Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette thèse intègre la conception d'un matelas passif sur mesure permettant de limiter la formation des escarres de décubitus et se divise en deux phases. La première propose un nouvel outil de caractérisation de matelas passifs fournissant des informations sur la pression au contact et sur les propriétés mécaniques (support, viscoélasticité). Cet outil permet d'effectuer des comparaisons objectives par l'utilisation d'un protocole de mesure standard. La seconde phase correspond à la conception d'un matelas passif sur mesure. Une technologie originale à base de mousse de polyuréthane est utilisée pour la confection de la couche de support. Elle est dimensionnée à partir d'un algorithme, dénommé système expert. Ce dernier utilise comme données d'entrées l'interaction entre la couche de support et des corps rigides, qui est modélisée par la méthode des éléments finis, et la morphologie d'un être humain, qui est approximée par une nouvelle méthode faisant appel à un simple appareil photographique. Le système expert est validé expérimentalement et des tests cliniques démontrent le caractère préventif du matelas proposé.

La plaie tumorale est une infiltration par des cellules tumorales du tissu cutané, des vaisseaux sanguins et/ou lymphatiques. Ces plaies peuvent se présenter sous des aspects très différents accompagnés de symptômes variés. Outre les risques d'infection locale, les odeurs nauséabondes posent des problèmes récurrents d'isolement social, de difficultés conjugales et entrainent une sensation de dégout, de pourriture, voire de mort imminente. Elles influencent même le comportement médical. La colonisation bactérienne, les odeurs et les risques infectieux semblent intimement liés chez ces patients porteurs de plaie, dont l'immunité est le plus souvent affaiblie par l'administration de traitements anticancéreux. Ce projet a consisté à : 1) créer un fichier dynamique de données et prélever les patients porteurs de plaies tumorales, dans le cadre d'un travail de recherche clinique, 2) par une approche expérimentale personnelle et collaborative: caractériser la flore microbienne, la présence éventuelle de biofilm et les composés volatils des plaies, 3) analyser l'ensemble des données en mettant en évidence, si elles existent, les corrélations entre résultats des prélèvements et observations cliniques, 4) proposer de premières hypothèses, des pistes de solution, une adaptation des pratiques de soins.Une flore mixte composée de 54 bactéries différentes a été retrouvée sur les plaies et la présence de biofilm mise en évidence dans 35% des cas. 91 composés volatils ont été identifiés. Aucune infection n'a été relevée durant la période d'évaluation. Les conséquences de l'interactivité entre les bactéries, le biofilm et les composés volatils nous amènent à penser qu'il serait nécessaire de: 1) développer de nouvelles stratégies et topiques, 2) poursuivre les travaux sur le biofilm, 3) construire des projets en liens avec des psycho-oncologues et neuropsychiatres, 4) progresser vers la conception d'outils diagnostics et l'identification de biomarqueurs. / The malignant wound is an infiltration by tumoral cells of the cutaneous tissue, the blood and/or lymphatic vessels. These wounds can appear in different forms and and be accompagnied by various symptoms. Independently of the septic risk, the presence of nauseating odors induces social, family and conjugal difficulties, expressed mostly by disgust, a sensation of dirt or decay. It influences the medical behavior.Bacterial colonisation, odors and septic risks seem to be connected and mainly occur in patients who have a chronic wound and are immunodepressed by the anticancer therapies. This projetc [was] consisted in: 1) create a case report form and sample the malignant wound (clinical research), 2) characterize the microbial flora, the biofilm, and the volatile compounds with an experimental and collaborative approach, 3) analyse the results and the potential correlation between [the] laboratory's results and the clinical aspect of the wound, 4), propose potential solutions, hypothetis, and improvements of the clinical practice.A mixed flora, composed of 54 different bacterial types was identified; a biofilm was caracterized in 35% of cases. 91 volatile compounds were identified. No infection occurred during the evaluation period. The consequences of the interactivity of the bacteria, the biofilm and the volatils compounds suggest to: 1) develop new strategies and topics, 2) continue the research on the biofilm, 3) propose a research program with psycho-oncologists and neuropsychiatrics, 4) progress toward diagnostic tests conception and biomarkers identification.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les cellules épithéliales forment des tissus cohésifs, sous forme de monocouches que l'on retrouve dans les poumons, les reins ou la peau. Travaillant à partir d'expériences in vitro, nous avons caractérisé le comportement mécanique de monocouches cellulaires. Nous avons étudié la fermeture de blessures circulaires sur un substrat non adhésif. En comparant différents modèles, nous avons montré comment la fermeture est possible grâce à un cable contractile d'acto-myosine et aux fluctuations de la tension du tissu. La Microscopie des Forces de Traction (TFM) permet de mesurer les forces que les cellules exercent sur leur substrat. A partir de cette mesure et en utilisant l'équilibre des forces, nous avons développé une méthode qui résout ce problème sous-déterminé par inversion bayésienne et permet d'obtenir le champ des contraintes internes au tissu. En appliquant cette méthode sur des images (BISM: Microscopie des contraintes par inversion bayésienne) et en l'adaptant à l'aide d'un filtre de Kalman sur des films (KISM: Microscopie des contraintes par inversion de Kalman), nous avons inféré le tenseur des contraintes de monocouches cellulaires sans faire aucune hypothèse sur la rhéologie du tissu. Enfin, nous avons estimé les contraintes directement depuis les déplacements du substrat, sans passer par les forces de tractions et donc en réduisant le nombre d'inversions de matrice (BISMu: Microscopie des contraintes par inversion bayésienne à partir des déplacements du substrat). / Epithelial cells are known to form cohesive monolayers, a form of tissue organization encountered in the lung, the kidney or the skin. From in vitro experiments, we have characterized the mechanical properties of cell monolayers. We have studied the closure of circular wounds over a nonadhesive substrate. Comparing different models, we have shown how closure is possible thanks to a contractile acto-myosin cable and to fluctuations of the tissue tension. Traction Force Microscopy (TFM) allows to measure the forces that cells exert on their substrate. Starting from this measurement and using the force balance equations, we have solved this underdetermined problem by Bayesian inversion and obtained the internal stress field of the tissue. Applying this method on single images (BISM: Bayesian Inversion Stress Microscopy), and adapting it with a Kalman filter for movies (KISM: Kalman Inversion Stress Microscopy) we have inferred the stress tensor of cell monolayers, without making any hypothesis on the tissue rheology. Finally, we have estimated the stresses directly from the substrate displacements, without computing the traction forces and thus reducing the number of matrix inversions (BISMu: Bayesian Inversion Stress Microscopy from substrate displacements).

Pas de résumé / Pas de résumé

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat. / Cancer treatment using ionizing radiation (IR) may lead to significant side effects, like delayed tissue repair and regeneration. The mechanisms mediating these defects remain largely unknown at present, thus limiting the development of therapeutic approaches. Using a wound healing model, we investigate the mechanisms by which IR exposure limits skin regeneration. Our results show that induction of the stromal-derived growth factor 1α (SDF-1α), a cytokine normally overexpressed in hypoxic tissues, is severely impaired in the wounded skin of irradiated, compared to non-irradiated, mice. This defect is correlated with delayed healing, and is evident for several months following exposure to IR, suggesting permanent impairment of skin repair. Because SDF-1α is secreted mainly by dermal fibroblasts, we evaluated the potential of multipotent stromal cells (MSCs), which secrete high levels of SDF-1α, to improve skin regeneration in irradiated mice. Injection of MSCs into the wound margin led to remarkable enhancement of skin healing in mice exposed to IR. The MSC actions were mainly paracrine, as the cells did not migrate away from the injection site or differentiate into keratinocytes. Specific knockdown of SDF-1α expression led to drastically reduced efficiency of MSCs in improving wound closure, indicating that SDF-1α secretion by MSCs is largely responsible for their beneficial action. We also found that one mechanism by which SDF-1α enhances wound closure likely involves increased skin vascularization. Findings presented in this thesis collectively indicate that SDF-1α is an important deregulated cytokine in irradiated wounded skin, and that the decline in tissue regeneration potential following IR can be reversed, given adequate microenvironmental support.

Depuis une dizaine d'année, le rôle des biofilms dans la résistance aux antibiotiques et à la réponse immunitaire a été mis en évidence dans les infections chroniques. Les plaies chroniques possèdent ces mêmes particularités de résistance aux divers traitements. La formation de biofilm dans les plaies induit une protection des bactéries qui participe potentiellement à la chronicité et est responsable de l'inefficacité des soins. Le but de ma thèse est de concevoir un biogel actif contre les biofilms pouvant être présents dans les plaies chroniques.Nous avons développé un gel de gélatine innovant contenant divers agents anti-biofilms et permettant l'éradication des bactéries pathogènes. Ces gels sont des solides mous composés d'une phase liquide emprisonnée dans un réseau de biopolymères. Biocompatibles et biorésorbables, ils présentent des avantages pour une utilisation en tant que biomatériaux pour la santé. Il est possible d'y inclure des molécules qui vont ensuite diffuser vers le milieu extérieur. Pour mieux appréhender cette cinétique de diffusion, nous avons étudié le relargage de molécules modèles de différents poids moléculaires et de différentes charges.La stratégie anti-biofilm adoptée consiste à prévenir la colonisation bactérienne, déstabiliser le biofilm et éradiquer les bactéries pathogènes de la plaie (Diminution de la biomasse d'au moins 5 logarithmes). Pour développer ce système, 3 types de molécules ont été combinées : un antiseptique commercial, utilisé dans le cadre des soins des plaies chroniques, un chélateur d'ions actifs contre les MMPs surexprimées dans les plaies et une protéase capable de dégrader la matrice du biofilm. Cette étude a été réalisée sur des biofilms mono-espèce de P. aeruginosa et S. aureus, bactéries pathogènes fréquemment retrouvées dans les plaies chroniques. La combinaison des principes actifs a été testée en solution, en contact direct avec le biofilm. Puis, les agents ont été encapsulés dans un biogel. Nous avons étudié à la fois les propriétés viscoélastiques de ces gels mais aussi leur efficacité contre un biofilm, comparé au traitement non encapsulé. Lors de ce travail, nous avons élaboré un gel manipulable capable d'éradiquer un biofilm mono espèce ou multi espèces, constitué de souches de laboratoire ou de souches cliniques issues de plaie chronique. / Over the past 10 years, researchers have highlighted the role of biofilms on resistance to immune response and antibiotics treatments of chronic infections.Chronic wounds share these characteristics as they are resistant to care treatments. The possible biofilm formation in wound can protect bacteria participating to the chronicity and the resistance to wound care treatment. The aim of this thesis is to conceive a biogel against biofilms in chronic wounds.We have developed an innovative gelatin gel containing various anti-biofilm agents able to eradicate pathogenic bacteria biofilm. This gel is soft matter composed of a liquid phase entrapped in a biopolymer network. It is biocompatible and bioresorbable; these properties are necessary for a biomaterial. The gel has the capacity to deliver molecules with controlled release. We have studied the release of model molecules with different charges and weights.The anti-biofilm strategy consisted in preventing bacterial colonization, disrupting the biofilm and eradicating pathogen bacteria in wound (a decrease biomass of at least 5 log reductions). The system developed consisted in the combination of three different types of molecules: a commercial antiseptic usually applied in chronic wound care, an ion chelator active against MMPs which are over-expressed in chronic wounds and a protease which can disrupt the matrix of the biofilm.The study has been carried out on mono-species biofilms synthesized in vitro, with P. aeruginosa and S. aureus, two pathogenic bacteria frequently encountered in chronic wounds. The combination of the active agents was tested in solution or in directly contact with the biofilm. Then molecules were entrapped in the biogel. The viscoelastic properties of the gel were studied and the efficacy of the entrapped treatment compared to that of the solution. A handeable and efficient biomaterial has been elaborated during this study. It is able to eradicate mono – and multi- species biofilms from both laboratory and clinical bacterial strains.

La plaie tumorale est une infiltration par des cellules tumorales du tissu cutané, des vaisseaux sanguins et/ou lymphatiques. Ces plaies peuvent se présenter sous des aspects très différents accompagnés de symptômes variés. Outre les risques d'infection locale, les odeurs nauséabondes posent des problèmes récurrents d'isolement social, de difficultés conjugales et entrainent une sensation de dégout, de pourriture, voire de mort imminente. Elles influencent même le comportement médical. La colonisation bactérienne, les odeurs et les risques infectieux semblent intimement liés chez ces patients porteurs de plaie, dont l'immunité est le plus souvent affaiblie par l'administration de traitements anticancéreux. Ce projet a consisté à : 1) créer un fichier dynamique de données et prélever les patients porteurs de plaies tumorales, dans le cadre d'un travail de recherche clinique, 2) par une approche expérimentale personnelle et collaborative: caractériser la flore microbienne, la présence éventuelle de biofilm et les composés volatils des plaies, 3) analyser l'ensemble des données en mettant en évidence, si elles existent, les corrélations entre résultats des prélèvements et observations cliniques, 4) proposer de premières hypothèses, des pistes de solution, une adaptation des pratiques de soins.Une flore mixte composée de 54 bactéries différentes a été retrouvée sur les plaies et la présence de biofilm mise en évidence dans 35% des cas. 91 composés volatils ont été identifiés. Aucune infection n'a été relevée durant la période d'évaluation. Les conséquences de l'interactivité entre les bactéries, le biofilm et les composés volatils nous amènent à penser qu'il serait nécessaire de: 1) développer de nouvelles stratégies et topiques, 2) poursuivre les travaux sur le biofilm, 3) construire des projets en liens avec des psycho-oncologues et neuropsychiatres, 4) progresser vers la conception d'outils diagnostics et l'identification de biomarqueurs.