Cette étude a pour objectifs 1) d'évaluer l'activité érythrocytaire de l'inosine triphosphate pyrophosphatase (ITPA) et de l'inosine monophosphate deshydrogénase (IMPDH) en lien avec le suivi des métabolites thiopuriques et le phénotypage de la thiopurine S-méthyltransférase (TPMT), 2) d'étudier le lien entre l'activité de l'ITPA et la survenue d'effets indésirables observés sous azathioprine (AZA).L'étude rétrospective réalisée sur une large population de sujets adultes et enfants, sains et atteints de maladies auto-immunes, a permis d'identifier une distribution quadrimodale de l'activité de l'ITPA à l'aide d'un modèle de mélange gaussien ainsi qu'une faible variabilité intra-individuelle de cette activité. Dans la population pédiatrique, une activité de l'ITPA basse est corrélée à une augmentation des dérivés méthylés suggérant un risque d'hépatotoxicité. Le lien observé entre l'activité ITPasique, le volume globulaire moyen et les gammaglobulines chez les enfants atteints de maladie inflammatoire chronique de l'intestin sous AZA suggère que la mesure de l'activité de l'ITPA permettrait d'anticiper la persistance d'un syndrome inflammatoire chez les sujets à activité élevée.L'étude phénotypique de l'IMPDH montre une importante variabilité inter-individuelle de l'activité de cette enzyme et l'absence d'influence de l'âge, du sexe et du traitement par AZA sur cette activité. Une distribution bimodale de l'activité de l'IMPDH érythrocytaire a été observée ainsi qu'un lien entre cette activité et les dérivés méthylés.En perspective, l'étude combinée des activités de l'ITPA, l'IMPDH et de la TPMT sur la variabilité de la réponse aux traitements thiopuriques sera envisagée / The aims of this study are 1) to evaluate inosine triphosphate pyrophosphatase (ITPA) and inosine monophoshate dehydrogenase (IMPDH) activities in red blood cells (RBCs) in relation to the monitoring of thiopurine metabolites and the phenotyping of thiopurine S-methyltransferase (TPMT), 2) to investigate a possible link between ITPA activity and the occurence of adverse effects observed under azathioprine (AZA) treatment.The retrospective study was carried out on a large population of healthy adults and children as well as those suffering from immunological diseases. A quadrimodal distribution of ITPA was identified among the population using a gaussian mixture model. A weak intraindividual variability of ITPA activity was found. In the paediatric population, a low ITPA activity is correlated with increased levels of methyl nucleotides, suggesting a risk of hepatotoxicity. The relationship observed between ITPA activity and both mean corpuscular volume and gammaglobulin levels in IBD children on AZA therapy suggests that the determination of ITPA activity may allow the prediction of a persistent inflammatory process in subjects with elevated ITPA activity.The phenotypic study of IMPDH shows no influence of age, sex and AZA therapy on the activity of IMPDH. Moreover a large interindividual variability in the activity of IMPDH was found. A bimodal distribution of IMPDH activity in RBCs was observed as well as a relation between this activity and the methyl nucleotides.Further study on the combined effect of the three enzymes ITPA, IMPDH and TPMT on the variability of response to thiopurine therapy will be considered

A lack of information is identified on the ability of professional nurses working in a neonatal intensive care unit to make competent clinical decisions pertaining to the employment of bedside blood product filters during neonatal transfusion. In addition, a lack of complete guidelines existed to aid professional nurses in instances where they are faced with such a decision. A descriptive survey was conducted to determine and describe the knowledge professional nurses working in neonatal intensive care unit have regarding the employment of bedside blood product filters during the transfusion of a neonate with blood or blood products, as well as their ability to make competent clinical decisions in the regard. A questionnaire was designed, which was validated by experts in neonatal intensive care nursing and blood transfusion. The questionnaires were distributed to 10 nominated public and private hospitals with neonatal intensive care units in Gauteng, South Africa, for completion. Participants were self-nominated; they participated in the study of their own free will. Neither the participants’ nor the hospitals’ names were revealed at any stage. Numbers were used to identify the questionnaires. 120 questionnaires were completed and were analysed using descriptive statistics. In the following step, the results obtained from the questionnaires together with literature were used to recommend guidelines for neonatal transfusion utilisation by professional nurses working in neonatal intensive care units. The recommended guidelines were divided into two categories: General guidelines and Specific blood products guidelines. Validity and reliability was enhanced by using staff from ten neonatal intensive care units from the private and public health care sector in Gauteng, South Africa; obtaining a sufficient sample size (n=120); involvement of experts in the field of neonatal nursing science and blood transfusion, as well as a statistician from the University of Pretoria; and verification of results with literature. Ethical principles were adhered to: confidentiality was maintained as no names of any of the hospitals or the participants were disclosed. All information regarding the study was provided to the relevant parties and the participants voluntarily signed an informed consent form. Permission to conduct the study was obtained from the selected hospitals’ management. Approval to conduct the study was obtained from the Ethics Committee of the Faculty of Health Science, University of Pretoria. There were no known risks involved in the study. Recommendations were made for more research on the same topic to be conducted and their outcomes be compared to the results yielded by this study and research to be conducted to related topics. The findings of this study were meant to improve the clinical practice of nursing in neonatal intensive care units. It was therefore recommended that these guidelines be implemented by neonatal intensive care units, training institutions and the South African Blood Transfusion Services. AFRIKAANS : Die navorser het ’n intensiewe oorsig van die bestaande literatuur rakende die kliniese besluitneming van professionele verpleegkundiges in neonatale intensiewe sorgeenhede gedoen. Dit het duidelik uit dié navorsingsoorsig geblyk dat daar baie min gedoen is om die vermoëns vas te stel van professionele verpleegkundiges wat in die neonatale intensiewe sorgeenheid werk met betrekking tot kliniese besluitneming wat die aanwending van bloedprodukfilters tydens neonatale transfusie betref. Aanvullend het die oorsig onthul dat daar geen volledige riglyne bestaan, of voorsien word, vir professionele verpleegkundiges in gevalle waar hul met so ’n besluit gekonfronteer word. Die studie is in twee fases gedoen. In Fase een is ’n vraelys ontwerp gebaseer op konsepte en temas uit die literatuur geїdentifiseer, waarna dit gevalideer is deur kundiges. Die vraelyste is uitgegee aan 10 genomineerde privaat- en publieke hospitale met neonatale inesiewe sorgeenhede in Gauteng vir voltooiing. Die voltooide vraelyste is gesorteer en geanaliseer. Deelnemers is self-genomineerd; die navorser het hulle toegelaat om self te besluit of hulle wou deelneem aan die studie of nie. Deelnemers en hospitale se name is op geen stadium bekend gemaak nie. Nommers is gebruik om die vraelyste te identifiseer. In Fase twee is die uitslae van die vraelyste gebruik om riglyne te ontwerp om gebruik te word in neonatale intensiewe sorgeenhede deur professionele verpleegkundiges vir neonatale transfusie. Riglyne vir neonatale transfusie is geformuleer volgens die uitkoms van die vraelyste in kombinasie sowel as die oorsig van die reeds bestaande literatuur deur middel van induktiewe en deduktiewe beredenering. Aangesien professionele verpleegkundiges kennis moet dra van algemene riglyne om spesifieke riglyne te kan toepas, is die riglyne in twee kategorieë verdeel: Algemene riglyne en Spesifieke bloedprodukte riglyne. Deur hierdie studie in twee verskillende omgewings, naamlik privaat- en publieke instansies te doen, en 10 eenhede van een area (Gauteng) in Suid- Afrika daarby te betrek, sowel as om ’n relatief groot steekproef te gebruik, is die oordraagbaarheid van die uitkoms van die studie na ander streke verhoog. Die navorser het aanbeveel dat verdere studies oor dieselfde onderwerp gedoen word, en die uitkomste daarvan vergelyk word met die resultaat van hierdie studie. Die uitkoms die studie sal dan meer oordraagbaar wees na ander streke in Suid-Afrika. Die uitgebreide literatuuroorsig, die betrokkenheid van kundiges en die navorser se eie ondervinding en kennis in die neonatale intensiewe sorgverpleegkunde, het bygedra tot die vertrouenswaardigheid van die studie. Kundiges op die gebied van neonatale verpleegkunde en bloedtransfusie was betrokke, sowel as ’n biostatistikus verbonde aan die Universiteit van Pretoria. Etiese beginsels is gevolg. Die navorser was nie bewus van, en is ook nie gekonfronteer met enige etiese dilemmas of probleme tydens die studie nie. Konfidensialiteit is deurgaans gehandhaaf in die studie deurdat geen name van die deelnemers of hospitale genoem is nie. Alle inligting met betrekking tot die studie is aan die relevante partye verstrek en die deelnemers het almal uit eie vrye wil ’n ingeligte toestemmingsvorm onderteken. Toestemming om die studie te doen is ook verkry van die genomineerde hospitale se bestuur. Toestemming om die studie te doen is verkry van die Etiese Komittee van die Fakulteit van Gesondheidswetenskappe, Universiteit van Pretoria. Daar was geen risiko’s betrokke aan die studie nie, slegs voordele, aangesien die doel van die studie was om die professionele verpleegkundiges in die neonatale intensiewe sorgeenhede behulpsaam te wees met besluitneming rakende die gebruik van bloedprodukfilters tydens transfusie van bloed of bloedprodukte aan ’n neonaat. Die bevindings van die studie is bedoel om die kliniese praktyk van verpleging in neonatale intensiewe sorgeenhede te verbeter. Gevolglik word ’n aanbeveling gemaak dat hierdie riglyne geïmplimenteer word in neonatale intensiewe sorgeenhede, opleidingsinstansies sowel as die Suid-Afrikaanse Bloedoortappingsdiens. / Dissertation (MCur)--University of Pretoria, 2011. / Nursing Science / unrestricted

Chez l’homme, les erreurs innées du métabolisme des lipides sont dues à des déficits enzymatiques, entraînant une accumulation intracellulaire de substrats lipidiques. Il en résulte un large éventail de symptômes tels que des atteintes viscérales, osseuses et dans certains cas neurologiques. En outre, de nombreux patients atteints de ce type de maladie présentent des anomalies hématologiques et vasculaires attribuées à des anomalies rhéologiques du globule rouge (GR). Ces observations ont conduit à l’hypothèse de l’existence d’un lien entre les propriétés anormales du GR et sa composition lipidique. Or actuellement, le profil lipidique du GR normal reste méconnu. Cependant, le diagnostic précoce de ces troubles est d’une importance capitale pour la prise en charge des patients, notamment dans les cas où un traitement correctif est disponible. La maladie de Gaucher (MG) de type 1, qui est une maladie lysosomale caractérisée par un déficit en β-glucocérébrosidase et pour laquelle un traitement enzymatique substitutif (ERT) est proposé, en est le meilleur exemple. D’où l’intérêt de disposer d’un outil simple et rapide de diagnostic de ce type de maladie.Dans le cas de la MG, le diagnostic repose encore sur la mise en évidence, laborieuse, du déficit enzymatique. Néanmoins, des travaux récents suggèrent que les anomalies rhéologiques du GR pourraient être dues à l’accumulation de quatre sphingolipides, le glucosylcéramide, la glucosylsphingosine, la sphingosine et la sphingosine-1-phosphate, qui seraient de bons candidats biomarqueurs. Or, les méthodes actuelles de dosage de ces sphingolipides nécessitent au moins deux étapes chromatographiques, avec pour chacune une étape longue et fastidieuse de préparation de l’échantillon, ce qui ne facilite guère une approche lipidomique de ce sujet. En outre, seul le glucosylcéramide a été dosé dans le GR tandis que les trois autres sphingolipides n’ont été dosés que dans le plasma. Ces candidats biomarqueurs restent donc à valider.Dans cette thèse, nous avons développé et validé une méthode simple et rapide, par UHPLC-MS/MS, de dosage simultané des 4 sphingolipides impliqués dans la MG. L’application de cette méthode à des GR provenant de patients atteints de la MG, en collaboration avec l’Institut National de Transfusion Sanguine et la société Shire, nous a permis de : 1- valider un biomarqueur parmi les quatre proposés et de montrer que les trois autres n’étaient pas suffisamment spécifiques ; 2- vérifier l’efficacité du traitement ERT actuellement proposé et 3- confirmer l’hypothèse de départ reliant les anomalies rhéologiques du GR à sa composition lipidique.De même, une étude systématique des conditions opératoires nous a permis de généraliser la méthode proposée à l’identification et au dosage de l’ensemble des sphingolipides présents dans un GR ainsi que des phospholipides, constituants majoritaires de sa membrane. Appliquée à la quantification simultanée d’une trentaine de sphingolipides et de phospholipides dans le GR normal et celui de la MG, cette méthode nous a permis de mettre en évidence l’implication d’autres lipides polaires dans la maladie de Gaucher, outre les 4 sphingolipides jusqu’alors proposés. De même, il est prévu de l’adapter à moyen terme pour le profilage total, par classe, de tous les lipides présents dans le GR.Enfin, nous avons évalué d’autres techniques de SM telles que la haute résolution et la mobilité ionique (TWIMS et DIMS) dans le but d’affiner la recherche de nouveaux biomarqueurs, notamment par l’identification des lipides isomères non discriminables par les techniques de MS conventionnelles. Grâce à une collaboration avec le Laboratoire de Chimie Physique (LCP, CNRS UMR 8000) nous avons montré la faisabilité de cette approche en séparant en DIMS deux isomères : la galactosylsphingosine 18:1 et la glucosylsphingosine 18:1 et nous poursuivons actuellement cette étude pour séparer d’autres couples d’isomères. / In humans, hereditary disorders of lipid metabolism are due to enzyme deficiencies, resulting in intracellular accumulation of lipid substrates. This results in a wide range of symptoms such as visceral, bone and in some cases neurological disorders. Furthermore, many patients suffering such diseases have hematologic and vascular symptoms attributed to red blood cell (RBC) rheological abnormalities. These observations led to a hypothesis linking RBC abnormal properties to its lipid composition. However, the lipid profile of normal RBC remains unknown to date. Early diagnosis of these conditions is of importance notably when a therapy is available. This is the case for Gaucher disease (GD) type 1, a lysosomal disorder characterized by β-glucocerebrosidase deficiency, where an enzyme replacement therapy (ERT) is proposed. Hence, the availability of a simple and rapid tool of diagnosis of such a disorder is of great importance, notably for a better patient care and monitoring.To the best of our knowledge, standard diagnosis procedures and monitoring of GD patients are still based on the tedious evaluation of enzyme deficiency. Nevertheless, recent works suggest that these rheological disorders may be due to the accumulation of four sphingolipids, glucosylceramide, glucosylsphingosine, sphingosine and sphingosine-1-phosphate, which could be considered as relevant biomarkers. However, most of current determination methods of these sphingolipids require at least two liquid chromatographic runs, each with a time-consuming sample preparation step that does not facilitate a lipidomic approach. In addition, only glucosylceramide was quantified in RBC while the other three sphingolipids were quantified only in plasma. Thus, these biomarker candidates remain to be validated.In this PhD, we describe a simple and rapid UHPLC-MS/MS method of simultaneous determination of the 4 sphingolipids involved in GD in both plasma and RBC. The application of this method to RBC from GD patients, in collaboration with the Institut National de Transfusion Sanguine and Shire (USA), allowed us: 1- to validate one biomarker among the four proposed candidates and to show that the other three candidates are not specific; 2- to check the efficiency of the proposed ERT and 3- to confirm the initial hypothesis linking the RBC rheological abnormalities to its lipid composition.Also, a systematic study of the operating conditions allowed us to generalize the proposed method to the determination of not only all the sphingolipids present in RBC but also all phospholipids, which are the major constituents of its membrane. The application of the later method to the simultaneous quantification of thirty sphingolipids and phospholipids in normal and GD RBCs, allowed us to validate it and to unravel the involvement of other candidate biomarkers of GD, different from the 4 previous sphingolipids. Providing appropriate modifications, this method is intended to be used for the profiling of all lipid classes in plasma and RBC. This is our main objective in the medium-term.Finally, we evaluated other modern MS techniques such as high resolution (HRMS) and ion mobility (TWIMS and DIMS) in order to refine the investigation of new biomarker candidates, including the separation of lipid isomers that cannot be discriminated by conventional MS techniques. Indeed, in collaboration with the Laboratoire de Chimie Physique (LCP, CNRS UMR 8000), we here show the feasibility of this approach by achieving the separation of two isomers, by the DIMS technique: galactosylsphingosine 18:1 and glucosylsphingosine 18:1, which cannot be separated by conventional methods. We are currently pursuing these investigations in order to separate other isomers.

Cette thèse porte sur l’étude des interactions entre les globules rouges (GRs)et l’endothélium, la couche des cellules qui délimite les vaisseaux sanguins.Il a été démontré que l’endothélium et les GRs jouent des rôles actifs dans divers processus du système vasculaire, et leurs interactions produisent un signal bio chimique grâce à des moyens à la fois chimiques (molécules de signalisation) et mécaniques (taux de cisaillement sur les parois). D’abord,nous étudions le rôle des GRs, y compris dans des conditions pathologiques, dans la création de contraintes de cisaillement spatialement et temporellement dynamiques sur l’endothélium. Il a été montré que les contraintes de cisaillement constituaient un élément critique dans le déclenchement d’un signal bio mécanique depuis l’endothélium. Par ailleurs, étant donné qu’il a été montré que les parois des vaisseaux sanguins ondulent en raison des cellules endothéliales individuelles qui le composent, nous avons intégré à notre modélisation cette géométrie. On trouve que cette ondulation affecte la dynamique des GRs dans l’écoulement ainsi que le taux de cisaillement sur les parois. Nous étudions rapidement dans quelle mesure la déformabilité d’un GR affecte sa trajectoire dans un vaisseau ondulé. Pour cela, nous nous inspirons du processus de fonctionnement un appareil de déplacement latéral déterministe (DLD) qui utilise les variations de trajectoires des particules en fonction de leur taille pour les séparer dans l’écoulement. Nous étudions par ailleurs l’effet des suspensions de GRs sur les caractéristiques rhéologiques et les contraintes de cisaillement sur la paroi du vaisseau.Finalement, nous nous adressons à les interaction chimiques en développons un modèle numérique avec la méthode de Boltzmann sur réseaux-limite immergée (LB-IBM) pour résoudre la diffusion et l’advectiond’un soluté libéré par un particule en mouvement et déformable. L’oxygène et l’adénosine triphosphate (ATP) sont toutes les deux libérées par les GRs,se diffusent dans l'écoulement, et sont absorbées par l’endothélium. Ils représentent des facteurs de signalisation critiques pour les processus de l’inflammation et vasodilatation. Nous montrons que la morphologie des GRs affectera le temps de résidence et la dilution des espèces chimiques lorsqu’elles rentreront en contact avec la paroi du vaisseau. Ensemble, ces éléments nous conduisent vers la développement d’un modèle capable de simuler des processus vitaux du système vasculaire qui résultent d’événements locaux de composants individuels. / This thesis is devoted to the study of the interactions between red blood cells (RBCs) and the endothelium, the monolayer of cells lining blood vessels. The endothelium and RBCs have been shown to be active participants in various processes in the vascular system, and their interactions trigger biochemical signalling by mechanical (wall shear stress) and chemical (signalling molecules) means. We first investigate the role of RBCs, including pathological conditions, in creating time- and space-varying shear stress on the endothelium. Shear stress has been shown to be a critical element in biochemical signalling from the endothelium. In addition, as it has been shown that the endothelium is undulating due to the individual endothelial cells comprising it, we take this into account in our model of the geometry of the vessel wall. We find that this undulation affects the dynamics of the RBCs in the flow and the wall shear stress. We briefly explore how the deformability of a single RBC affects its trajectory in undulating channels, inspired by the idea behind deterministic lateral displacement devices (DLDs) which exploit the differing trajectories of particles based upon their sizes to separate them in flow. We also investigate the effect of suspensions of RBCs in undulating channels on rheological properties and wall shear stress. Finally, we address the chemical interactions by building a numerical model with the lattice Boltzmann-immersed boundary method (LB-IBM) to solve advection-diffusion of solute released from moving, deformable particles. Oxygen and adenosine triphosphate (ATP) are both released by RBCs and are advected and diffused in the flow and uptaken by the endothelium and serve as critical signalling factors in inflammation and vasodilation. We find that the morphology of RBCs will affect the residence time and dilution of the chemical species upon contact with the wall. Together, these elements lead us towards the development of a model capable of simulating vital processes in the vascular system which result from local interactions of individual components.

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Le niveau d’hémoglobine (Hb) d’un nouveau-né diminue dans les premiers mois de vie. Cette anémie dite physiologique est plus sévère chez les nourrissons admis aux soins intensifs néonataux (SIN), et ceux-ci nécessitent souvent une transfusion sanguine. En néonatalogie, les indications de transfuser sont controversées et les pratiques transfusionnelles sont très variables. Pour mieux comprendre ces pratiques, nous avons mené l’étude prospective «Epidemiology and determinants of red blood cells transfusion in a neonatal intensive care unit: a cohort study». 13.4% des patients consécutifs admis aux SIN pendant l’étude ont reçu au moins une transfusion sanguine. Les prématurés nés à moins de 28 semaines d’âge gestationnel ont reçu la majorité des transfusions (62.2%) mais les nourrissons à terme admis aux SIN sont aussi fréquemment transfusés (4.9% des transfusions). Les principales justifications évoquées par les cliniciens prescrivant des transfusions sont un niveau bas d’Hb, la maladie de base et le désir d’améliorer l’oxygénation des organes. Notre étude a confirmé une grande variabilité du seuil d’Hb justifiant une transfusion, s’étendant de 62 à 137 g/L. Le syndrome de défaillance multiviscérale (SDMV), défini par l’observation simultanée d’au moins deux dysfonctions d’organes, est un facteur important de mortalité-morbidité chez les enfants traités en soins intensifs pédiatriques. L’association entre SDMV et transfusions est bien décrite dans cette population. Deux listes de critères diagnostiques du SDMV pédiatrique sont utilisées dans la littérature médicale : celles de Proulx et de Goldstein. Nous avons entrepris l’étude de cohorte prospective «Multiple organ dysfunction syndrome in critically ill children : clinical value of two lists of diagnostic criteria» dans le but de valider et de comparer leur valeur diagnostique respective. Nos résultats ont démontré que l’épidémiologie du SDMV varie selon la définition utilisée : l’incidence était de 21.4% vs. 37.3% selon les critères de Proulx et de Goldstein respectivement. Les deux listes de critères diagnostiques ont une bonne reproductibilité inter- et intra-observateur; celle de Proulx est cependant associée à une plus haute mortalité à 90 jours (17.8% vs. 11.5%, p = 0.038). Le SDMV a été décrit chez les nouveau-nés en SIN en utilisant le NEOMOD, un score adapté à cette population. Avec une meilleure caractérisation, le SDMV deviendrait un critère de jugement intéressant pour les essais cliniques randomisés en médecine transfusionnelle en néonatologie. / In the first few months of life, the level of hemoglobin (Hb) in the newborn normally decreases. This physiological anemia is more severe in neonates admitted to a neonatal intensive care unit (NICU), who frequently require a red blood cells (RBC) transfusion. In neonatal medicine, the indications for transfusion are controversial and practices are highly variable. To better understand those practices, we conducted the prospective study: «Epidemiology and determinants of red blood cells transfusion in a neonatal intensive care unit: a cohort study». Among the patients consecutively admitted to NICU during the study period, 13.4% received at least one RBC transfusion. Although premature babies born at less than 28 weeks gestation received the majority of transfusions (62.2%), term neonates admitted to NICU were also frequently transfused (4.9% of transfusions). The main justifications for giving a RBC transfusion were: low Hb level, underlying illness and to improve oxygen delivery. We also observed a wide range of Hb thresholds that triggered a decision to transfuse (from 62 to 137 g/L). The multiple organ dysfunction syndrome (MODS), which is defined as the simultaneous dysfunction of at least two organs or systems, is highly associated with mortality and morbidity in critically ill children. The association between MODS and transfusions is also well described in this population. Two sets of criteria of pediatric MODS are currently used in the medical literature: one by Proulx, and another by Goldstein. We did the prospective cohort study «Multiple organ dysfunction syndrome in critically ill children : clinical value of two lists of diagnostic criteria» to validate and compare the diagnostic value of those two definitions of MODS. We observed that the epidemiology of MODS varies according to which list of criteria is used: the incidence was 21.4% vs. 37.3% with Proulx and Goldstein criteria, respectively. Both sets of criteria have a good inter- and intra-rater reproducibility. The diagnostic of MODS according to Proulx criteria is associated with higher 90-days mortality (17.8% vs. 11.5%, p = 0.038). MODS is also described in neonates, using a score adapted to this population, the NEOMOD. Neonatal MODS represents an interesting outcome measure in clinical trials in neonatal transfusion medicine. However, prior to that, it needs to be better characterized.

L’hémoglobine est une protéine contenue dans les globules rouges dont la principale fonction est le transport de l’oxygène. Chaque molécule d’hémoglobine est un tétramère constitué de deux paires de globines identiques de type α et β. La β-thalassémie est une maladie génétique hématopoïétique provenant de mutations du gène encodant l'hémoglobine. Ce désordre se caractérise par une diminution ou une absence totale de la synthèse de la chaîne β-globine résultant principalement en une anémie hémolytique sévère ainsi que des complications multisystémiques, telles que la splénomégalie, des déformations osseuses et une dysfonction hépatique et rénale. Actuellement, les transfusions sanguines chroniques représentent le traitement standard des patients β-thalassémiques. Cette thérapie nécessite l’administration conjointe d’un traitement chélateur de fer puisqu’elle entraîne une accumulation pathologique du fer, considéré à ce jour comme la source principale des complications cardiovasculaires de la β-thalassémie. Néanmoins, malgré le traitement efficace de la surcharge de fer transfusionnelle, l’insuffisance cardiaque demeure encore la principale cause de mortalité chez les patients atteints de β-thalassémie. Cette observation indique possiblement la présence d’un mécanisme complémentaire dans le développement de la physiopathologie cardiaque β-thalassémique. L’objectif du présent projet consistait donc à étudier les altérations cardiovasculaires de la β-thalassémie indépendamment de la surcharge de fer transfusionnelle. En utilisant un modèle murin non-transfusé de la β-thalassémie majeure, nous avons d’abord évalué in vivo, par méthode d’imagerie novatrice échographique à haute fréquence, les propriétés hémodynamiques vasculaires. Nos résultats d’index de Pourcelot ainsi que de résistance vasculaire périphérique totale ont démontré une perturbation de l’écoulement microcirculatoire chez les souris β-thalassémiques non-transfusées. Subséquemment, nous avons étudié la fonction endothéliale de régulation du tonus vasculaire de vaisseaux mésentériques isolés. Nos résultats ont révélé un dysfonctionnement de la réponse vasodilatatrice dépendante de l’endothélium chez les souris β-thalassémiques malgré une augmentation de l’expression de l’enzyme de synthèse du monoxyde d’azote ainsi qu’un remodelage de la carotide commune caractérisé par un épaississement de la paroi vasculaire. Finalement, notre étude échocardiographique de la fonction et la morphologie cardiaque a montré, chez les souris β-thalassémiques, le développement d’une hypertrophie et une dysfonction ventriculaire gauche en l’absence de transfusions sanguines chroniques ou de dépôts directs de fer dans le myocarde. L’ensemble des résultats présentés dans le cadre de cette thèse indique la présence d’une pathologie cardiovasculaire chez les souris β-thalassémiques non-transfusés. Nos travaux permettent de proposer un mécanisme de la pathophysiologie cardiovasculaire β-thalassémique, indépendant de la charge de fer transfusionnelle, impliquant les effets compensatoires d’une anémie chronique combinés à une vasculopathie complexe initiée par les érythrocytes endommagés et l’hémolyse intravasculaire. / Hemoglobin is the major protein in red blood cells and is responsible of the oxygen transport. Each hemoglobin molecule is a tetramer consisting of two identical α- and β-globin subunits. β-thalassemia is a genetic hematopoietic disease caused by mutations in hemoglobin genes. This disorder is characterized by a decrease or absence of production of β-globin chain leading mainly to a severe hemolytic anemia and several systemic manifestations, including splenomegaly, skeletal deformities as well as hepatic and renal dysfunctions. Chronic blood transfusions remain the standard treatment for β-thalassemic patients. This therapy requires iron chelating management since it leads to pathological iron accumulation which is currently considered the main cause of cardiovascular complications of β-thalassemia. However, despite adequate control of transfusional iron loading, heart failure remains the leading cause of mortality in β-thalassemia. This issue is possibly indicative of additional pathogenic mechanisms underlying the development of the β-thalassemic cardiac pathology. The objective of the present research project was to study cardiovascular alterations of β-thalassemia independently of transfusional iron overloading. Using an untransfused murine model of β-thalassemia major, we have evaluated in vivo, by non-invasive high-frequency ultrasound imaging, vascular hemodynamic properties. Our results of Pourcelot indices and total peripheral vascular resistance have shown microcirculatory flow disturbances in untransfused β-thalassemic mice. Consequently, we have studied ex vivo the endothelial vasomotor function in isolated mesenteric arterioles. Our findings have pointed out endothelium-dependent vasodilator dysfunction in β-thalassemic mice despite increased expression of nitric oxide synthase, as well as remodeling of the common carotid artery wall. Lastly, our echocardiography studies of heart morphology and function in β-thalassemic mice have demonstrated the development of left ventricle hypertrophy and dysfunction in the absence of chronic blood transfusions or direct myocardial iron deposits. In conclusion, findings presented in this thesis have demonstrated for the first time development of severe cardiovascular complications in untransfused β-thalassemic mice. Based on our results, we have proposed a novel mechanism, independent of direct myocardial iron deposition, responsible for the cardiovascular complications in β-thalassemia. This model combines compensatory effects of chronic anemia with a complex vasculopathy initiated by abnormal erythrocytes and intravascular hemolysis.

Ma thèse s'inscrit dans l'étude des modifications du globule rouge humain induites par P. falciparum. Ces modifications qui représentent une remarquable adaptation du parasite à un environnement plus complexe qu'il n'y paraît au premier abord et expliquent sa persistance chez l'Homme sont détaillées dans une revue et un chapitre de livre dont je suis co-auteur. Mes travaux de recherche ont porté sur la caractérisation fonctionnelle des structures de Maurer, un compartiment membranaire exporté par le parasite dans le globule rouge parasitaire et directement lié à la physiopathologie du paludisme grave. J'ai contribué à la caractérisation fonctionnelle de nouvelles protéines de ces structures, codées par trois familles multigéniques sub-télomériques en cluster avec la famille Pfmc-2tm, et présentant de façon étonnante un fort degré de conservation (article 1). La diminution d'expression de ces gènes, obtenue par titration d'un facteur transcriptionnel, entraine un défaut de libération des mérozoïtes. Mon deuxième projet porte sur l'identification des modalités d'export de la protéine transmembranaire résidente des structures de Maurer PfSBP1. Mes travaux montrent que PfSBP1 est exportée sous forme soluble dans le cytoplasme érythrocytaire, en interaction avec le complexe chaperon parasitaire PfTCP1 (article 2). / Plasmodium falciparum causes the most severe forms of human malaria, a pathology associated with the erythrocytic asexual stages of the parasite. My work focused on the remodeling of the infected erythrocytes induced by P. falciparum and detailed in a review and a book chapter that I co-authored. These modifications illustrate a remarkable adaptation of P. falciparum resulting in its persistence in humans. My PhD thesis was dedicated to the functional characterization of Maurer's clefts, a membrane compartment transposed by the parasite in the cytoplasm of its host cell, and central to the export of virulence factors to the host cell surface. I have conducted two projects and contributed first to the functional characterization of novel exported protein encoded by three highly conserved multigene sub-telomeric families in cluster with the Pfmc-2tm family. Down regulation of these gene families by promoter titration impacted the release of infectious merozoites from the host cell (annex 1). My second project was dedicated to the identification of the modality of export of the resident and Maurer's clefts transmembrane protein PfSBP1. I have shown that PfSBP1 is exported as a soluble protein in the host cell cytoplasm in interaction with the parasite Thermosome complex protein 1 (PfTCP1) chaperone complex (annex 2).

Einleitung: Eisenmangel ist ein häufiges Problem bei Ausdauersportlern, da dieser die Leistungsfähigkeit einschränken und zu einer Blutanämie führen kann. Von den klassischen Eisenstoffwechselparametern sind nur wenige geeignet, den tatsächlichen Eisenstatus anzuzeigen, da sie durch sportliche Aktivität per se beeinflusst werden können. In der Studie wird die Wertigkeit moderner Eisenstoffwechselparameter im Ausdauersport untersucht. Ergebnisse und Diskussion: Der Hämoglobingehalt der Retikulozyten (CHr) und der prozentuale Anteil der hypochromen Erythrozyten (% HYPO) bleiben als moderne Parameter der Eisenstoffwechseldiagnostik auch nach regenerativen, extensiven sowie intensiven Ausdauerbelastungen konstant. Sie zeigen somit unbeeinflusst von der (Ausdauer-)Sportart als auch von der Belastungsdauer und –intensität die aktuelle Eisenversorgung der Erythropoese im Knochenmark an. Als Monitoringparameter im Rahmen einer Eisensubstitution sind der CHr sowie der prozentuale Anteil hypochromer Retikulozyten sensible Parameter, mit denen sich schnell und zuverlässig die Effektivität einer oralen Eisensubstitution nachweisen lässt. Der Eisenstatus kann durch die alleinige Bestimmung des CHr bzw. des % HYPO nicht exakt ermittelt werden. Im Gegensatz zum Einsatz bei klinischen Fragestellungen können sie zu diesem Zeitpunkt in der Sportmedizin allenfalls nur ein ergänzender Parameter in der Differentialdiagnostik eines Eisenmangels sein. Die für Ausdauersportler ermittelten Referenzwerte liegen bei 28,8-35,9 pg für den CHr und bei 0-0,5 % für die hypochromen Erythrozyten. Ein belastungsbedingter Anstieg des Eisen-regulierenden Hormons Hepcidin könnte auf Grund seiner inhibitorischen Wirkung auf die intestinale Eisenabsorption sowie auf die Freisetzung von Eisen aus den Makrophagen zur Entwicklung von Eisenmangel-zuständen führen. Die Entwicklung von Hepcidin-Antagonisten könnte in Zukunft therapeutische Anwendungen finden. / Introduction: Athletes are commonly diagnosed with iron deficiency, particularly those involved in endurance sports. It often not only decreases athletic performance but also contributes to the development of anaemia. Many biochemical markers are used to evaluate body iron stores but some of them are affected by physical exercises. This study was designed to investigate new haematological parameters in endurance athletes. Results and discussion: Reticulocyte hemoglobin content (CHr) and percentage of hypochromic red cells (% HYPO) were highly stable in athletes subjected to varying physical loads. Furthermore, they were neither affected by different forms of endurance sports nor by their duration and intensity. These modern indices are able to reflect the availability of iron during erythropoiesis at all times. In the early prediction of response to oral iron supplementation, the reticulocyte indices CHr and % HYPOr (percentage of hypochromic reticulocytes) are the most sensitive parameters. However, it is not possible to assess the iron status in athletes by CHr and % HYPO alone. In contrast to other clinical cases they can only be an additional parameter in the differential diagnosis of iron deficiency. The calculated reference range for endurance athletes are 28,8 - 35,9 pg for CHr and 0-0,5 % for % HYPO. As the iron-regulating hormone hepcidin is inhibiting the absorption of iron from the diet at the site of the duodenal enterocytes and blocking the release of iron from macrophages that have collected senescent erythrocytes, an exercise induced up-regulation of hepcidin activity might potentially be a new mechanism causing iron deficiency in athletes. Therefore, the development of hepcidin antagonists could prove to be helpful with regard to therapeutic utilization.

La modélisation et la simulation numérique des interfaces sont au coeur de nombreuses applications en mécanique des fluides et des solides, telles que la biologie cellulaire (déformation des globules rouges dans le sang), l'ingénierie pétrolière et la sismique (modélisation de réservoirs, présence de failles, propagation des ondes), l'aérospatiale (problème de rupture, de chocs) ou encore le génie civil. Cette thèse porte sur l'approximation des problèmes d'interface et d'interphase en mécanique des fluides par la méthode NXFEM, qui permet de prendre en compte de façon précise une discontinuité non alignée avec le maillage. Nous nous sommes d'abord intéressés au développement de la méthode NXFEM pour des éléments finis non-conformes pour prendre en compte une interface séparant deux milieux. Nous avons proposé deux approches pour les équations de Darcy et de Stokes. La première consiste à modifier les fonctions de base de Crouzeix-Raviart sur les cellules coupées et la deuxième consiste à rajouter des termes de stabilisation sur les arêtes coupées. Les résultats théoriques obtenus ont été ensuite validés numériquement. Par la suite, nous avons étudié la modélisation asymptotique et l'approximation numérique des problèmes d'interphase, faisant apparaître une couche mince. Nous avons considéré d'abord les équations de Darcy en présence d'une faille et, en passant à la limite dans la formulation faible, nous avons obtenu un modèle asymptotique où la faille est décrite par une interface, avec des conditions de transmission adéquates. Pour ce problème limite, nous avons développé une méthode numérique basée sur NXFEM avec éléments finis conformes, consistante et stable. Des tests numériques, incluant une comparaison avec la littérature, ont été réalisés. La modélisation asymptotique a été étendue aux équations de Stokes, pour lesquelles nous avons justifié le modèle limite obtenu. Enfin, nous nous sommes intéressés à la modélisation de la membrane d'un globule rouge par un fluide non-newtonien viscoélastique de Giesekus, afin d'appréhender la rhéologie du sang. Pour un problème d'interphase composé de deux fluides newtoniens (l'extérieur et l'intérieur du globule) et d'un liquide de Giesekus (la membrane du globule), nous avons dérivé formellement le problème limite, dans lequel les équations dans la membrane sont remplacées par des conditions de transmission sur une interface. / Numerical modelling and simulation of interfaces in fluid and solid mechanics are at the heart of many applications, such as cell biology (deformation of red blood cells), petroleum engineering and seismic (reservoir modelling, presence of faults, wave propagation), aerospace and civil engineering etc. This thesis focuses on the approximation of interface and interphase problems in fluid mechanics by means of the NXFEM method, which takes into account discontinuities on non-aligned meshes.We have first focused on the development of NXFEM for nonconforming finite elements in order to take into account the interface between two media. Two approaches have been proposed, for Darcy and Stokes equations. The first approach consists in modifying the basis functions of Crouzeix-Raviart on the cut cells and the second approach consists in adding some stabilization terms on each part of a cut edge. We have studied them from a theoretical and a numerical point of view. Then we have studied the asymptotic modelling and numerical approximation of interphase problems, involving a thin layer between two media. We have first considered the Darcy equations in the presence of a highly permeable fracture. By passing to the limit in the weak formulation, we have obtained an asymptotic model where the 2D fracture is described by an interface with adequate transmission conditions. A numerical method based on NXFEM with conforming finite elements has been developed for this limit problem, and its consistency and uniform stability have been proved. Numerical tests including a comparison with the literature have been presented. The asymptotic modelling has been finally extended to Stokes equations, for which we have justified the limit problem. Finally, we have considered the mechanical behaviour of red blood cells in order to better understand blood rheology. The last part of the thesis is devoted to the modelling of the membrane of a red blood cell by a non-Newtonian viscoelastic liquid, described by the Giesekus model. For an interphase problem composed of two Newtonian fluids (the exterior and the interior of the red blood cell) and a Giesekus liquid (the membrane), we formally derived the limit problem where the equations in the membrane are replaced by transmission conditions on an interface.