L'objectif ici était de développer une méthode de détection des tumeurs cérébrales via des agents de contraste pour l'IRM du 19F à 7 teslas. Nous évaluons en particulier le potentiel de cette méthode à mettre en évidence l'angiogenèse tumorale à l'aide d'agents de contraste fonctionnalisés avec le peptide RGD et ciblant l'intégrine ανβ3, biomarqueur surexprimé à la surface des néo-vaisseaux irriguant la tumeur. Du fait des basses concentrations locales en agent de contraste, les efforts portent dans un premier temps sur l'optimisation d'une séquence multi échos de spin dédiée à l'imagerie du PFOB (perfluorooctyl bromure), perfluorocarbure biocompatible choisi pour constituer la base de nos agents de contraste. Nous montrons qu'un paramétrage minutieux de cette séquence permet la suppression de la J-modulation et un rehaussement du T2, conduisant à une excellente sensibilité in vitro. La séquence est ensuite testée pour des mesures d'oxygénation dans le foie et la rate chez la souris, après injection d'une émulsion de PFOB. Les résultats indiquent une très bonne précision des mesures après injection d'une seule dose d'émulsion. Notre séquence est également utilisée pour réaliser une étude de biodistribution dynamique, permettant de suivre l'accumulation des nanoparticules d'émulsion dans le foie et la rate juste après injection. Nous montrons par ailleurs qu'il est possible d'évaluer la furtivité d'émulsions contenant différentes quantités de PEG (Poly Ethylène Glycol) en ajustant les données expérimentales sur un modèle pharmacocinétique empirique. La séquence est enfin utilisée pour détecter des nanoparticules d'émulsions fonctionnalisées pour cibler l'intégrine ανβ3 dans un modèle souris U87 de glioblastome. Nous comparons les concentrations en agent de contraste obtenues dans la tumeur avec une émulsion contenant le peptide RGD, et une émulsion contrôle. Les résultats indiquent des concentrations significativement plus élevées avec l'émulsion RGD qu'avec l'émulsion contrôle, supposant un ciblage spécifique d'ανβ3 par les nanoparticules fonctionnalisées. Un dernier chapitre est dédié à une nouvelle méthode de spectroscopie de diffusion en 19F, dont le but est d'éliminer le signal vasculaire provenant des nanoparticules de PFOB circulantes afin d'évaluer le signal ne provenant que des particules liées.

Escherichia coli est une espèce commensale du tube digestif, mais elle peut aussi se révéler être un dangereux pathogène intra ou extra intestinal. Un même clone pouvant passer d'un état commensal à pathogène, la compréhension des mécanismes impliqués dans la diversification d'E. coli dans ces deux habitats représente un enjeu majeur de santé publique. Des expériences d'évolution expérimentale utilisant E. coli ont permis de révéler différentes facettes de l'adaptation bactérienne. Cependant, ces expériences de laboratoire utilisant des conditions artificielles, on peut s'interroger sur la pertinence des observations qui en découlent en milieu naturel et plus globalement s’interroger sur la part de la sélection naturelle dans la diversification de E. coli dans la nature. Pour répondre à ces questions, j'ai analysé les profils génomiques de diversification de E. coli au cours (1) d’une adaptation au tube digestif de souris ou (2) dans des infections extra-intestinales. Dans les deux cas, j’ai pu montrer une importante convergence au niveau du gène : un même gène étant muté plusieurs fois indépendamment, un signe que l’adaptation est active. Dans les infections aigues, des mutations touchant des régulateurs globaux ont été retrouvées, alors que dans le tube digestif les cibles de l’adaptation semblaient plus spécifiques. Enfin, les échantillons issus des infections incluant des souches a fort taux de mutation dites mutatrices, j'ai pu documenter pour la première fois la génomique de l'émergence de bactéries mutatrices en milieu naturel.En conclusion, mes travaux montrent que l’adaptation joue un rôle important dans la diversification de E. coli en milieu naturel et que ce processus s’apparente à celui observé dans des milieux artificiels de laboratoire. L’adaptation semble néanmoins plus active en conditions d’infections aigues que dans le tube digestif de souris. / Escherichia coli is a commensal species living in the digestive tract of vertebrates, but can also be a harmful pathogen involved in both intra and extraintestinal diseases. As clones can behave both as commensals and pathogens, the comprehension of the mechanisms involved in the diversification of E. coli in those two habitats represents a major public health concern. In vitro experimental evolution studies using E. coli have unraveled the different faces of bacterial adaptation. However, as those experiments used artificial conditions, the relevance of these observations and more generally the contribution of adaptation to the diversification of E. coli in the wild remain questionable. To answer these questions, I analyzed the genomic profiles of diversification of E. coli during (1) adaptation to the mice digestive tract or (2) during acute extraintestinal infections. In both cases, I found a strong convergence at the gene level, i.e. observation of several impendent mutations in the same gene, suggesting a dynamic adaptation. In acute infections, mutations in global regulators were recovered, while more specific genes were recruited in the mice gut. Finally, the existence of clones with high mutation rate in the infections, allowed me to document for the first time the genomics of mutator emergence in the wild. In conclusion, my work shows that adaptation is playing an important role in the diversification of E. coli, and that this process is fairly similar to the one observed in the laboratory. Nevertheless, adaptation seems more active during infections than in the mice gut.

La maladie d'Alzheimer (MA) est une démence neurodégénérative caractérisée par des pertes de la mémoire et des troubles cognitifs. La toxicité des oligomères solubles du peptide [bêta]-amyloïde (A[bêta]Os) est centrale dans la phase précoce de la maladie. L'absence de traitements curatifs, l'aspect chronique des mécanismes pathogéniques et le partage de facteurs de risque communs avec les pathologies cardiovasculaires, notamment les paramètres alimentaires et le métabolisme lipidique, doivent inciter à considérer l'intérêt de méthodes préventives permettant d'empêcher l'apparition de la maladie. Dès lors, l'approche nutritionnelle apparaît comme une stratégie capable de limiter sa prévalence. Une souris modèle des stades précoces de MA nous a permit d'évaluer le potentiel préventif d'une alimentation enrichie en acide docosahexaénoïque (DHA, C22:6, n-3). Les résultats obtenus montrent qu'un apport alimentaire suffisant en DHA conduit à en enrichir les membranes dans les différentes structures cérébrales. En conséquence, les fonctions synaptiques sont préservées, même après exposition aigüe aux A[bêta]Os, ce qui maintient les capacités cognitives des souris exposées. Nous avons ensuite développé des stratégies nutritionnelles permettant d'évaluer les effets bénéfiques de DHA contre la dyslipidémie induite par l'alimentation et les déficits cognitifs associés au vieillissement normal ou pathologique. Les résultats obtenus à l'issue de notre étude révèlent qu'un apport alimentaire en DHA est capable de prévenir la dyslipidémie provoquée par un régime riche en lipides et de retarder le déclin cognitif lié au vieillissement cérébral normal ou pathologique / Alzheimer's disease is a neurodegenerative aging-related dementia that is characterized by loss of memory and cognitive disorders. Toxicity of soluble oligomers of [beta]-amyloid peptide (sOA[beta]) is a key element in early stages of the disease. Absence of curative therapies, chronic aspects of the pathogenic mechanisms implicated and influence of common risk factors shared with the cardiovascular diseases, including dietary parameters and lipid metabolism, should widely encourage considering the interest of preventive interventions allowing slowing the progression and delaying the clinical onset of Alzheimer's-related troubles. Therefore, nutritional approaches could appear as a strategy able to reduce the prevalence of this disease. Early Alzheimer's mouse model allowed us to assess the preventive potential of diets supplemented in docosahexaenoic acid (DHA, C22:6 n-3). Our results show that adequate dietary intake of DHA lead to increased levels in different brain structures. Consequently, hippocampal and cortical synaptic functions were preserved, even upon acute exposure to A[beta] oligomers, maintaining or improving the cognitive capacities of A[beta]-exposed mice. These improvements were positively correlated with DHA-enrichment associated in hippocampus and with preserved synaptic integrity. We also designed nutritional strategies in order to evaluate the beneficial effects of DHA on diet-induced dyslipidemia as well as on cognitive impairment and neurodegenerative processes associated with normal or pathologic aging. Our results show that dietary DHA can prevent high-fat diet-induced dyslipidemia and delay cognitive decline related with normal or pathological aging

L’objectif ici était de développer une méthode de détection des tumeurs cérébrales via des agents de contraste pour l’IRM du 19F à 7 teslas. Nous évaluons en particulier le potentiel de cette méthode à mettre en évidence l’angiogenèse tumorale à l’aide d’agents de contraste fonctionnalisés avec le peptide RGD et ciblant l’intégrine ανβ3, biomarqueur surexprimé à la surface des néo-vaisseaux irriguant la tumeur. Du fait des basses concentrations locales en agent de contraste, les efforts portent dans un premier temps sur l’optimisation d’une séquence multi échos de spin dédiée à l’imagerie du PFOB (perfluorooctyl bromure), perfluorocarbure biocompatible choisi pour constituer la base de nos agents de contraste. Nous montrons qu’un paramétrage minutieux de cette séquence permet la suppression de la J-modulation et un rehaussement du T2, conduisant à une excellente sensibilité in vitro. La séquence est ensuite testée pour des mesures d’oxygénation dans le foie et la rate chez la souris, après injection d’une émulsion de PFOB. Les résultats indiquent une très bonne précision des mesures après injection d’une seule dose d’émulsion. Notre séquence est également utilisée pour réaliser une étude de biodistribution dynamique, permettant de suivre l’accumulation des nanoparticules d’émulsion dans le foie et la rate juste après injection. Nous montrons par ailleurs qu’il est possible d’évaluer la furtivité d’émulsions contenant différentes quantités de PEG (Poly Ethylène Glycol) en ajustant les données expérimentales sur un modèle pharmacocinétique empirique. La séquence est enfin utilisée pour détecter des nanoparticules d’émulsions fonctionnalisées pour cibler l’intégrine ανβ3 dans un modèle souris U87 de glioblastome. Nous comparons les concentrations en agent de contraste obtenues dans la tumeur avec une émulsion contenant le peptide RGD, et une émulsion contrôle. Les résultats indiquent des concentrations significativement plus élevées avec l’émulsion RGD qu’avec l’émulsion contrôle, supposant un ciblage spécifique d’ανβ3 par les nanoparticules fonctionnalisées. Un dernier chapitre est dédié à une nouvelle méthode de spectroscopie de diffusion en 19F, dont le but est d’éliminer le signal vasculaire provenant des nanoparticules de PFOB circulantes afin d’évaluer le signal ne provenant que des particules liées. / This study aimed at developing a method for detection of brain tumors at 7 teslas thanks to 19F MRI contrast agents. We particularly assessed the potential of this method to highlight tumor angiogenesis with RGD-functionalized contrast agents targeting ανβ3 integrin, a biomarker over-expressed at the surface of new capillary blood vessels. Owing to low local concentrations in contrast agent, the first step consisted in optimizing a multi spin echo sequence dedicated to a well-known biocompatible perfluorocarbon, perfluorooctylbromide (PFOB). We show that careful adjustment of sequence parameters allows cancellation of J-modulation and T2 enhancement, and yields an excellent sensitivity in vitro. Our sequence was then tested for oxygenation measurements in the mouse liver and spleen after injection of a PFOB emulsion. The results demonstrate very good accuracy of the measurements after one single infusion of emulsion. We also perform a dynamic biodistribution study in order to monitor emulsion nanoparticle uptake in the liver and spleen. Moreover, we show that stealth of emulsions grafted with different quantities of polyethylene glycol (PEG) can be assessed by fitting experimental data with a pharmacokinetic empirical model. Our sequence was finally used to visualize ανβ3-targeted nanoparticles in a U87 glioblastoma mouse model. Concentrations found in tumors after injection of an RGD-functionalized emulsion and a control emulsion are compared. Concentrations are found to be significantly higher with the RGD emulsion than with the control emulsion, suggesting specific binding of functionalized nanoparticles with ανβ3 integrin. The last part is dedicated to a new diffusion-weighted 19F NMR spectroscopy sequence. This method aims at suppressing vascular signal coming from circulating PFOB nanoparticles in order to evaluate signal coming from bound nanoparticles only.

Les épilepsies acquises se déclarent après un processus graduel appelé épileptogenèse. Bien que cliniquement silencieux, ce processus implique des modifications fonctionnelles observables notamment par électroencéphalographie. Cette thèse vise i) à identifier des marqueurs électrophysiologiques apparaissant au cours de l'épileptogenèse, et ii) à comprendre les modifications physiopathologiques sous-jacentes responsables de ces marqueurs et de leur évolution temporelle. Dans un premier temps, nous avons, dans un modèle d'épilepsie partielle chez la souris, monitoré des signaux électrophysiologiques intracérébraux pendant la mise en place de la maladie. Nous avons observé dans ces signaux expérimentaux, l'émergence d'événements transitoires pathologiques appelés pointes épileptiques. Nous avons développé des méthodes de traitement du signal pour détecter et caractériser automatiquement ces événements. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence certains changements dans la forme des pointes épileptiques au cours de l'épileptogenèse ; en particulier l'apparition et l'augmentation d'une onde qui suit la pointe épileptique. Une hypothèse défendue dans ces travaux est que ces changements morphologiques peuvent constituer des marqueurs de l'épileptogenèse dans ce modèle animal. Dans un second temps, afin d'interpréter ces modifications électrophysiologiques en termes de processus neurophysiologiques sous-jacents, nous avons implémenté un modèle biomathématique, physiologiquement argumenté, capable de simuler des pointes épileptiques. Formellement, ce modèle est un système dynamique non linéaire qui reproduit les interactions synaptiques (excitatrices et inhibitrices) dans une population de neurones. Une analyse de sensibilité de ce modèle a permis de mettre en évidence le rôle critique de certains paramètres de connectivité dans la morphologie des pointes. Nos résultats montrent en effet, qu'une diminution de l'inhibition GABAergique entraîne un accroissement de l'onde dans les pointes épileptiques. À partir du modèle théorique, nous avons pu ainsi émettre des hypothèses sur les modifications opérant au cours du processus d'épileptogenèse. Ces hypothèses ont pu être en partie vérifiées expérimentalement en bloquant artificiellement l'inhibition GABAergique, dans le modèle in vivo chez la souris, et dans un modèle in vitro chez le rat. En conclusion, ce travail de thèse fournit, dans un modèle animal, un biomarqueur électrophysiologique de l'épileptogenèse et tente d'expliquer, grâce à une modélisation biomathématique, les processus neurophysiologiques sous-jacents qu'il reflète.

Les épilepsies acquises se déclarent après un processus graduel appelé épileptogenèse. Bien que cliniquement silencieux, ce processus implique des modifications fonctionnelles observables notamment par électroencéphalographie. Cette thèse vise i) à identifier des marqueurs électrophysiologiques apparaissant au cours de l’épileptogenèse, et ii) à comprendre les modifications physiopathologiques sous-jacentes responsables de ces marqueurs et de leur évolution temporelle. Dans un premier temps, nous avons, dans un modèle d’épilepsie partielle chez la souris, monitoré des signaux électrophysiologiques intracérébraux pendant la mise en place de la maladie. Nous avons observé dans ces signaux expérimentaux, l’émergence d’événements transitoires pathologiques appelés pointes épileptiques. Nous avons développé des méthodes de traitement du signal pour détecter et caractériser automatiquement ces événements. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence certains changements dans la forme des pointes épileptiques au cours de l’épileptogenèse ; en particulier l’apparition et l’augmentation d’une onde qui suit la pointe épileptique. Une hypothèse défendue dans ces travaux est que ces changements morphologiques peuvent constituer des marqueurs de l’épileptogenèse dans ce modèle animal. Dans un second temps, afin d’interpréter ces modifications électrophysiologiques en termes de processus neurophysiologiques sous-jacents, nous avons implémenté un modèle biomathématique, physiologiquement argumenté, capable de simuler des pointes épileptiques. Formellement, ce modèle est un système dynamique non linéaire qui reproduit les interactions synaptiques (excitatrices et inhibitrices) dans une population de neurones. Une analyse de sensibilité de ce modèle a permis de mettre en évidence le rôle critique de certains paramètres de connectivité dans la morphologie des pointes. Nos résultats montrent en effet, qu’une diminution de l’inhibition GABAergique entraîne un accroissement de l’onde dans les pointes épileptiques. À partir du modèle théorique, nous avons pu ainsi émettre des hypothèses sur les modifications opérant au cours du processus d’épileptogenèse. Ces hypothèses ont pu être en partie vérifiées expérimentalement en bloquant artificiellement l’inhibition GABAergique, dans le modèle in vivo chez la souris, et dans un modèle in vitro chez le rat. En conclusion, ce travail de thèse fournit, dans un modèle animal, un biomarqueur électrophysiologique de l’épileptogenèse et tente d’expliquer, grâce à une modélisation biomathématique, les processus neurophysiologiques sous-jacents qu’il reflète. / Acquired epilepsies occur after a process called epileptogenesis. Although clinically silent, this process involves some functional modifications which can be observed by electroencephalography. The objectives of this thesis are i) to identify electrophysiological markers occurring during epileptogenesis, and ii) to understand which underlying pathophysiological modifications are responsible for these markers and their evolution. Firstly, using an in vivo experimental mouse model of partial epilepsy, we have monitored intracranial electrophysiological signals during epileptogenesis. We observed the emergence of pathological transient events called epileptic spikes. We have developed signal processing methods in order to automatically detect and characterize these events. Hence, we observed and quantified morphological changes of epileptic spikes during epileptogenesis. In particular, we noticed the emergence and the increase of a wave which directly follows the spike component. In this work, we defend the hypothesis that these morphological modifications can constitute markers of the epileptogenesis process in this animal model of epilepsy. Secondly, in order to interpret these electrophysiological modifications in terms of underlying pathophysiological processes, we have implemented a computational model able to simulate epileptic spikes. This neural mass model is a neurophysiologically-plausible mesoscopic representation of synaptic interactions (excitation and inhibition) in the hippocampus. Based on a sensitivity analysis of model parameters, we were able to determine some connectivity parameters that play a key role in the morphology of simulated epileptic spikes. In particular, our results show that a diminution of GABAergic inhibition leads to an increase of the aforementioned wave. Thus, using this theoretical model, we defined some hypotheses about pathophysiological modifications occurring during the epileptogenesis process. One of these hypotheses has been confirmed in blocking GABAa receptors in the in vivo mouse model, as well as in an in vitro model (rat, organotypic slices). In summary, based on the shape features of epileptic spikes, we devised an electrophysiological biomarker of epileptogenesis observed in a mouse model but useful in Human studies as well. Moreover, a computational modeling approach has permitted to suggest which pathophysiological processes might underlie this biomarker.