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.

Le vieillissement est un processus complexe souvent ponctué par l’apparition de maladies liées à l’âge telles que l’arthrose, la fibrose pulmonaire ou l’ostéoporose et associé à une diminution des capacités de régénération et des stocks de cellules souches adultes. En 2007, le Dr Yamanaka et ses collaborateurs montraient pour la première fois que des fibroblastes humains pouvaient être convertis en cellules souches pluripotentes en induisant l’expression de 4 facteurs de transcription : OCT4, SOX2, KLF4 et c-MYC. Au laboratoire, il a été montré en 2011 qu’il est possible de reprogrammer les cellules sénescentes s’accumulant au cours du vieillissement et de les redifférencier en cellules somatiques rajeunies.In vivo, une reprogrammation totale conduirait à la formation de tératomes, mais en induisant le processus de reprogrammation et en le stoppant avant d’obtenir des cellules souches pluripotentes nous pensons qu’il est possible de restaurer la physiologie cellulaire altérée et ainsi de retarder le vieillissement tissulaire et ses effets néfastes. Le Dr Izpisua Belmonte a validé cette hypothèse en décembre 2016 en montrant, dans un modèle murin transgénique récapitulant le phénotype de vieillissement accéléré du syndrôme d’Hutchinson Gilford et permettant dans le même temps l’induction contrôlée de l’expression de facteurs (OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC), qu’il était possible d’allonger l’espérance de vie des animaux et de retarder l’apparition du phénotype pathologique lié à l’âge. Nous avons mis en place un modèle murin similaire et avons montré qu’une reprogrammation transitoire peut non seulement allonger l’espérance de vie des animaux mais également retarder la perte de poids qui advient au cours du vieillissement et l’apparition du phénotype pathologique lié à l’âge. De plus, nous avons réussi à maintenir une capacité de régénération accrue jusqu’à la fin de la vie des souris. D’autre part, en modélisant des pathologies liées à l’âge telles que l’arthrose ou la fibrose pulmonaire chez des animaux inductibles pour les facteurs de transcription de Yamanaka, nous avons montré qu’une reprogrammation transitoire pouvait prévenir les dommages provoqués. Cette étude aura donc permis de confirmer l’importance que la reprogrammation cellulaire peut avoir dans les stratégies de lutte contre le vieillissement. / Aging is a complex process which is often punctuated by the appearing of age-related diseases such as arthritis, idiopathic pulmonary fibrosis or osteoporosis, and which is associated with a decrease of regeneration abilities and of adult stem cells number. In 2007, Dr. Yamanaka and his collaborators showed for the first time that human fibroblasts could be converted into pluripotent stem cells by inducing the expression of 4 transcription factors: OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC. In the laboratory, it was showed in 2011 that it is possible to reprogram senescent cells which are accumulating in aging organisms and to differentiate them into rejuvenated somatic cells.In vivo, a total reprogramming would lead to teratomas formation but if the reprogramming process is induced and stopped before getting pluripotent stem cells, we think that it is possible to restore altered cell physiology and to delay tissues aging and its deleterious consequences. Dr. Izpisua Belmonte validated this hypothesis in December 2016. He designed a murine transgenic model which recapitulates the premature aging phenotype of Hutchinson Gilford syndrome and which can be induced to express OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC, and he proved that it is possible to increase mice lifespan and to delay the appearing of pathological aging phenotype. We built a similar murine model and showed that a transient reprogramming can not only increase lifespan, but also delay age-related weight loss and pathological aging phenotype. Moreover, we were able to maintain a higher regenerative capacity until mice death. We also modeled age-related pathologies such as arthritis or idiopathic pulmonary fibrosis in mice which were inducible for the Yamanaka’s transcription factors and we showed that transient reprogramming could prevent damages. This study will have allowed to confirm the importance that cellular reprogramming can have in the fight against aging.

L’hexafluorure d’uranium, de formule chimique UF 6 , est un composé clé du cycle du combustible car il est utilisé pour l’étape d’enrichissement isotopique. Toutefois, des impuretés présentes et mélangées à l’UF 6 sont à éliminer afin de garantir un uranium de pureté nucléaire. Dans ce manuscrit, les réactions chimiques entre les polluants et les filtres chimiques retenus pour la purification sont étudiées. Par ailleurs, l’étude de la réactivité en milieu liquide est réalisée afin de se rapprocher des conditions industrielles. Une voie de recyclage des filtres chimiques est également investiguée afin de réutiliser les adsorbants sur plusieurs cycles de purification. L’ensemble des performances (taux de sorption des polluants, décontamination lors du recyclage) sont évaluées avant la mise au point du pilote à l’échelle industrielle. / Uranium hexafluoride, which chemical formula is UF 6 , is a key compound of nuclear fuel cycle due to its use during isotopic enrichment process. Nethertheless, pollutants melted with UF 6 have to be removed in order to ensure a nuclear purity fuel. In this manuscript, the reactions occurring between pollutants and chemical filters selected for this application are studied. Then, the reactivity in liquid UF 6 is also examined with the aim of being close to the industrial process. The regeneration of adsorbents is investigated so that chemical filter can be used for several purification cycles. The performances (sorption rate of pollutants, purifying during recycling step) are evaluated before simulations at industrial scale.

La perte de l’organe dentaire entraine une perte de substance de l’os alvéolaire. Les techniques mises en place pour reconstruire l’os alvéolaire préalablement à la pose d’implant utilisent des membranes (seules ou associées à une greffe osseuse), faisant d’une part office de barrière vis-à-vis des tissus mous environnants, et permettant d’autre part le maintien d’un espace nécessaire à l’ostéogénèse. Ce travail de thèse pluridisciplinaire vise à développer des matrices innovantes destinées à la régénération osseuse. Inspirés par la nature hybride du tissu osseux, des revêtements à base de phosphates de calcium et de polymères organiques (chitosane et acide hyaluronique) ont été élaborés par pulvérisation simultanée de solutions d’espèces réactives. La construction de ces revêtements a permis la précipitation d’un composé à base d’apatite carbonatée et de brushite sur des lamelles de verre (preuve de concept), tandis qu’un composé hybride complexe (brushite, phosphate octocalcique et apatite nanocristalline) a été construit sur des membranes de collagène d’origine porcine, utilisées en régénération osseuse. Sur le verre, les revêtements semblent posséder les propriétés intrinsèques (rugosité, élasticité) en faveur d’une différenciation ostéoblastique, ce qui a été confirmé par une différenciation ostéoblastique précoce des cellules souches. Sur la membrane, le revêtement n’induit pas de différenciation mais stimule les propriétés ostéo-immunomodulatrices des cellules souches, nécessaires à la régénération osseuse. De plus, le revêtement a démontré dans les deux cas une activité antibactérienne, le rendant très attractif pour des applications en régénération osseuse. Enfin, le développement d’un dispositif médical de classe II à partir de la gelée de Wharton a été envisagé. Cette source allogénique semble prometteuse en médecine régénératrice osseuse. / Bone loss following tooth extraction requires pre-implantory surgery techniques to regenerate bone. These techniques use an occlusive membrane positioned over a bone graft material or not, providing space maintenance and enabling to seclude soft tissue infiltration to promote bone regeneration. This pluridisciplinary thesis work aims at developing innovative biomaterials for bone regeneration applications. Inspired by bone hybrid composition, coatings made of calcium phosphates and organic polymers (chitosan and hyaluronic acid) were developed using simultaneous spray coating of interacting species process. Coating build-up led to precipitation of a compound made of carbonated apatite and brushite on glass coverslip (proof of concept), whereas a complex hybrid compound (brushite, octacalcium phosphate and nanocrystalline apatite) was formed on collagen membrane. Coating on glass coverslip seems to possess required properties (roughness, elasticity) for osteoblastic differentiation, which was confirmed by stem cells early osteoblast commitment. However, coating on collagen membrane did not induce osteoblastic differentiation, but stimulated stem cells osteo-immunomodulatory properties, required for bone regeneration. Interestingly, coating demonstrated in both cases antibacterial activities, which makes it very attractive for bone regeneration applications. Finally, Wharton’s jelly from umbilical cord was suggested as an innovative source for new biomaterials, to replace xenogeneic membranes.

Les os constituent une part importante du corps humain. Ils sont sollicités tout au long de la vie : ceci expose les différents os à une multitude de traumatismes. La correction des traumatismes osseux est un problème de tous les jours pour les chirurgiens orthopédiques et maxillo-faciaux. Malgré toutes les connaissances actuelles en chirurgie osseuse, il existe encore plusieurs limitations en rapport avec la guérison post-chirurgicale des greffes autogènes. La régénération osseuse à partir des facteurs de croissance pourrait venir en aide à la médecine moderne. L'objectif du présent travail est d'étudier l'effet des protéines de la morphogenèse de l'os (Bone Morphogenetic Proteins : BMPs) sur la régénération osseuse par de multiples expériences in vitro. Un modèle in vitro d'ingénierie osseuse a servi à comparer l'activité ostéogénique des BMPs, soit des homodimères de BMP-2 et de BMP-7 et de l'hétérodimère de BMP-2/BMP-7, pour étudier la croissance et la différenciation des ostéoblastes sur l'expression de l'ostéocalcine (OC), de l'interleukine-6 (IL-6), de la métalloprotéinase-2 (MMP-2) et de leurs inhibiteurs tissulaires TIMP-1 et TIMP-2. Notre approche expérimentale démontre que les homodimères de BMP-2 et BMP-7 ainsi que l'hétérodimère de BMP-2/BMP-7 favorisent la croissance des ostéoblastes et la production d'OC via l'lL-6. Aussi, comme les homodimères et l'hétérodimère, les deux protéines BMP-2 et BMP-7 stimulent la production de la matrice extracellulaire par l'inhibition de la production des MMPs via les TIMPs.

Jusqu'à il y a quelques années, chaque année, aux États-Unis, plus de 500 000 personnes devaient réparer leurs défauts osseux. Il a été prédit que le besoin de telles réparations doublerait aux États-Unis et dans le monde d'ici 2020. Les techniques de greffe osseuse sont couramment utilisées pour guérir de gros défauts osseux. Cependant, la greffe osseuse présente certains inconvénients tels que l'infection, la douleur, la morbidité et le manque de site donneur. L'échafaudage osseux est considéré comme une approche alternative pour guérir les défauts osseux sans complications liées à la greffe. Les échafaudages osseux sont considérés comme des implants temporaires, car après la formation de nouveaux tissus, leur présence n'est plus nécessaire. Des métaux poreux biodégradables (résorbables) ont été développés et étudiés en tant qu'échafaudages osseux temporaires. Ces structures poreuses fournissent un support mécanique et un espace biologique pour la régénération tissulaire. Ces implants se corrodent pendant le processus de régénération tissulaire et, idéalement, ils devraient disparaître une fois le processus de guérison terminé. Ainsi, aucune chirurgie secondaire pour les retirer ne serait nécessaire. Une tâche cruciale des échafaudages osseux résorbables est de fournir un support mécanique pour la formation de nouveaux tissus. Les échafaudages doivent conserver leur intégrité mécanique sans défaillance en raison des charges mécaniques appliquées à partir du milieu environnant. En revanche, en tant qu'implants orthopédiques, leur rigidité ne doit pas être supérieure à celle du tissu osseux environnant en raison du risque de stress shielding. Ainsi, la compréhension des facteurs influençant la réponse mécanique de l'échafaudage osseux lors de la dégradation et la prédiction de leurs propriétés mécaniques sont cruciales. La conception et la fabrication d'échafaudages résorbables sont un sujet d'intérêt pour les chercheurs. Des analyses détaillées qui expliquent les propriétés mécaniques post-corrosion des échafaudages métalliques résorbables en fonction de leurs caractéristiques architecturales post-corrosion font défaut dans la littérature. Ce projet de doctorat porte sur le comportement mécanique de la mousse de fer galvanisée à cellules ouvertes avec des entretoises creuses pour les applications d'échafaudage osseux. En particulier, les relations entre les propriétés structurales et mécaniques, les propriétés mécaniques après corrosion et les paramètres micro-architecturaux induits par la corrosion des mousses de fer ont été explorées. En outre, des modèles d'éléments finis idéalisés (mousse Kelvin) d'un témoin ainsi qu'un échantillon de mousse de fer corrodé ont été développés sur la base de mesures de tomographie micro-calculée et de modes de corrosion pour prédire la réponse mécanique post-corrosion de la mousse de fer (test in silico). La thèse comprend une introduction, trois chapitres contenant une revue approfondie de la littérature et les études menées pour le projet de doctorat, et une section Conclusion. Des données supplémentaires sur les études réalisées se trouvent en annexe. Dans l'introduction, un bref historique sur les échafaudages osseux, l'application de métaux poreux biodégradables (résorbables) dans les échafaudages, l'énoncé du problème, les objectifs de recherche, la stratégie de recherche et la nouveauté de cette recherche sont présentés. Le chapitre 1 contient une revue approfondie de la littérature sur les sujets pertinents au sujet de la thèse tels que l'application de métaux biodégradables comme implants temporaires, la fabrication et l'application de mousses métalliques résorbables comme échafaudages osseux ainsi que leurs propriétés mécaniques et de corrosion, temps de corrosion propriétés mécaniques dépendantes des échafaudages métalliques résorbables, approches de modélisation analytique et informatique pour prédire le comportement mécanique des mousses métalliques et modélisation informatique de la dégradation dans les métaux résorbables. Le chapitre 2 traite de la première étape du projet de doctorat qui était une étude sur les propriétés mécaniques des mousses de fer électrolytiques à cellules ouvertes avec entretoises creuses. Dans cette étude, des échantillons de mousses de fer aux propriétés architecturales différentes, c'est-à-dire la taille des alvéoles, l'épaisseur des branches et la taille des pores, ont subi des essais de compression mécanique et le rôle de leurs paramètres architecturaux ainsi que leur densité relative dans leurs différentes réponses à la compression (quasi-gradient élastique, élasticité et résistance à la compression) a été discuté. De plus, une modélisation par éléments finis des mousses Kelvin a été développée pour fournir une meilleure compréhension des effets de creux des entretoises sur les propriétés mécaniques de la mousse. Le chapitre couvre une introduction, la méthodologie, les résultats, la discussion et une section de conclusion. Le chapitre 3 traite des propriétés mécaniques post-corrosion et des configurations architecturales des mousses de fer à entretoises creuses. Les échantillons de mousse de fer ont subi des tests d'immersion dans une solution de Hanks jusqu'à 14 jours, suivis de tests de nettoyage et de compression mécanique. Les facteurs influençant les propriétés mécaniques de la mousse corrodée ont été explorés, c'est-à-dire la dégradation structurelle, les produits de corrosion adhérents et les changements micro-architecturaux au niveau des entretoises. une tomographie micro-calculée a été utilisée pour mesurer les paramètres architecturaux du contrôle et des mousses corrodées pendant 14 jours. Sur la base des mesures architecturales, des modèles d'éléments finis de mousse Kelvin ont été développés pour prédire la réponse mécanique des mousses corrodées. De plus, un nouveau modèle de mousse Kelvin a été développé pour prédire la réponse mécanique des mousses de fer corrodées sous corrosion homogène, le mécanisme de corrosion qui n'avait pas été observé dans les expériences. Enfin, les faits saillants les plus importants des études sont présentés dans la section Conclusion. Aussi, les limites et les bénéfices potentiels des résultats de ce projet pour les futurs travaux de recherche sont expliqués, et de nouvelles idées pour les futurs projets concernant le comportement mécanique des mousses métalliques résorbables sont proposées. / Up to a few years ago, every year, in the Unites States, more than 500,000 people needed to repair their bone defects. It was predicted that the need for such repairs would double in US and worldwide by 2020. Bone grafting techniques are commonly used to heal large bone defects. However, there are certain drawbacks with bone grafting such as infection, pain, morbidity and shortage of donor site. Bone scaffolding is considered as an alternative approach to heal bone defects without complications raised from grafting. Bone scaffolds are considered as temporary implants, since after the formation of new tissue, their presence is not needed anymore. Porous biodegradable (absorbable) metals have been developed and studied as temporary bone scaffolds. These porous structures provide mechanical support and biological space for tissue regeneration. These implants corrode during tissue regeneration process, and, ideally, they should disappear once the healing process ends. Thus, no secondary surgery to remove them would be needed. One crucial task for absorbable bone scaffolds is to provide mechanical support for new tissue formation. The scaffolds must keep their mechanical integrity without failing due to mechanical loads applied from the surrounding environment. On the other hand, as orthopedic implants, their stiffness should not be higher than the surrounding bone tissue due to the risk of stress shielding. Thus, understanding the influencing factors on the mechanical response of the bone scaffold during degradation and predicting their mechanical properties are crucial. Design and fabrication of absorbable scaffolds is a topic of interest for researchers. Detailed analyses that explain the post-corrosion mechanical properties of absorbable metal scaffolds based on their post-corrosion architectural features are lacking in the literature. This PhD project addresses the mechanical behavior of electroplated open cell iron foam with hollow struts for bone scaffolding applications. In particular, the structural-mechanical properties relationships, post-corrosion mechanical properties and the corrosion-induced micro-architectural parameters of the iron foams have been explored. In addition, idealized finite element models (Kelvin foam) of a control as well as a corroded iron foam specimen were developed based on micro-computed tomography measurements and corrosion modes to predict the post-corrosion mechanical response of the iron foam (in silico test). The thesis comprises an Introduction, three chapters containing a thorough literature review and the studies conducted for the PhD project, and a Conclusion section. Additional data about the performed studies are found in the Appendix. In the Introduction, a brief background on bone scaffolds, the application of porous biodegradable (absorbable) metals in scaffolding, problem statement, research objectives, research strategy, and the novelty of the research are presented. Chapter 1 contains a thorough literature review on the subjects relevant to the topic of the thesis such as the application of biodegradable metals as temporary implants, fabrication and application of absorbable metal foams as bone scaffolds as well as their mechanical and corrosion properties, corrosion-time dependent mechanical properties of absorbable metallic scaffolds, analytical and computational modelling approaches to predict the mechanical behavior of metal foams and computational modeling of degradation in absorbable metals. Chapter 2 discusses the first step of the PhD project which was a study on the mechanical properties of the electroplated open-cell iron foams with hollow struts. In this study, samples of iron foams with different architectural properties, i.e. cell size, branch-strut thickness and pore size, underwent mechanical compression tests and the role of their architectural parameters as well as their relative density in their different compressive response (quasi-elastic gradient, yield and compressive strength) was discussed. In addition, finite element modeling of Kelvin foams was developed to provide a better understanding of the strut hollowness effects on the foam mechanical properties. The chapter covers an introduction, the methodology, results, discussion, and a concluding section. Chapter 3 discusses the post-corrosion mechanical properties and architectural configurations of the iron foams with hollow struts. The iron foam samples underwent immersion tests in a Hanks' solution up to 14 days which were followed by cleaning and mechanical compression tests. The factors influencing the corroded foam mechanical properties were explored, i.e. structural degradation, adherent corrosion products and micro-architectural changes on the strut level. micro-computed tomography was employed to measure architectural parameters of the control and the 14-day corroded foams. Based on the architectural measurements, Kelvin foam finite element models were developed to predict the mechanical response of the corroded foams. Also, a new Kelvin foam model was developed to predict the mechanical response of the corroded iron foams under homogeneous corrosion, the corrosion mechanism which had not been observed in the experiments. Finally, the most important highlights of the studies are presented in the Conclusion section. Also, the limitations and the potential benefits of the results of this project for the future research works is explained, and new ideas for the future projects concerning the mechanical behavior of absorbable metal foams is proposed.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les blessures musculaires sont fréquentes et engendrent un coût social élevé en hausse constante. Suite à une blessure, une réadaptation musculaire efficace s'appuyant sur des évidences scientifiques est souhaitable. Les processus de résolution de l'inflammation et de réparation sont loin d'être compris dans leur ensemble. Le but de cette thèse était donc de contribuer à l'élargissement des connaissances se rapportant aux mécanismes moléculaires et cellulaires utilisés par les différents acteurs impliqués dans ces processus. Dans un premier temps, nous avons démontré in vitro que les mastocytes, reconnus pour leurs rôles inflammatoires, stimulent la prolifération des cellules musculaires. De façon plus précise, il a été établi que la tryptase exogène stimule la prolifération des myoblastes L6 via l'activation du récepteur activé par une protease de type 2 {protease-activated receptor, PAR-2) et la modulation subséquente de l'activité de la cyclooxygénase-2 (COX-2). De plus, la production de la prostaglandine 15-deoxy-delta-¹², ¹⁴-prostaglandine h (I5A-PGJ₂) serait potentiellement impliquée. Ensuite, l'effet direct des mastocytes sur la stimulation de la prolifération des myoblastes L6 a été confirmé in vitro. Parallèlement, il a été établi in vivo que les mastocytes sont activés suite à une blessure musculaire induite par l'injection intramusculaire de bupivacaïne et qu'en plus d'être modulée immédiatement après la blessure, l'expression de la tryptase augmente ultérieurement à un stade correspondant au début de la myogenèse. Contrairement à nos observations in vitro, l'inhibition de l'activité des mastocytes a induit une stimulation de la prolifération des myoblastes in vivo associée à une augmentation de la densité de cellules immunitaires (neutrophiles, macrophages Ml et M2) dont certaines sont reconnues pour stimuler la myogenèse. Les mastocytes sont impliqués dans plusieurs processus inter-reliés et l'isolation d'un seul effet est expérimentalement difficile. Finalement, les mécanismes assurant l'accumulation des macrophages dans le muscle post-blessure ont été investigués. Il a été établi que les macrophages Ml prolifèrent davantage lorsque leurs précurseurs sanguins sont éliminés alors que l'accumulation des macrophages M2 repose autant sur la prolifération locale que sur l'infiltration de précurseurs. En conclusion, plusieurs acteurs présents dans la phase inflammatoire jouent également un rôle essentiel dans la réparation musculaire.

L’inflammation neurogène est un processus inflammatoire induisant la libération de neuropeptides, en particulier la Substance P et le Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP), par les neurones sensoriels. Lors de ce processus, l’angiogenèse et la réépithélialisation, sont essentielles pour que l’inflammation diminue suite à une lésion. Dans le cadre de pathologies telle que le diabète, les patients sont souvent atteints de neuropathies en plus de souffrir d’une mauvaise guérison des plaies où l’angiogenèse est diminuée. Pour mieux comprendre ses phénomènes, deux modèles ont été reconstruits par génie tissulaire à partir d’éponge de collagène et de chitosane : l’un permettant de mimer un derme endothélialisé innervé reconstruit, et le second est un modèle permettant de suivre la réépithélialisation dans un modèle glyqué par du glyoxal, au cours du temps. À la vue de nos résultats, la Substance P semble être un neuropeptide jouant un rôle majeur dans l’angiogenèse et la réépithélialisation. / Neurogenic inflammation is an inflammatory process, characterized by the release of neuropeptides, particularly substance P and Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP), in sensory neurons. During this process, angiogenesis and reepithelialization following an injury are essential to reduce inflammation. Within certain diseases, such as diabetes, angiogenesis is diminished, and patients are often suffering of diabetic neuropathies and poor wound healing. To understand that process, two models were reconstructed using tissue engineering with a collagen and chitosan sponge: one model mimics a reconstructed endothelialized and innervated dermis, and the second one follows over time re-epithelialization in a glycated model using glyoxal. Based on our results, substance P seems to be a neuropeptide playing a major role in both mechanisms.

L’atrophie et les dysfonctions musculaires sont des problèmes courants et d’origines variées. À titre d’exemple l’alitement prolongé, le SIDA, les cancers, l’hypogravité et le vieillissement peuvent tous entraîner une perte de masse et de force musculaire. Malgré les coûts économiques et sociaux élevés, relativement peu d’efforts ont été investis dans la caractérisation des processus qui gouvernent l’atrophie/dysfonction musculaire et dans le développement de traitements plus efficaces. Conséquemment, cette thèse vise à approfondir les connaissances actuelles sur les mécanismes qui régulent l’atrophie/dysfonction et la récupération des muscles atrophiés par sous-utilisation. Tout d’abord, nous avons caractérisé l’impact des leucocytes impliqués lors de la remise en charge du muscle soléaire atrophié par hypogravité. Ainsi, nous avons démontré que les mastocytes étaient activés par la remise en charge et que leur dégranulation orchestrait le recrutement des neutrophiles et des monocytes/macrophages. Ensuite, nos recherches ont indiqué que l’activité des neutrophiles pouvait être régulée en fonction de leur microenvironnement et que leur présence dans les muscles atrophiés et inflammés n’était pas nécessairement associée à l’induction de dommages secondaires. Par la suite, nous avons établi que la présence des macrophages était importante pour permettre la récupération optimale de la force des muscles atrophiés. Nous avons également démontré que l’activité myogénique des macrophages pouvait être optimisée en favorisant leur phénotype anti-inflammatoire avec le facteur de croissance hématopoïétique « macrophage-colony stimulating factor » (M-CSF). Finalement, nous avons caractérisé l’impact du « receptor activator of NF-kB » (RANK) et de son ligand RANKL, une voie signalétique impliquée dans le remodelage osseux et l’ostéoporose, sur l’atrophie/dysfonction musculaire. Nous avons démontré qu’une déficience de RANK ou le blocage de RANKL par l’ostéoprotégérine protègent contre la perte de force des muscles dénervés ou dystrophiques. Ce phénomène est associé à des modifications dans l’expression des protéines favorisant une recaptation plus efficace du calcium. De plus, RANK participe à la reconversion des fibres rapides vers lentes durant la période de remise charge. Globalement, nos travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes entourant l’atrophie, la croissance et les dysfonctions musculaires et ouvrent la voie à de nouvelles pistes de traitement pour plusieurs maladies neuro-musculaires. / Muscle atrophy and dysfunction are characterized by a loss of muscle mass and force, which are commonly found in many pathologies or conditions such as AIDS, cancers, chronic obstructive pulmonary diseases, cast immobilization, hypogravity, bed rest or aging, to name a few. Muscle atrophy/dysfunction have also very high social and economic costs, but very few laboratories have investigated the cellular and molecular mechanisms behind these muscular problems. The aim of this thesis is therefore to enhance our understanding of different mechanisms governing muscle atrophy/dysfunction and regrowth by using different models of disuse and dystrophy. Thus, we have initially explored the roles of different leucocytes in atrophied and reloaded soleus muscle. Firstly, we looked at the role of mast cells and showed that the mechanical stress associated with muscle reloading is able to stimulate mast cell degranulation, which orchestrates the recruitment of neutrophils and monocytes/macrophages. Secondly, our experiments revealed that neutrophil activity is adaptable and that neutrophil-induced tissue damage is dependent on the microenvironment. In atrophied and reloaded muscles, the presence of neutrophils is not associated with secondary damage or promotion of muscle recovery. Thirdly, we demonstrated that the presence of macrophages is essential for optimal muscle force recovery from atrophy. Fourthly, we showed that the macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) promote the myogenic activity of macrophages by stimulating their anti-inflammatory phenotype. Finally, we investigated the impact of the receptor activator of NF-kB (RANK) and its ligand RANKL, a signalling pathway involved in bone remodelling and osteoporosis, on muscle atrophy and dysfunction. Our results showed that the specific deletion of RANK in the muscle or the blockage of RANKL with osteoprotegerin increased significantly force production in denervated and dystrophic muscles. These results were associated with various modifications in calcium handling protein expression favouring efficient calcium uptake. Moreover, we also demonstrated that RANK activation gives preference to the reconversion from fast-to-slow muscle fibers following hindlimb unloading/reloading. Overall, our results bring a better understanding of different mechanisms related to muscle atrophy, dysfunction and regrowth and potentially open new avenues for the treatment of several debilitating skeletal muscle conditions.