Le traumatisme de la moelle épinière est à l’origine d’une inflammation locale importante caractérisée par l’augmentation massive des cellules inflammatoires et la présence de réactions oxydatives. Cette inflammation locale peut déclencher une réponse inflammatoire systémique par voie hématogène. Au niveau cervical, les lésions médullaires peuvent entraîner des faiblesses ou la paralysie des muscles respiratoires. Le patient, qui ne peut plus respirer de façon autonome, doit avoir recours à un support respiratoire. Bien que la ventilation mécanique soit la thérapie traditionnellement appliquée aux blessés médullaires souffrant d’insuffisance respiratoire, les études ont démontré qu’elle pouvait contribuer à promouvoir une réponse inflammatoire ainsi que des dommages pulmonaires. L’interaction entre le traumatisme médullaire et la ventilation mécanique, indispensable au maintien de l’équilibre des échanges respiratoires, est inconnue à ce jour. En voulant protéger les tissus, cellules et organes, l’organisme met en œuvre toute une panoplie de réponses inflammatoires à différents endroits. Nous pensons que ces réponses peuvent être altérées via l’interaction entre ce traumatisme et cette ventilation mécanique, sous l’influence de la principale source cellulaire de cytokines pour la défense de l’hôte, le macrophage, récemment classé en deux phénotypes principaux: 1) l’activation classique de type M1 et 2) l’activation alternative de type M2. Le phénotype M1 est conduit par le facteur GM-CSF et induit par l’interféron IFN-ɣ ainsi que le lipopolysaccharide. Le phénotype M2 quant à lui, est conduit par le facteur M-CSF et induit par les interleukines IL-4, IL-13 ou IL-21. M1 relâche principalement IL-1β, IL-6, TNF-α et MIP-1α tandis que M2 principalement IL-10 et MCP-1. Toutefois, nous ignorons actuellement par quel type d’activation se manifestera cette réponse immunitaire et si l’application de support respiratoire pourrait entraîner un risque inflammatoire additionnel au site du traumatisme. Nous ignorons également si la ventilation mécanique affecterait, à distance, les tissus de la moelle épinière via une inflammation systémique et amplifierait alors le dommage initial. Il n’existe pas à ce jour, de thérapie qui ait montré d’effet bénéfique réel envers une récupération fonctionnelle des patients blessés médullaires. Il paraît donc essentiel de déterminer si la ventilation mécanique peut moduler l’inflammation post-traumatique à la fois au niveau pulmonaire et au site de la lésion. Ce travail visait à caractériser les liens entre l’inflammation issue du traumatisme médullaire et celle issue de la ventilation, dans le but de fournir une meilleure compréhension des mécanismes inflammatoires activés dans ce contexte. L’étude a été menée sur un modèle animal. Elle consistait à évaluer : 1) si le traumatisme médullaire influençait les réponses inflammatoires pulmonaires induites par la ventilation mécanique, y compris le phénotype des macrophages alvéolaires et 2) si la ventilation pouvait altérer à distance, les tissus de la moelle épinière. L’impact de la blessure médullaire sur l’inflammation pulmonaire et locale, induite par la ventilation fut interprété grâce à l’analyse des cellules inflammatoires dans les lavages broncho-alvéolaires et dans les tissus prélevés à l’endroit de la blessure après 24 heures. Ces analyses ont démontré un profil spécifique des cytokines pulmonaires et médullaires. Elles ont révélé que la ventilation mécanique a engendré un environnement pro-inflammatoire en faveur d’un phénotype M1 chez les animaux ayant bénéficié de la thérapie respiratoire. Inversement, l’atteinte thoracique chez les animaux sans ventilation, a montré qu’une réponse immunitaire avait été activée en faveur d’un environnement anti-inflammatoire de phénotype M2. La lésion cervicale quant à elle a induit un profil de cytokines différent et les réponses au stress oxydatif dans le poumon induites par la ventilation ont été réduites significativement. De plus, une lésion médullaire a augmenté l’expression d’IL-6 et la ventilation a diminué l’IL-1β et augmenté le TNF-α dans les tissus de la moelle. Finalement, ces données ont fourni les premières évidences que la ventilation a induit d’avantage à un phénotype pulmonaire M1 et que le traumatisme médullaire a impacté spécifiquement les réponses inflammatoires et oxydatives dans le poumon. La ventilation a contribué non seulement à distance à une inflammation des tissus médullaires lésés mais aussi des tissus sains. / Spinal cord injury is a major cause of excessive local inflammation characterized by a massive increase in inflammatory cells and oxidative reactions. It can also enhance systemic inflammatory response through the bloodstream. Cervical spinal cord lesions can result in respiratory failure due to weakness or paralysis of respiratory muscles and may lead a patient to require respiratory support. Although mechanical ventilation is the current therapy of choice applied to injured patients for respiratory insufficiency, evidence has shown that it can directly contribute to inflammatory response and lung damage. Currently, interplay between spinal cord injury and mechanical ventilation, essential to maintain the balance of respiratory exchanges, is unknown. To protect tissues, cells and organs, the body implements a wide range of inflammatory responses in various locations. We believe that the immune response can be modulated by this interplay under the influence of the main cellular source of cytokines for host defense; the macrophage. Macrophages have recently been classified into two phenotypes: 1) classical activation (M1) and 2) alternative activation (M2) and, as of today, it is unknown through which activation profile the immune response manifests itself. M1 phenotype is GM-CSF-driven, and also induced or primed by interferon-ɣ and lipopolysaccharide. In contrast, M2 phenotype is M-CSF-driven and induced also by IL-4 and IL-13 or IL-21. M1 release mainly IL-1β, IL-6, TNF-α and MIP-1α whereas M2 produce mainly IL-10 and MCP-1.The application of respiratory support may lead to an additional inflammatory risk to the injury site that may affect distal spinal cord tissues via the systemic inflammatory responses thus amplifying damage to the spine. There is currently no therapy which has shown beneficial effects towards a real functional recovery of spinal cord injury. It seems important to determine if and how mechanical ventilation may affect the post-traumatic inflammation in both lung and at injury site. This work was aimed to better characterize the relationship between inflammation induced by a spinal cord injury and ventilation thus providing a deeper understanding of the activated inflammatory mechanisms in this context. The study was conducted in an animal model and we wanted to evaluate: 1) if spinal cord injury impacts lung inflammatory responses induced by mechanical ventilation including alveolar macrophage phenotype and 2) determine whether mechanical ventilation may alter inflammatory responses of distal spine tissues. Interplay between spinal cord injury and inflammation-induced by mechanical ventilation on lung and local spine was interpreted through analyses of inflammatory cells in broncho-alveolar lavages and spinal cord tissues after 24 hours. These analyses have shown a specific cytokines profiles both in the lung and at local site of injury. It also revealed that the application of mechanical ventilation induced a pro-inflammatory environment favoring the M1 phenotype. Conversely, a thoracic spinal cord injury in non-ventilated animals, showed that an immune response had been activated favoring an anti-inflammatory environment M2 phenotype in the lung. Cervical lesion also induced a different cytokine profile and oxidative stress responses in the lung induced by ventilation have been reduced significantly. In addition, spinal cord injury induced pro-inflammatory cytokines IL-6 expression and mechanical ventilation has been decreased IL-1β and increased TNF-α in spine tissues. In retrospect, this work provide the first evidence that ventilation induced a predominant M1 phenotype and that spinal cord injury modulated specific inflammatory and oxidative stress responses in the lung. In addition, mechanical ventilation not only contributed to local inflammation in distal spinal injured tissues but also in healthy tissues.

Les dynorphines sont des neuropeptides importants avec un rôle central dans la nociception et l’atténuation de la douleur. De nombreux mécanismes régulent les concentrations de dynorphine endogènes, y compris la protéolyse. Les Proprotéines convertases (PC) sont largement exprimées dans le système nerveux central et clivent spécifiquement le C-terminale de couple acides aminés basiques, ou un résidu basique unique. Le contrôle protéolytique des concentrations endogènes de Big Dynorphine (BDyn) et dynorphine A (Dyn A) a un effet important sur la perception de la douleur et le rôle de PC reste à être déterminée. L'objectif de cette étude était de décrypter le rôle de PC1 et PC2 dans le contrôle protéolytique de BDyn et Dyn A avec l'aide de fractions cellulaires de la moelle épinière de type sauvage (WT), PC1 -/+ et PC2 -/+ de souris et par la spectrométrie de masse. Nos résultats démontrent clairement que PC1 et PC2 sont impliquées dans la protéolyse de BDyn et Dyn A avec un rôle plus significatif pour PC1. Le traitement en C-terminal de BDyn génère des fragments peptidiques spécifiques incluant dynorphine 1-19, dynorphine 1-13, dynorphine 1-11 et dynorphine 1-7 et Dyn A génère les fragments dynorphine 1-13, dynorphine 1-11 et dynorphine 1-7. Ils sont tous des fragments de peptides associés à PC1 ou PC2. En plus, la protéolyse de BDyn conduit à la formation de Dyn A et Leu-Enk, deux peptides opioïdes importants. La vitesse de formation des deux est réduite de manière significative dans les fractions cellulaires de la moelle épinière de souris mutantes. En conséquence, l'inhibition même partielle de PC1 ou PC2 peut altérer le système opioïde endogène. / Dynorphins are important neuropeptides with a central role in nociception and pain alleviation. Many mechanisms regulate endogenous dynorphin concentrations, including proteolysis. Proprotein convertases (PCs) are widely expressed in the central nervous system and specifically cleave at C-terminal of either a pair of basic amino acids, or a single basic residue. The proteolysis control of endogenous Big Dynorphin (BDyn) and Dynorphin A (Dyn A) levels has a profound impact on pain perception and the role of PCs remain unclear. The objective of this study was to decipher the role of PC1 and PC2 in the proteolysis control of BDyn and Dyn A levels using cellular fractions of spinal cords from wild type (WT), PC1-/+ and PC2-/+ animals and mass spectrometry. Our results clearly demonstrate that both PC1 and PC2 are involved in the proteolysis regulation of BDyn and Dyn A with a more important role for PC1. C-terminal processing of BDyn generates specific peptide fragments Dynorphin 1-19, Dynorphin 1-13, Dynorphin 1-11 and Dynorphin 1-7 and C-terminal processing of Dyn A generates Dynorphin 1-13, Dynorphin 1-11 and Dynorphin 1-7, all these peptide fragments are associated with PC1 or PC2 processing. Moreover, proteolysis of BDyn leads to the formation of Dyn A and Leu-Enk, two important opioid peptides. The rate of formation of both is significantly reduced in cellular fractions of spinal cord mutant mice. As a consequence, even partial inhibition of PC1 or PC2 may impair the endogenous opioid system.

Les travaux entrepris au cours de cette thèse ont eu pour but d'étudier la modulation de la transmission synaptique inhibitrice au niveau des réseaux moteurs spinaux, à la fois au cours du développement et après lésion de la moelle épinière. Le nouveau-né présente des activités motrices spontanées qui jouent un rôle important dans la maturation des muscles et des réseaux de neurones de la moelle épinière. Dans une première étude, nous avons identifié l'un des mécanismes impliqués dans la genèse de ces activités chez le rat nouveau-né in vitro. Nous avons démontré que l'activation des récepteurs GABAᴀ au niveau des terminales d'afférences primaires joue un rôle majeur dans le déclenchement et la propagation de ces activités spontanées. Dans une deuxième étude, nous avons testé la robustesse des dépolarisations de nature GABAergique enregistrées in vitro, c'est-à-dire leur dépendance vis-à-vis des paramètres du milieu de perfusion. Nous avons démontré que l'action dépolarisante des neurotransmetteurs GABA/glycine au niveau des motoneurones et celle du GABA au niveau des terminales d'afférences primaires ne sont pas dues à une fourniture énergétique insuffisante. La dernière étude a été consacrée à la modulation de la transmission synaptique inhibitrice après lésion de la moelle épinière. Nous avons montré que l'activation des récepteurs 5-HT2 (R5-HT2), particulièrement celle de l'isoforme 5-HT2ᴀ, renforce le poids synaptique inhibiteur via une hyperpolarisation du potentiel d'équilibre des ions chlorure (ECl) et une augmentation d'expression de KCC2 au niveau de la membrane des motoneurones. / The aim of this thesis was to explore the modulation of the inhibitory synaptic transmission within the spinal motor networks, both during development and after SCI. Spontaneous movements are an ubiquitous feature of fetal and infant behavior. They provide signals that are important for the development of muscles and the assembly of neuronal networks in the spinal cord. In a first study, we characterized one of the mechanisms underlying spontaneous motor behaviors in the in vitro spinal cord preparation isolated from neonatal rats. We demonstrated that the GABA is playing a key role in promoting spontaneous activity through primary afferent depolarizations which reach firing threshold. In the second part of my thesis, we tested the robustness of the in vitro GABAergic depolarizations and their dependence on the aCSF parameters. We demonstrated that during development the depolarizing actions of GABA/glycine on motoneurons and GABA on primary afferent terminals are not due to inadequate energy supply. In the last part of my thesis, we focused on the modulation of the inhibitory synaptic transmission following SCI. We demonstrated that activation of the 5-HT2 receptors, particularly the 5-HT2ᴀ subtype, strengthens inhibitory synaptic transmission to spinal motoneurons by hyperpolarizing the reversal potential of Cl- ions (ECl) and by increasing the cell-membrane expression of KCC2. This phenomenon reduces spasticity after SCI in rats. Upregulation of KCC2 function by targeting 5-HT2ᴀ receptors therefore opens new therapeutic strategies for the treatment of spasticity following SCI.

Dans le système nerveux central, le récepteur inhibiteur GABAB est un archétype des RCPGs hétérodimériques. Il est composé en effet de deux sous-unités, la sous-unité GABAB1 (B1a ou B1b) qui lie l’agoniste et la sous-unité GABAB2 couplée aux protéines G. L’activation de ce récepteur a un effet antinociceptif bien établi concernant les douleurs aiguës mais son effet reste cependant très limité en cas de douleurs neuropathiques. Notre hypothèse est que son activation et sa signalisation peuvent être altérées par des protéines partenaires, aboutissant à des processus de désinhibition dans la moelle épinière en conditions de neuropathie. Nos résultats mettent en évidence le rôle de deux protéines partenaires qui sont surexprimées en conditions douloureuses et qui diminuent l’activation du récepteur GABAB via deux mécanismes différents. D’un part, la protéine cytosolique 14-3-3? induit la dissociation de l’hétérodimère B1b/B2. Cette action a lieu principalement dans les compartiments post-synaptiques. D’autre part, la fibuline-2, protéine de la matrice extracellulaire diminue l’activation de l’hétérodimère B1a/B2. Il s’agit cette fois préférentiellement d’une action dans les compartiments pré-synaptiques. Des stratégies anti-sens (siRNA anti-14-3-3? ou anti-fibuline-2) ou des peptides de compétition sélectifs de l’interaction B1b/14-3-3? permettent de potentialiser les effets antinociceptifs d’un agoniste du récepteur sur un modèle animal de neuropathie. L’ensemble de ces résultats suggèrent que l’état d’oligomérisation des RCPGs peut être modulé in vivo par des protéines partenaires endogènes impliquées dans le développement ou le maintien d’états pathologiques de sensibilisation à la douleur. / In the central nervous system, the inhibitory GABAB receptor is an obligate heterodimeric GPCR that requires the association between GABAB1 (B1a or B1b) and GABAB2 subunits. The heterodimeric GABAB receptor activation has a well-known antinociceptive action in acute pain but its effect appears limited in pathological states. Our hypothesis is that the GABAB activation and signaling could be altered by partner proteins, thus resulting in desinhibition processes in the spinal cord. In the present study, we investigated the role of two partner proteins overexpressed in neuropathic states which decrease GABAB activation through two different mechanisms. On the one hand, the cytosolic 14-3-3? protein induces the dissociation of the heterodimer B1b/B2. This effect occurs in post-synaptic compartments. On the other hand, fibulin-2, an extracellular matrix protein, which decreases the activation of the heterodimer B1a/B2 localized preferentially in presynaptic compartments. Anti-sens strategies (anti-14-3-3? or anti-fibulin-2 siRNA) or competing peptides specific of 14-3-3?/B1b interaction, potentiate the antinociceptive effects of GABAB agonist in an animal model of neuropathic pain. Taken together, our data suggest that GPCR oligomeric state can be modulated in vivo by endogenous partners proteins that are involved in the development and the maintenance of pain sensitization.

Les glucocorticoïdes (GC) sont des hormones stéroïdes synthétisées par les glandes surrénales. La production de ces GC est une des réponses de l’organisme pour rétablir l’homéostasie grâce à différentes actions comprenant des effets centraux sur le comportement et la douleur. C’est ce dernier qui a fait l’objet de mes travaux dans le cadre de cette thèse.Les afférences sensorielles primaires véhiculent les informations de la périphérie dans les cornes dorsales de la moelle épinière. Ces informations qui peuvent être nociceptives sont modulées par un réseau de neurones spinal avant d’être transmises et intégrées. Nous avons montré que les GC sont impliqués dans la maturation et le fonctionnement de la transmission inhibitrice faisant intervenir le neurotransmetteur GABA. Dans les cornes dorsales, cette inhibition est cruciale pour limiter les mécanismes de transmission de l’information nociceptive. / Glucocorticoids (GC) are steroid hormones synthesized in adrenals following HPA axis activation. GC production is a response of the organism to alleviate homeostasis perturbations through different actions. One of them involves central neuronal modulation of behavior and pain perception.Primary afferents convey peripheral sensory information in the dorsal horns of the spinal cord. This information can be nociceptive and are modulated by a spinal neuronal network before being transmitted and integrated. We showed that GC are implied in the maturation and functioning of the inhibitory transmission involving GABA neurotransmitter. In the dorsal horns this inhibitory transmission is of major importance, limiting the processing of nociceptive information.

Les lésions de la moelle épinière ont un impact significatif sur la qualité de la vie car elles peuvent induire des déficits moteurs (paralysie) et sensoriels. Ces déficits évoluent dans le temps à mesure que le système nerveux central se réorganise, en impliquant des mécanismes physiologiques et neurochimiques encore mal connus. L'ampleur de ces déficits ainsi que le processus de réhabilitation dépendent fortement des voies anatomiques qui ont été altérées dans la moelle épinière. Il est donc crucial de pouvoir attester l'intégrité de la matière blanche après une lésion spinale et évaluer quantitativement l'état fonctionnel des neurones spinaux. Un grand intérêt de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est qu'elle permet d'imager de façon non invasive les propriétés fonctionnelles et anatomiques du système nerveux central. Le premier objectif de ce projet de thèse a été de développer l'IRM de diffusion afin d'évaluer l'intégrité des axones de la matière blanche après une lésion médullaire. Le deuxième objectif a été d'évaluer dans quelle mesure l'IRM fonctionnelle permet de mesurer l'activité des neurones de la moelle épinière. Bien que largement appliquées au cerveau, l'IRM de diffusion et l'IRM fonctionnelle de la moelle épinière sont plus problématiques. Les difficultés associées à l'IRM de la moelle épinière relèvent de sa fine géométrie (environ 1 cm de diamètre chez l'humain), de la présence de mouvements d'origine physiologique (cardiaques et respiratoires) et de la présence d'artefacts de susceptibilité magnétique induits par les inhomogénéités de champ, notamment au niveau des disques intervertébraux et des poumons. L'objectif principal de cette thèse a donc été de développer des méthodes permettant de contourner ces difficultés. Ce développement a notamment reposé sur l'optimisation des paramètres d'acquisition d'images anatomiques, d'images pondérées en diffusion et de données fonctionnelles chez le chat et chez l'humain sur un IRM à 3 Tesla. En outre, diverses stratégies ont été étudiées afin de corriger les distorsions d'images induites par les artefacts de susceptibilité magnétique, et une étude a été menée sur la sensibilité et la spécificité de l'IRM fonctionnelle de la moelle épinière. Les résultats de ces études démontrent la faisabilité d'acquérir des images pondérées en diffusion de haute qualité, et d'évaluer l'intégrité de voies spinales spécifiques après lésion complète et partielle. De plus, l'activité des neurones spinaux a pu être détectée par IRM fonctionnelle chez des chats anesthésiés. Bien qu'encourageants, ces résultats mettent en lumière la nécessité de développer davantage ces nouvelles techniques. L'existence d'un outil de neuroimagerie fiable et robuste, capable de confirmer les paramètres cliniques, permettrait d'améliorer le diagnostic et le pronostic chez les patients atteints de lésions médullaires. Un des enjeux majeurs serait de suivre et de valider l'effet de diverses stratégies thérapeutiques. De telles outils représentent un espoir immense pour nombre de personnes souffrant de traumatismes et de maladies neurodégénératives telles que les lésions de la moelle épinière, les tumeurs spinales, la sclérose en plaques et la sclérose latérale amyotrophique. / Spinal cord injury has a significant impact on quality of life since it can lead to motor (paralysis) and sensory deficits. These deficits evolve in time as reorganisation of the central nervous system occurs, involving physiological and neurochemical mechanisms that are still not fully understood. Given that both the severity of the deficit and the successful rehabilitation process depend on the anatomical pathways that have been altered in the spinal cord, it may be of great interest to assess white matter integrity after a spinal lesion and to evaluate quantitatively the functional state of spinal neurons. The great potential of magnetic resonance imaging (MRI) lies in its ability to investigate both anatomical and functional properties of the central nervous system non invasively. To address the problem of spinal cord injury, this project aimed to evaluate the benefits of diffusion-weighted MRI to assess the integrity of white matter axons that remain after spinal cord injury. The second objective was to evaluate to what extent functional MRI can measure the activity of neurons in the spinal cord. Although widely applied to the brain, diffusion-weighted MRI and functional MRI of the spinal cord are not straightforward. Various issues arise from the small cross-section width of the cord, the presence of cardiac and respiratory motions, and from magnetic field inhomogeneities in the spinal region. The main purpose of the present thesis was therefore to develop methodologies to circumvent these issues. This development notably focused on the optimization of acquisition parameters to image anatomical, diffusion-weighted and functional data in cats and humans at 3T using standard coils and pulse sequences. Moreover, various strategies to correct for susceptibility-induced distortions were investigated and the sensitivity and specificity in spinal cord functional MRI was studied. As a result, acquisition of high spatial and angular diffusion-weighted images and evaluation of the integrity of specific spinal pathways following spinal cord injury was achieved. Moreover, functional activations in the spinal cord of anaesthetized cats was detected. Although encouraging, these results highlight the need for further technical and methodological development in the near-future. Being able to develop a reliable neuroimaging tool for confirming clinical parameters would improve diagnostic and prognosis. It would also enable to monitor the effect of various therapeutic strategies. This would certainly bring hope to a large number of people suffering from trauma and neurodegenerative diseases such as spinal cord injury, tumours, multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis.

La douleur est une expérience subjective multidimensionnelle accompagnée de réponses physiologiques. Ces dernières sont régulées par des processus cérébraux qui jouent un rôle important dans la modulation spinale et cérébrale de la douleur. Cependant, les mécanismes de cette régulation sont encore mal définis et il est essentiel de bien les comprendre pour mieux traiter la douleur. Les quatre études de cette thèse avaient donc comme objectif de préciser les mécanismes endogènes de modulation de la douleur par la contreirritation (inhibition de la douleur par une autre douleur) et d’investiguer la dysfonction de ces mécanismes chez des femmes souffrant du syndrome de l’intestin irritable (Sii). Dans un premier temps, un modèle expérimental a été développé pour mesurer l’activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle concurremment à l’enregistrement du réflexe nociceptif de flexion (RIII : index de nociception spinale) et des réponses de conductance électrodermale (SCR : index d’activation sympathique) évoqués par des stimulations électriques douloureuses. La première étude indique que les différences individuelles d’activité cérébrale évoquée par les stimulations électriques dans les cortex orbitofrontal (OFC) et cingulaire sont associées aux différences individuelles de sensibilité à la douleur, de réactivité motrice (RIII) et de réactivité autonomique (SCR) chez des sujets sains. La deuxième étude montre que l’analgésie par contreirritation produite chez des sujets sains est accompagnée de l’inhibition de l’amygdale par OFC et d’une modulation du réflexe RIII par la substance grise périaqueducale (PAG) et le cortex somesthésique primaire (SI). Dans les troisième et quatrième études, il est montré que la contreirritation ne produit pas d’inhibition significative de la douleur et du réflexe RIII chez les patientes Sii en comparaison aux contrôles. De plus, les résultats indiquent que la sévérité des symptômes psychologiques est associée au déficit de modulation de la douleur et à une hypersensibilité diffuse chez les patientes Sii. Dans l’ensemble, cette thèse précise le rôle de certaines structures cérébrales dans les multiples composantes de la douleur et dans l’analgésie par contreirritation et montre que les patientes Sii présentent une dysfonction des mécanismes spinaux et cérébraux impliqués dans la perception et la modulation de la douleur. / Pain is a subjective experience comprising multiple dimensions and is accompanied by physiological responses. These responses are regulated by neural processes that play a crucial role in cerebral and spinal modulation of pain. However, the mechanisms of this regulation are still not clear and a better understanding of these processes is essential in order to treat pain effectively. The four studies of this thesis were intended to define the central mechanisms of endogenous pain modulation by counterirritation (application of two competing noxious stimuli) and to investigate the dysfunction of these mechanisms in female patients with irritable bowel syndrome (IBS). First, an experimental model was developed in which functional magnetic resonance imaging was used to measure brain activity concurrently to the recording of the nociceptive flexion reflex (RIII: an index of spinal nociceptive processes) and skin conductance responses (SCR: an index of sympathetic activation). The first study indicates that individual differences in shock-evoked brain activity in the orbitofrontal (OFC) and cingulate cortices are associated with individual differences in pain sensitivity, motor reactivity (RIII), and autonomic reactivity (SCR) in healthy volunteers. In the second study, it is shown that counterirritation analgesia produced in healthy volunteers is accompanied by the inhibition of the amygdala by the OFC, and the inhibition of the RIII reflex by the periacqueductal gray matter (PAG) and the primary somatosensory cortex (SI). In the third and fourth studies, pain and RIII reflex were not significantly modulated by counterirritation in patients with IBS in comparison to healthy controls. Furthermore, the severity of psychological symptoms was associated with pain modulation deficits and diffuse hypersensitivity in IBS patients. Together, the results of these studies clarify the functions of pain-related activity in specific brain structures and the mechanisms underlying counterirritation analgesia. Moreover, it is concluded that patients with IBS show a dysfunction of cerebral and spinal processes involved in both the perception and modulation of pain.

Le récepteur B1 des kinines (RB1) joue un rôle important dans l'inflammation et la nociception. Les sites de liaison du RB1 sont augmentés dans la moelle épinière et le ganglion de la racine dorsale (GRD) chez le rat après la ligature partielle du nerf sciatique (LPNS). Dans ce modèle classique de douleur neuropathique, le traitement aigu avec des antagonistes sélectifs du RB1 renverse l'hyperalgésie thermique mais non pas l’allodynie. Cette étude vise à définir dans ce modèle de LPNS: 1- les effets de traitements aigu et chronique avec des antagonistes du RB1 sur l’hyperalgésie thermique et les allodynies tactile et au froid; 2- la contribution du TRPV1 et du stress oxydatif dans la composante de la douleur neuropathique associée au RB1; 3- l’expression du RB1 au niveau de la moelle épinière lombaire, le GRD et le nerf sciatique par RT-PCR quantitatif (Reverse transcriptase-polymerase chain reaction); 4- la localisation cellulaire du RB1 dans la moelle épinière lombaire par microscopie confocale. L’hyperalgésie thermique et les allodynies tactile et au froid ont été mesurées par le réflexe de retrait de la patte arrière après l’application à la surface plantaire d’une source radiante de chaleur (méthode Hargreaves), de filaments de Von Frey et d’une goutte d’acétone qui produit une sensation de froid par évaporation. Nous avons montré, dans un premier temps, que l'hyperalgésie thermique et les allodynies tactile et au froid sont renversées par un traitement chronique avec l’antagoniste du RB1, SSR240612, administré par gavage à raison de 10 mg /kg/jr entre le 15 e et le 20 e jour après la ligature du nerf sciatique et par un traitement antioxydant, la N-acétyl-L-cystéine, administrée par gavage à la dose de 1g/kg/jr, 4jours précédant la ligature et pendant les 2 semaines après la ligature. Un traitement aigu avec le ii SSR240612 (10 mg/kg) ou avec un antagoniste du RB1 qui ne traverse pas la barrière hémato-encéphalique, le R-954 (2mg/kg, s.c.), n’a bloqué que l’hyperalgésie thermique. Dans un second temps, l’antagoniste du TRPV1, le SB366791, administré à raison de 1 mg/kg/jr par voie sous-cutanée du j-1 au j-14 a renversé l’allodynie tactile et l’hyperalgésie thermique. De plus, nous avons noté deux semaines après la LPNS, des augmentations significatives des niveaux d'ARNm du RB1 dans la moelle épinière lombaire, le nerf sciatique et le GRD du côté ipsilatéral à la ligature. Ces augmentations ont été renversées par le traitement avec la N-acétyl-L-cystéine et l’antagoniste du TRPV1. Le RB1 a été localisé au niveau des fibres de type C avec le marquage au CGRP (Calcitonin Gene-Related Peptide) et au niveau de la microglie utilisant le marquage au Iba-1 dans la moelle épinière lombaire des rats ayant subi une LPNS, 2 semaines plus tôt. Au terme de cette étude, nous avons suggéré que la surexpression du RB1 sur les fibres de type C contribuerait à l’hyperalgésie thermique alors que le RB1 sur la microglie dans la moelle épinière contribuerait aux allodynies tactile et au froid dans le modèle LPNS chez le rat. Le stress oxydatif pourrait être impliqué dans l’induction du RB1. Bien que le rôle du TRPV1 semble plutôt limité à la douleur thermique, il pourrait cependant agir via le RB1 sur les fibres de type C. / The kinin B1 receptor (B1R) plays an important role in inflammation and nociception. B1R binding sites are increased in the spinal cord and dorsal root ganglion (DRG) in rats after partial sciatic nerve ligation (PSNL). In this classic model of neuropathic pain, acute treatment with selective B1R antagonists reversed thermal hyperalgesia but not allodynia. This study aims at determining in this model of PSNL: 1- the acute and chronic effects of B1R antagonists on thermal hyperalgesia and tactile and cold allodynia; 2- the contribution of TRPV1 and the oxidative stress in the component of neuropathic pain associated to B1R; 3 - the expression of B1R in the lumbar spinal cord, the DRG and the sciatic nerve by quantitative RT-PCR (Reverse transcriptase-polymerase chain reaction); 4 - the cellular localization of B1R in the lumbar spinal cord by confocal microscopy. Thermal hyperalgesia and tactile and cold allodynia were measured by the reflex withdrawal of the hindpaw after application to the plantar surface of a radiant heat source (Hargreaves method), Von Frey filaments and a drop of acetone that produces a sensation of cold by evaporation. We have shown, firstly, that the thermal hyperalgesia and tactile and cold allodynia are reversed by chronic treatment with the B1R antagonist, SSR240612, administered by gavage at a dose of 10 mg/ kg / day from day 15 to day 20 after sciatic nerve ligation and with antioxidant treatment, N-acetyl-L-cysteine, administered by gavage at a dose of 1g /kg/ day, four days before ligation and for two weeks after ligation. Acute treatment with SSR240612 (10 mg/kg) or with the B1R antagonist R-954 (2 mg/kg, s.c.) which does not pass the blood-brain barrier blocked thermal hyperalgesia only.

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Un traumatisme de la moelle épinière (TME) est une condition dévastatrice entraînant la perte permanente de fonctions neuronales. L’objectif de cette thèse est de formuler de microsupports pharmacologiquement actif (MPAs) avec une surface de fibronectine (FN), libérant le« brain-derived neurotrophic factor » (BDNF) de façon controlée. Nous voulons combiner ce système avec des cellules souches mésenchymateuses (CSMs) pour la réparation de TME. Le BDNF nanoprécipité a été encapsulé dans les FN-MPAs et le profil de libération in vitro a été évaluée. Elle a montré une libération biphasique et prolongée de BDNF bioactifs. Nous avons combinés des cellules souches humaines mésenchymateuse issues de la moelle osseuse adulte (cellules MIAMI) et FN-MPAs avec un hydrogel non-toxique silanisés-hydroxypropylméthylcellulose (Si-HPMC). Nous avons démontré que les FN-MPAs et le Si-HPMC augmentait l'expression de marqueurs neuraux/neuronaux de cellules MIAMI après 1 semaine. En outre, l'environnement 3D (hydrogel ou FN-MPAs) a augmenté le sécrétome thérapeutique de cellules MIAMI. Pour avoir un système facile à appliquer en clinique, nous avons choisi d’utiliser les cellules souches de la papille apicale (SCAP) et FN-MPAs libérant ou non du BDNF pour la thérapie du TME. Plus de 90 % du SCAP complexée avec FN-MPAs (libérant ou pas BDNF) demeurent viables pendant 7 jours et il y a augmentation de l'expression des gènes neuronaux/oligodendrogliaux in vitro. La récupération de la fonction locomotrice a été significativement améliorée après la transplantation du SCAP complexée avec FN-MPAs-BDNF avec une coordination cohérente du membre postérieur après 28 jours de traitement. / Traumatic spinal cord injury (SCI) is a devastating condition resulting in permanent loss of neural functions. The objective of this thesis is to develop pharmacologically active microcarriers (PAMs) with a fibronectin (FN) surface that deliver biologically active brain derived neurotrophic factor (BDNF) in a controlled manner. We want to combine this system with adult mesenchymal stem cells (MSCs) for SCI repair. The nanoprecipitated BDNF was encapsulated in FN-PAMs and the in vitro release profile was evaluated. It showed a prolonged, bi-phasic, release of bioactive BDNF, without burst effect. We combined human marrow-isolated adult multilineage-inducible (MIAMI) stem cells and FN-PAMs with an injectable non-toxic silanized-hydroxypropylmethylcellulose (Si-HPMC) hydrogel. We demonstrated that FN-PAMs and the Si-HPMC hydrogel increased the expression of neural/neuronal differentiation markers of MIAMI cells after 1 week. Moreover, the 3D environment (FN-PAMs or hydrogel) enhanced the therapeutic MIAMI cell secretome. To have a clinically translatable system, we chose to use stem cells of the apical papilla (SCAP) and FNPAMs releasing or not BDNF for SCI therapy. More than 90% of SCAP complexed with FN-PAMs (releasing or not BDNF) remained viable for 7 days and an increased neuronal-oligodendroglial gene expression in vitro. The recovery of locomotor function was significantly improved after transplantation of SCAP complexed with FN-PAMs-BDNF with frequent to consistent forelimb-hindlimb coordination after 28 days of treatment.