Cette thèse présente des travaux de modélisation mathématiquede la réponse au traitement en oncologie appliquée à trois pathologies différentes.La première partie traite du cas des GIST et de la réponse à la thérapie ciblée.Deux modèles sont décrits afin d’étudier différents critères de suivie del’évolution tumorale. La deuxième partie porte sur les tumeurs colorectales etla réponse à la radiothérapie. Un premier modèle d’équations aux dérivées partielles,couplé à un modèle décrivant l’examen du PET-scan, est mis en place,puis il est simplifié afin de rendre la phase de calibration plus rapide. Cetteméthode est testée sur deux cas cliniques.La dernière partie traite des tumeurs ORL sous radiothérapie. Une méthodede personnalisation du modèle, similaire à celle de la partie précédente, est miseen place et est testée sur six cas cliniques. / We first present two mathematical models to simulate the evolution and theresponse to treatments of GIST.Then, we study colorectal tumors and radiotherapy response. We present apartial differential equations model to simulate the tumor evolution, the responseto radiotherapy and the PET-scan. We introduce a simplification of thefirst model to develope a calibration technic based on medical images of thetumor. Two applications on clinical cases are presented.To finish, a similar method is adapted to ORL tumors and response to radiotherapyand tested on six clinical cases.

Les migrants, en particulier ceux originaires d'Afrique sub-Saharienne, représentent une part importante des personnes infectées par le VIH en France. Bien que le dépistage et la prise en charge soient de plus en plus précoces en France, un sur-risque de diagnostic tardif et d'initiation retardée du traitement est rapporté chez les migrants, particulièrement chez les hommes, par rapport aux autres personnes infectées par le VIH. Les objectifs de ce travail de thèse étaient d'étudier le délai d'initiation du traitement antirétroviral puissant en dehors de l'urgence thérapeutique (CD4>200/µL et pas de statut clinique définissant le SIDA) et d'évaluer l'efficacité biologique et clinique après initiation du traitement, selon l'origine géographique, le sexe et le groupe de transmission à VIH. Pour ce faire, les données issues de la base de données hospitalière française sur l'infection à VIH (FHDH ANRS CO4) ont été utilisées. Par rapport aux hommes nés en France ayant des rapports sexuels avec des hommes (HSH non migrants), seuls les hommes migrants originaires d'Afrique sub-Saharienne et des Antilles non Françaises avec des CD4>350/µL à l'entrée dans le soin ont une probabilité plus faible de démarrer le traitement ARV. Les délais nécessaires à l'obtention d'une couverture de santé une fois entré dans le soin ne suffisent pas à expliquer cette différence. Après initiation du traitement antirétroviral, quel que soit le stade d'avancement de la maladie et malgré la prise en compte des caractéristiques démographiques, biologiques, cliniques et thérapeutiques à l'initiation du traitement, comparé aux HSH non migrants, les migrants ont une probabilité plus faible de remonter leurs CD4. En revanche, les hommes hétérosexuels quelle que soit leur origine géographique, ont une probabilité plus élevée de moins bonne réponse virologique et d’avoir un premier évènement clinique. Un rôle majeur du niveau de CD4, du statut clinique et de l’âge à l’initiation du traitement est observé. Ces différences pourraient également être influencées par des facteurs socio-économiques, des facteurs de risques comportementaux ou le mode de vie, pour lesquels nous n’avons pas d’information dans la FHDH. Les évènements ne définissant pas le SIDA sont responsables d’une grande morbidité, avec la survenue de beaucoup d’évènements infectieux notamment. Cependant une fois entrés dans le soin et traités, hormis pour les risques d’infections ne définissant pas le SIDA plus élevés chez les migrants hétérosexuels par rapport aux non migrants hétérosexuels, il n’y a pas de différence de risque de comorbidités entre migrants et non migrants chez les hommes hétérosexuels et chez les femmes hétérosexuelles. / Migrants, mainly from sub-Saharan Africa (SSA), represent an important part of people living with HIV in France. Despite early screening and access to care have both increased in France, an excess risk of late diagnosis and delayed treatment initiation is reported among migrants, particularly in men, compared with other HIV-infected individuals. The objectives of this thesis were to study time between entry into care and combined antiretroviral therapy (cART) initiation, excluding late access to care, and to evaluate biological and clinical outcome after cART initiation, according to geographic origin, sex and transmission group. Data from the French Hospital Database on HIV (FHDH ANRS CO4) were used. Compared with French native men who have sex with men (MSM), only men originating from SSA and non-French West Indies with CD4>350/µL at entry into care are more likely to begin cART later. Administrative delays in obtaining healthcare coverage do not appear to be the only one responsible. After cART initiation, whatever the CD4 cell count at cART initiation, and after taking into account demographic, immunovirological, clinical and therapeutic characteristics at cART initiation, compared with French native MSM, migrants have a lower likelihood of CD4 cell recovery. However, heterosexual men, whatever the geographic origin, are more likely to have worse virological and clinical outcomes. Older age, a lower CD4 cell count and pre-existing AIDS status at cART initiation had the biggest impact on outcomes of cART but socio-economic level, and lifestyle or behavioral risk factors which are not available in the FHDH could also influence outcomes of cART. Non-AIDS defining events are responsible for a higher morbidity, with a higher incidence of severe infections. After entry into care and cART initiation, except for the risk of non-AIDS infections in heterosexual migrants than in heterosexual nonmigrants, there is no difference of comorbidities between migrants and non migrants among heterosexual men and heterosexual women.

Le cancer est chaque année responsable de 7,6 millions de décès dans le monde. L'amélioration des traitements constitue donc un enjeu majeur de santé publique. Il a été démontré que l'association d'un diagnostic précoce et d'un traitement efficace était associée à un impact significatif sur la survie des patients. De nombreux facteurs pronostics de la survie ont été identités et sont actuellement utilisés en routine clinique. Ce diagnostic est souvent réalisé en partieà l'aide de l'imagerie de Tomographie par Emission de Positons (TEP), cette dernière s'étantavérée être un outil très performant pour l'identification des tumeurs et métastases dans uncertain nombre de modèles de cancer. La TEP fait partie des modalités d'imagerie fonctionnelleet a donc le potentiel de fournir des informations liées à la biologie sous-jacente des cancers.Toutefois, du fait de sa faible résolution spatiale, elle n'avait que très peu été utilisée avec cet objectif.Ce travail de thèse a consisté à étudier des paramètres quantitatifs pouvant être extraitsde ces images, plus spécifiquement ceux permettant la caractérisation de l'hétérogénéité intratumorale. Nous avons pu identifier un ensemble de paramètres issus de l'analyse de texture quisont reproductibles, robustes aux effets de volume partiel et à la méthode de segmentation, etvraisemblablement liés à la physiologie tumorale. Nous avons également pu mettre en évidencele potentiel de ces paramètres extraits d'images de diagnostic, pour contribuer à la prédiction dela réponse thérapeutique ainsi que comme facteur pronostic. Ces nouveaux indices quantitatifspourraient à relativement court terme venir compléter les facteurs de référence courammentutilisés aujourd'hui en oncologie pour la prise en charge thérapeutique des patients. / Cancer is responsible every year for the death of 7.6 million people. Treatments improvement is thus of the greatest importance regarding public health. The association of an early diagnosis with an efficient treatment was shown to lead to a significant impact on patients survival rates. Numerous prognostic factors have been identified and are now being used in clinical routine. Nowadays, Positron Emission Tomography (PET) imaging is often used for tumor and metastasis identification because of its established accuracy in numerous cancer models. PET belongs to the functional imaging techniques and may potentially therefore provide information relative to cancer biology. Nevertheless, because of its low spatial resolution, this technique has not been extensively considered for such a purpose. This thesis work aimed at studying quantitative parameters that could be extracted from PET images through texture analysis, in order to characterize tumor heterogeneity. We identified a set of reproducible parameters, robust with respect to partial volume effects as well as segmentation methods that are probably related to the tumor physiology. We have also demonstrated the power of these parameters obtained from diagnostic images for contributing in predicting the therapeutic response as prognostic factors. These new quantitative parameters could in the relatively short term be utilized complementarily to standard oncology factors for patient management purposes.

Ce travail de thèse avait pour objectif d’évaluer l’accessibilité, l’efficacité et les difficultés opérationnelles de la prise en charge antirétrovirale précoce des enfants infectés par le VIH en Afrique de l’Ouest : en Côte d’Ivoire, au Mali et au Burkina Faso. Cette région est particulièrement marquée par un faible accès à la prise en charge des enfants infectés par le VIH. Nos travaux ont montré qu’à coté de l’offre de soins qui est insuffisante dans cette région, le retard aux soins chez ces enfants était particulièrement influencé par la faible acceptabilité parentale du dépistage pédiatrique précoce, avec un rôle clé du père dans la décision de soins de l’enfant. Les enfants débutent le traitement antirétroviral très tardivement, à un stade très avancé de la maladie et sévèrement immunodéprimé. Après douze mois de traitement antirétroviral, on observe un échec clinique ou immunologique au traitement chez plus de la moitié des enfants, en particulier chez ceux qui avaient débuté le traitement antirétroviral avec un mauvais état clinique et immunologique. Après cinq ans de traitement, près de la moitié des enfants présentent un échec virologique. Les interventions de prévention de la transmission mère-enfant ne semblent pas associées à l’échec au traitement des enfants dans cette région. Toutefois, l’observance au traitement antirétroviral chez le jeune enfant est bonne dans cette région. Ces résultats sont en faveur de la nécessité d’une prise en charge précoce des enfants infectés par le VIH, à un stade moins avancé de la maladie. Cela passe nécessairement par l’amélioration du dépistage pédiatrique précoce, à travers l’implication des pères, le renforcement du plateau technique pour le dépistage et le suivi des enfants, et la formation du personnel soignant. Aussi, les études de cohorte sur les facteurs pronostiques de l’échec au traitement dans le contexte opérationnel ouest africain sont nécessaires pour approfondir la question de la réponse au traitement antirétroviral chez ces enfants. / This thesis aimed to assess the accessibility, the efficiency and operational difficulties of treatment and care of HIV infected children in West Africa: Cote d’Ivoire, Mali and Burkina Faso. This region is particularly marked by poor access to care for HIV infected children. Our work has show that besides the insufficient provision of care in this region, the delay to care for these children was particularly influenced by the low acceptability of HIV early infant diagnosis, with a key role of the father in the decision making for the care of the child. Children begin antiretroviral treatment very late, at a very advanced stage of disease and severely immunocompromised. After twelve months of antiretroviral therapy, there was a clinical or immunological treatment failure in more than half of all children, especially among those who had started antiretroviral therapy with poor clinical and immunological status. Interventions to prevent mother to child transmission do not seem related to children treatment failure in this region. However, adherence to antiretroviral therapy in young children is good in this region. These results support the need for early antiretroviral treatment for HIV infected children at an earlier stage of the disease. This necessarily requires improved early infant diagnosis, through the involvement of fathers, the strengthening of the technical platform for screening and monitoring of children, and training of health staff. Also, cohort studies on prognostic factors for treatment failure in West African context are needed to investigate the issue of antiretroviral treatment response in these children.

Le cancer est chaque année responsable de 7,6 millions de décès dans le monde. L'amélioration des traitements constitue donc un enjeu majeur de santé publique. Il a été démontré que l'association d'un diagnostic précoce et d'un traitement efficace était associée à un impact significatif sur la survie des patients. De nombreux facteurs pronostics de la survie ont été identités et sont actuellement utilisés en routine clinique. Ce diagnostic est souvent réalisé en partieà l'aide de l'imagerie de Tomographie par Emission de Positons (TEP), cette dernière s'étantavérée être un outil très performant pour l'identification des tumeurs et métastases dans uncertain nombre de modèles de cancer. La TEP fait partie des modalités d'imagerie fonctionnelleet a donc le potentiel de fournir des informations liées à la biologie sous-jacente des cancers.Toutefois, du fait de sa faible résolution spatiale, elle n'avait que très peu été utilisée avec cet objectif.Ce travail de thèse a consisté à étudier des paramètres quantitatifs pouvant être extraitsde ces images, plus spécifiquement ceux permettant la caractérisation de l'hétérogénéité intratumorale. Nous avons pu identifier un ensemble de paramètres issus de l'analyse de texture quisont reproductibles, robustes aux effets de volume partiel et à la méthode de segmentation, etvraisemblablement liés à la physiologie tumorale. Nous avons également pu mettre en évidencele potentiel de ces paramètres extraits d'images de diagnostic, pour contribuer à la prédiction dela réponse thérapeutique ainsi que comme facteur pronostic. Ces nouveaux indices quantitatifspourraient à relativement court terme venir compléter les facteurs de référence courammentutilisés aujourd'hui en oncologie pour la prise en charge thérapeutique des patients.

Depuis 2010, l’OMS recommande de traiter tous les enfants infectés par le VIH avant deux ans, et pour ceux ≤ trois ans avec traitement antirétroviral précoce (TAP) à base de lopinavir/ritonanir (LPV/r). En Afrique de l’Ouest (AO), peu de données existent sur l’accès à un TAP et sur la réponse à ce traitement. L’objectif de ce travail était de documenter le devenir à moyen terme (25 mois) et ses facteurs associés des enfants recevant un TAP avant l’âge de deux ans dans le contexte du projet MONOD ANRS 12206 en AO. Mon travail a consisté à évaluer la faisabilité du TAP basé sur le LPV/r, d’évaluer sa réponse clinique, immunologique, virologique et sa tolérance, d’évaluer la possibilité d’une simplification en remplaçant le LPV/r par de l’Efavirenz (EFV) chez des enfants en succès virologique, et de décrire le profil de résistance aux antirétroviraux. Nos résultats montrent que le TAP à base de LPV/r chez les enfants est faisable en AO, mais l’accès au traitement reste encore trop tardif avec une mortalité pré et post initiation du TAP élevée. Malgré cet accès tardif, le traitement est bien toléré et est efficace avec un taux de succès virologique après 12 mois de 78 %, et de 74 % à 25 mois. Chez les enfants en succès virologique à M12, le LPV/r peut être remplacé par EFV à condition de disposer d’une charge virale en routine et demaintenir une bonne observance. Cependant, chez les enfants en échec virologique, la fréquence des mutations de résistances aux inhibiteurs nucléosidiques et non nucléosiques de la transcriptase inverse était préoccupante. Il demeure urgent de développer des interventions innovantes pour accroitre l’accès au diagnostic, au TAP, et faciliter l’observance. / The WHO 2010 guidelines recommended to treat all HIV-infected children < 2 years of age, and for those < three years, a lopinavir/ritonavir (LPV/r) based antiretroviraltherapy (ART) is recommended. But, less is known about its field implementation and effectiveness in West Africa (WA) settings. Our objective was to document the midterm (25 months) outcomes of the early ART (EART) initiation in West-African HIVinfected infants before the age of two years and its correlates. We assessed thefeasibility of EART; to assess its clinical, immunological, virological outcomes and its tolerance; to assess its simplification by switching to a protease inhibitor-sparingtherapy based on efavirenz (EFV) in virologically suppressed infants; and to describe the HIV drug resistance profile in those with virological failure. Our findings show thatin WA settings, EART is feasible, but access to early infant HIV diagnosis and EART remains too late with a high rate of competing mortality before and after ART initiation.Despite this delay, LPV/r-based EART is well tolerate and effective in mid-term with viral suppression reaching 78% 12-month and 74% at-24-months. In virologically suppressed children, LPV/r-based ART could be simplify with EFV-based ART, but this simplification strategy needs implementation in adherent infants with a closely viralload monitoring. In children with virological failure, resistance analyses highlighted a high frequency of nucleoside and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitorsresistance mutations. It is urgent to develop innovative interventions to improve early HIV-infected infant diagnosis and EART and to strengthen lifelong treatment adherence in WA.

Dans la majorité des cas, les mitochondries sont nécessaires à la tumorigenèse et à la réponse des cellules cancéreuses aux signaux générés par les facteurs micro-environnementaux (exemples : privation de nutriments, hypoxie) ou par les traitements anticancéreux (exemples : chimiothérapie, radiothérapie). Presque toutes les protéines mitochondriales sont codées par le génome nucléaire et importées dans l'organelle. Des machineries d'import ont donc évolué afin de répondre aux besoins d'import protéique. Dans ce contexte, la machinerie régulée par CHCHD4/Mia40 fonctionne dans l’espace intermembranaire et contrôle l’import d’un groupe de protéines (substrats) qui joue des rôles importants dans la survie et la réponse au stress. Les substrats de CHCHD4/Mia40 sont impliqués dans un vaste panel d’activités mitochondriales qui inclut la biogenèse des complexes de la chaîne respiratoire, l’homéostasie lipidique, le stockage du calcium, ainsi que l'ultrastructure et la dynamique mitochondriale. Ce programme de thèse a été dédié à l’étude de la voie d’import CHCHD4/Mia40 dans les cellules cancéreuses et a porté un intérêt tout particulier à l'un des substrats CHCHD4/Mia40 qui façonne l'ultrastructure mitochondriale. En utilisant des techniques d’ARN interférence et de sur-expression de protéines recombinantes, dans un modèle de cancer du côlon, nous avons montré que l’expression du substrat étudié a un effet crucial sur la prolifération et la croissance tumorale. Nos données ont également impliqué cette protéine dans la réponse aux traitements anticancéreux. Dans l'ensemble, ces travaux ouvrent un nouveau champ d'investigations qui non seulement permettra de mieux comprendre la plasticité métabolique des cellules cancéreuses, mais aidera également à identifier de nouveaux biomarqueurs métaboliques. / In the vast majority of cases, mitochondria are required for tumorigenesis and also for the tumoral response to signals generated by the microenvironmental factors (e.g. nutrient deprivation, hypoxia) or to the effects of anti-cancer treatments (e.g. chemotherapy, radiotherapy). As almost all mitochondrial proteins are nuclear-encoded and imported into the organelle, specialized import machineries have evolved in order to meet the need for protein import. Among these machineries, the one that operates in the intermembrane space and is controlled by CHCHD4/Mia40, regulates the import of a group of proteins (substrates) that play important roles in survival and stress response. Substrates of CHCHD4/Mia40 are involved in a broad panel of mitochondrial activities that includes the biogenesis of respiratory chain complexes, lipid homeostasis, calcium storage, as well as ultrastructure and mitochondrial dynamics. This thesis program was dedicated to the study of the CHCHD4/Mia40 import pathway in cancer cells, with a particular interest for one of the CHCHD4/Mia40 substrates that shapes mitochondrial ultrastructure. Using RNA interference approach and recombinant protein overexpression technique, in a colon cancer model, we showed that the expression of this substrate had a crucial effect on proliferation and tumor growth. Our data also involved this protein in the response to anti-cancer treatments. All together, this work opens a new field of investigations that will not only shed new lights on the metabolic plasticity of cancer cells but also help to identify new metabolic biomarkers.

Introduction : L’élastographie shear wave (ESW) est une technique récente d’échographie qui évalue quantitativement la dureté des tissus et permet d’améliorer la caractérisation des lésions mammaires. Comme toute nouvelle technique d’imagerie, l’ESW nécessite une validation préclinique pour définir les conditions d’utilisations et établir les limites des champs d’applications dans lesquelles la technique pourra être considérée comme valide. Matériels et méthodes : Dans une première partie effectuée au laboratoire de recherche en Imagerie nous avons étudié les éléments histologiques sous tendant l’image d’ESW sur un modèle de cancer du sein implanté chez la souris, au cours de sa croissance puis sous traitement. Dans une deuxième partie, nous avons étudié chez des patientes le rôle de la compression manuelle en ESW pour la caractérisation des lésions mammaires. Dans une dernière partie, effectuée en collaboration avec une équipe de l’Institut Langevin Ondes et Images, nous avons étudié la faisabilité d’un nouveau paramètre, le module de cisaillement non linéaire pour l’analyse des lésions mammaires. Résultats : Au laboratoire, nous avons établi des corrélations entre la dureté mesurée en élastographie et les caractéristiques histologiques des tumeurs, y compris sous traitement. Nous avons montré que la fibrose était associée à une dureté élevée et la nécrose à une dureté moindre. Notre étude clinique a montré qu’une compression manuelle minimale était nécessaire pour obtenir de bonnes performances de l’ESW et qu’une pression trop élevée devait être évitée. Enfin nous avons montré la faisabilité en imagerie mammaire d’un nouveau paramètre quantitatif obtenu en élastographie shear wave : le module de cisaillement non linéaire. Conclusion : A partir de travail de thèse, une meilleure compréhension de la part des éléments biologiques et techniques en ESW du sein est possible et des recommandations pour l’utilisation clinique peuvent être formulées. Nos observations cliniques ont entrainé la mise au point d’un nouveau paramètre diagnostique quantitatif : le module de cisaillement non linéaire. / Introduction: Shear Wave Elastography (SWE) is a recent ultrasound technique assessing quantitatively tissue stiffness and improving breast lesions characterization. As every new imaging technique, SWE requires a pre clinical validation in order to define in which conditions it should be used and precise the applications for which the technique is validated. Materials and methods: First, in a research lab we have investigated the pathological features underlying SWE image in a breast cancer model implanted in mice, during tumor growth and under therapy. Secondly, we have studied in patients the role of manual compression in SWE for the characterization of breast lesions. Finally, in collaboration with on team from Institut Langevin Ondes et Images, we have studied the feasibility of a new parameter, the non-linear modulus, for breast lesion assessment. Results: in the research lab, we have shown correlations between stiffness as measured with SWE and pathological features of tumors, even on treatment. We have shown that fibrosis was associated with high stiffness values and necrosis with lowers. Our clinical study, showed that a minimal manual compression was required for optimal performance of SWE and that strong compression should be avoided. Finally, we demonstrated feasibility of a new parameter, derived from SWE, the non-linear modulus. Conclusion: Our work provides a better understanding of biological and technical elements of SWE. On the basis of our results, new recommendations may be made for the use of SWE in clinical practice. From our clinical findings, we developed a new quantitative parameter, which may be useful for the diagnosis of breast lesions, the non-linear modulus.