CD11b, après infection par des spores de B. anthracis. L'étude microscopique a été d'abord effectuée in situ, c'est-à-dire sur des explants pulmonaires maintenus dans des conditions favorables à la préservation de l'activité cellulaire, puis in vivo, sur des souris anesthésiées et ventilées. Le protocole d'imagerie tire profit d'une stratégie d'acquisition et de traitement a posteriori des données permettant de surmonter, sans contrainte mécanique appliquée à l'organe, les problèmes de focalisation liés aux mouvements thoraciques durant la ventilation de l'animal. Cette stratégie originale utilise un sur-échantillonnage de l'acquisition et profite du signal de seconde harmonique généré par le collagène comme référence spatiale ; elle a permis l'observation in vivo d'interactions entre DCs et macrophages au niveau pulmonaire. Ces interactions, de type synapse immunologique, sont favorisées par l'infection et présentent donc un rôle fonctionnel qui reste à définir. La formation de synapses immunologiques entre macrophages et DCs pourrait non seulement représenter un chaînon manquant à l'explication de la pénétration des spores de B. anthracis au niveau pulmonaire, mais pourrait aussi constituer un enjeu crucial dans la compréhension de la réponse immunitaire associée aux infections pulmonaires. / Bacillus anthracis, the causative agent of anthrax, is a major bioterrorism pathogen mainly because it can lead to a severe respiratory form of the disease. This form results from inhalation of spores, whose ways of entry into the lungs are not fully understood. This thesis reports the contribution of confocal and two-photon microscopy to the study of the penetration mechanisms of inhaled spores. The animal model utilized was CX3CR1+/gfp mouse, which constitutively expresses the green fluorescent protein (GFP) on CD11b+ dendritic cells (DCs). First, we present an automated method allowing discrimination of DCs among other GFP expressing cells, based on a morphologic coefficient. This method was then applied to the study of the specific behavior of CD11b DCs, after infection by B. anthracis spores. The microscopic study was first performed in situ, i.e. on explanted organs kept in conditions favorable to cell dynamics, then in vivo, i.e. on anesthetized and ventilated mice. In this case the imaging protocol profits from both acquisition and post-processing strategies, and allowed overcoming the focalization pitfalls coming from chest movements during ventilation. This novel strategy is based on an over-sampling of frame acquisition and utilizes second harmonic generation signal from alveolar collagen as a spatial reference. It led to the first ever in vivo observation of interactions between DCs and macrophages at the lung level. These immunological synapse-like structures are promoted by infection and thus display a functional role unknown until now. The formation of macrophages-DCs immunological synapses not only could represent a missing-link in figuring out the B. anthracis spore penetration mechanisms at the lung level, but more importantly could lead to a better understanding of the immune response associated with pulmonary infections.

L’objectif principal de ce travail de thèse a été de caractériser les effets de l’anti-VEGF Bevacizumab (Avastin) sur le réseau vasculaire tumoral in vivo, au cours du temps, à l’aide du modèle de la chambre dorsale chez la souris nude. Les images du réseau vasculaire tumoral acquises par microscopie intravitale ont été analysées par un algorithme de traitement d’images développé au sein de notre équipe, permettant de mettre en évidence les modifications morphologiques induites par le traitement et d’isoler des paramètres discriminants de la « normalisation » vasculaire, par comparaison à un réseau vasculaire sain. La période de « normalisation » vasculaire détectée par notre outil a été confortée par l’analyse de la fonctionnalité des vaisseaux sanguins au cours du temps, in vivo et par une analyse immunohistochimique des vaisseaux sanguins tumoraux et du tissu tumoral. A travers des essais préliminaires in vivo, en regard des résultats de ce travail concernant une fenêtre de "normalisation", nous avons cherché à vérifier l'hypothèse d'un bénéfice d'un traitement anti-VEGF préalablement à la thérapie photodynamique (PDT) sur des tumeurs de glioblastome xénogreffées en sous-cutané et en chambre dorsale. L'efficacité de la PDT est décrite comme étant dépendante d'une d'oxygénation tumorale suffisante et d'une distribution maximale de l'agent photosensibilisant au coeur des tumeurs. Parallèlement à ces travaux, nous avons cherché en équipe pluridiscilinaire à développer un modèle mathématique de la réponse au bevacizumab à partir de données biologiques réelles obtenues sur le même modèle in vivo et permettant pour l'avenir de simuler les réponses à différentes doses et différentes durées de traitement, toujours à des fins d'optimisation des protocoles thérapeutiques / The main aim of this work was to characterize the effects of the anti-VEGF Bevacizumab (Avastin) on the tumor vascular network, in vivo, over time, thanks to the skin fold chamber model on the nude mouse. Images of the vascular network obtained using intravital microscopy were analyzed par a dedicated image processing algorithm developed within our research team, allowing to highlight the morphological modifications induced by the treatment and to isolate discriminating parameters of the vascular "normalization", by comparison to healthy vascular networks. Le vascular "normalization" period detected with our tool was comforted by the analysis of the functionality of the blood vessels over time, in vivo and by an immunohistochemical analysis of the blood vessels and of the tumor tissue. In preliminary in vivo experiments, we tried to verify the hypothesis of the benefits of an anti-VEGF treatment prior to photodynamic therapy (PDT) on glioblastoma xenografts implanted subcutaneously or in the skin fold chamber. The efficacy of PDT is described as being dependent on tumor oxygenation and on the distribution of the photosensitizing agent within the tumor. In paralel to this work, we tried as a pluridisciplinary team to develop a mathematical model of the tumor response to bevacizumab using biological data obtained on the same in vivo model et that will allow in the future to simulate the response for different doses and different treatment durations, for the optimization of therapeutic protocols

Bacillus anthracis, l'agent infectieux responsable de la maladie du charbon, est un agent pathogène majeur du risque biologique provoqué, notamment en raison de la sévérité de la forme respiratoire de la maladie. Celle-ci résulte de l'inhalation de spores dont les mécanismes de pénétration au niveau pulmonaire sont mal connus à l'heure actuelle. Cette thèse présente les apports des microscopies confocale et biphotonique à l'étude de ces mécanismes de pénétration des spores inhalées. Le modèle murin CX3CR1+/gfp, dont la sous-population CD11b+ de cellules dendritiques (DCs) exprime constitutivement la protéine de fluorescence verte (GFP), a été utilisé dans ces travaux. Une première partie présente le développement d'une méthode automatisée de discrimination des DCs parmi d'autres populations cellulaires exprimant le même fluorophore, en se basant sur le calcul d'un coefficient morphologique. Cette méthode a permis d'étudier dans un deuxième temps le comportement spécifique de la sous-population de DCs CD11b, après infection par des spores de B. anthracis. L'étude microscopique a été d'abord effectuée in situ, c'est-à-dire sur des explants pulmonaires maintenus dans des conditions favorables à la préservation de l'activité cellulaire, puis in vivo, sur des souris anesthésiées et ventilées. Le protocole d'imagerie tire profit d'une stratégie d'acquisition et de traitement a posteriori des données permettant de surmonter, sans contrainte mécanique appliquée à l'organe, les problèmes de focalisation liés aux mouvements thoraciques durant la ventilation de l'animal. Cette stratégie originale utilise un sur-échantillonnage de l'acquisition et profite du signal de seconde harmonique généré par le collagène comme référence spatiale ; elle a permis l'observation in vivo d'interactions entre DCs et macrophages au niveau pulmonaire. Ces interactions, de type synapse immunologique, sont favorisées par l'infection et présentent donc un rôle fonctionnel qui reste à définir. La formation de synapses immunologiques entre macrophages et DCs pourrait non seulement représenter un chaînon manquant à l'explication de la pénétration des spores de B. anthracis au niveau pulmonaire, mais pourrait aussi constituer un enjeu crucial dans la compréhension de la réponse immunitaire associée aux infections pulmonaires.