Dans le domaine de la santé, l’analyse de l'haleine expirée offre un outil simple et non invasif pour le diagnostic précoce des maladies. Les capteurs de gaz à base de SnO2 modifies semblent être des dispositifs prometteurs pour détecter les gaz polaires tels que l'ammoniac. Dans cette étude, la fonctionnalisation de la surface de SnO2 a été réalisée afin d'obtenir un capteur de gaz sensible et sélectif à l'ammoniac, qui fonctionne à température ambiante. La première étape de la fonctionnalisation est la fixation covalente d’un film de 3-aminopropyltrethoxysalane (APTES) sur SnO2 en phase vapeur ou liquide. Les caractérisations effectuées par Spectroscopie Infrarouge et Spectrométrie photoélectronique X montrent qu’une quantité plus importante d'APTES a été greffée en phase liquide hydratée. La deuxième étape consiste à fonctionnaliser le SnO2-APTES avec des molécules contenant du chlorure d'acyle avec différents groupes tel que des groupes alkyle, acide et ester. Les capteurs modifiés par des acides et des esters sont sensibles à l’ammoniac entre 0,2 et 10 ppm à température ambiante. Cependant, le SnO2 APTES modifié par l’ester s'est révélé être plus sélectif que le capteur modifié par l'acide pour l’ethanol et le mondxyde de carbone. Ces résultats impliquent que la réponse est générée par les groupes fonctionnels acide et ester, NH3 modifie le moment dipolaire de la couche moléculaire greffée, ce qui entraine une modification de la conductance de SnO2. Le fonctionnement à température ambiante est l'un des avantages de ces capteurs, tout comme leur sélectivité à l'ammoniac en regard d'autres gaz tels que l'éthanol, le monoxyde de carbone et l'acétone. / One of the major challenges in the modern era is how we can detect the disease when we are still feeling healthy via noninvasive methods. Exhaled breath analysis is offering a simple and noninvasive tool for early diagnosis of diseases. Molecularly modified SnO2 sensors seem to be promising devices for sensing polar gases such as ammonia. SnO2 surface functionalization was performed in order to obtain sensitive and selective ammonia gas sensor that operates at room temperature. The first step of functionalization is the covalently attachment of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) film on SnO2 in vapor or liquid phases. The characterization performed by the Infrared Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy, show that more APTES were grafted by hydrous liquid phase silanization. The second step was the functionalization of APTES modified SnO2 with molecules having acyl chloride of end functional groups molecules such as alkyl, acid and ester groups. Pure SnO2 and APTES modified SnO2 sensors did not show any significant sensitivity to ammonia (0.2-100 ppm) at 25 °C. On the contrary, acid and ester modified sensors are sensitive to ammonia between 0.2 and 10 ppm at room temperature. However, ester modified SnO2 was more selective than acid modified sensor regarding the ethanol and carbon monoxide gases. Ammonia variates the attached molecular layer’s dipole moment which leads to change in SnO2 conductance. Working at ambient temperature is also one of the advantages of these sensors in addition to the selectivity to ammonia regarding other gases such as ethanol, carbon monoxide and acetone.

Le traitement et le diagnostic de maladies d'origine génétique suscite un grand intérêt à l'heure actuelle. De par leur spécificité d'appariement avec les acides nucléiques, les oligonucléotides possèdent un grand potentiel dans ce domaine. Ils se heurtent toutefois à des limitations majeures, dont leur faible stabilité en milieu physiologique et la difficulté qu'ils ont à franchir les membranes biologiques. De nombreuses équipes de recherche s'intéressent, afin de pallier ces limitations, à la conception et à la synthèse d'oligonucléotides chimiquement modifiés. Parmi ceux-ci, les Locked Nucleic Acids (LNA), présentant une modification qui consiste en l'insertion d'un pont −O−CH2− entre l'atome C2' et l'atome C4' du sucre, constituent une famille qui semble posséder les propriétés requises. Ils sont considérés comme des candidats très prometteurs en tant qu’agents thérapeutiques et qu’outils de diagnostic du génome. La caractérisation de la stabilité et de la sélectivité d'appariement entre les LNA et les acides nucléiques naturels est, dans ce contexte, important.<p><p>Dans ce travail, nous avons étudié la stabilité, la sélectivité d'appariement ainsi que la dynamique de la structure double brin d'un oligonucléotide hybride LNA-DNA, et nous avons comparé ces propriétés à celles d'un oligonucléotide DNA-DNA de même séquence. Ce dernier est constitué de 11 paires de bases formées par l'appariement du brin 5'-GCGTGTGTGCG-3' avec le brin 3'-CGCACACACGC-5'. Dans le cas de l'hybride, les nucléotides du second brin sont tous remplacés par des LNA.<p><p>La stabilité a été étudiée expérimentalement par différentes techniques :spectroscopie d'absorption UV, calorimétrie différentielle à balayage, résonance magnétique nucléaire et calorimétrie à titrage isotherme. Ces études montrent que la stabilité du duplexe hybride est plus importante que celle du naturel, et que ce phénomène s'explique par un terme entropique plus favorable pour la formation du duplexe LNA-DNA que pour la formation du duplexe DNA-DNA.<p><p>La sélectivité d'appariement a été étudiée en comparant la stabilité des deux oligonucléotides étudiés avec celle d'oligonucléotides présentant un mésappariement dans la séquence. Nos résultats montrent que la sélectivité d'appariement du brin LNA n'est pas significativement différente de celle du brin DNA. Ce résultat ne doit cependant pas être généralisé car nous n'avons testé qu'une position centrale pour le mésappariement.<p><p>L'étude de la dynamique de la structure des oligonucléotides a été effectuée par RMN et porte sur la caractérisation de la cinétique de l'ouverture individuelle des paires de bases. Nous observons que la durée de vie de l'état fermé des paires de bases G-C est supérieure dans l'oligonucléotide LNA-DNA, tandis que l'état fermé des paires A-T semble posséder une durée de vie supérieure dans l'oligonucléotide DNA-DNA.<p><p>Au cours de ce travail de thèse nous avons pu caractériser les facteurs énergétiques à la base de la stabilité accrue des oligonucléotides chimiquement modifiés de type LNA. Nous avons montré que leur sélectivité d’appariement n’est pas toujours supérieure à celle des oligonucléotides naturels et dépend des séquences impliquées. Enfin, nous avons mis en évidence les différences entre la dynamique de la structure d’un oligonucléotide possédant des LNA et celle d’un duplexe DNA. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les interactions ADN-protéine sont fondamentales dans de nombreux processus biologiques tels que la régulation des gènes et la réparation de l'ADN. Cette thèse est centrée sur l'analyse des propriétés physiques et dynamiques des interfaces ADN-protéine. À partir de l'étude de quatre complexes ADN-protéine, nous avons montré que l'interface ADN-protéine est dynamique et que les ponts salins et liaisons hydrogène se forment et se rompent dans une échelle de temps de l'ordre de la centaine de picosecondes. L'oscillation des chaînes latérales des résidus est dans certains cas capable de moduler la spécificité d'interaction. Nous avons ensuite développé un modèle de protéine gros grains dans le but de décomposer les interactions ADN-protéine en identifiant les facteurs qui modulent la stabilité et la conformation de l'ADN ainsi que les facteurs responsables de la spécificité de reconnaissance ADN-protéine. Notre modèle est adaptable, allant d'un simple volume mimant une protéine à une représentation plus complexe comportant des charges formelles sur les résidus polaires, ou des chaînes latérales à l'échelle atomique dans le cas de résidus clés ayant des comportements particuliers, tels que les cycles aromatiques qui s'intercalent entre les paires de base de l'acide nucléique / DNA-protein interactions are fundamental in many biological processes such as gene regulation and DNA repair. This thesis is focused on an analysis of the physical and dynamic properties of DNA-protein interfaces. In a study of four DNA-protein complexes, we have shown that DNA-protein interfaces are dynamic and that the salt bridges and hydrogen bonds break and reform over a time scale of hundreds of picoseconds. In certain cases, this oscillation of protein side chains is able to modulate interaction specificity. We have also developed a coarse-grain model of proteins in order to deconvolute the nature of protein-DNA interactions, identifying factors that modulate the stability and conformation of DNA and factors responsible for the protein-DNA recognition specificity. The design of our model can be changed from a simple volume mimicking the protein to a more complicated representation by the addition of formal charges on polar residues, or by adding atomic-scale side chains in the case of key residues with more precise behaviors, such as aromatic rings that intercalate between DNA base pairs

Croton urucurana Baillon (Euphorbiaceae), est une plante très connue et utilisée en médecine traditionnelle au Brésil, la «sangra-d’água» retrouvée dans l'État du Mato Grosso do Sul (région Centre-Ouest du Brésil). Son latex est abondamment utilisé en médecine traditionnelle dans le traitement de plusieurs types de cancer. En dépit de son importance ethnopharmacologique, on ne trouve aucune étude sur sa composition chimique ou sur sa potentielle activité anti-cancéreuse. L’objectif de ce travail a été d'évaluer l'activité cytotoxique des extraits totaux, fractions d’extraits et de molécules purifiées, isolées du latex de C. urucurana. Nous avons étudié plus particulièrement les effets du crourorb A1 sur la viabilité, l'apoptose, le cycle cellulaire et la migration de cellules issues de carcinome hépatocellulaire humaine (Huh-7). Nous avons également évalué l’effet du crourorb A1sur la viabilité des cellules Huh-7 cultivées dans les gels de collagène en 3D. L' activité cytotoxique ont été réalisées par le test à la sulforhodamine B sur six lignées cellulaire cancéreuses et sur une lignée cellulaire non cancéreuse de fibroblastes murins, les cellules NIH/3T3. L'étude phytochimique de la fraction ‘acétate d'éthyle’ du latex de C. urucurana bioguidé a permis d’obtenir un nouveau cyclopeptide que nous avons nommé [1-9-NαC]-crourorb A1. Le crourorb présente une cytotoxicité puissante sur la lignée cellulaire cancéreuse NCI-ADR/RES (ovaire, le phénotype de multirésistance) à un niveau équivalent à celle de la doxorubicine (témoin positif). Ce composé est de plus pratiquement inactif (GI50 = >250 μg/mL) sur la lignée non cancéreuse NIH/3T3. L'évaluation de la cytotoxicité in vitro du crourorb A1 (test wst1) sur les cellules Huh-7 a démontré que la viabilité des cellules est inhibée de manière dose et temps-dépendant. Nous avons mesuré une forte activation des caspases 3 et 7 et une nette augmentation de l’expression des protéines pro-apoptotiques (Bak, Bid, Bax, Puma, Bim et Bad) ainsi que de la caspase 3 clivée par le crourorb A1. Nous avons également déterminé que la voie de signalisation JNK-MAPkinase semble nécessaire à l’induction de la mort cellulaire des cellules Huh-7 traitées au crourorb A1. Le crourob A1 induit un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M. En parallèle, les expressions de la cycline-dépendante kinase CDK1, des cyclines B1 et D1 sont augmentées après traitement au crourorb A1. De plus, le crourorb A1 a un effet inhibiteur significatif de la migration des cellules Huh-7, en présence ou absence de mitomycine C. Nous avons également confirmé, l’effet inhibiteur du crourob A1 sur la viabilité des cellules Huh7 cultivées en 3D dans les gels de collagène 1 et démontré que les cellules cultivées en 3D semblent plus résistantes au crourorb A1 par rapport aux cultures en monocouche 2D. / Croton urucurana Baillon (Euphorbiaceae), plant species popularly known in Brazil as “sangra-d’água”, is commonly found in Mato Grosso do Sul State (midwestern Brazil), where its latex is popularly used to treat several types of cancer. Despite the ethnopharmacological significance of the species, no phytochemical or cytotoxic studies of its latex have been published. In this context, the aim of the present study was to assess the cytotoxic activity of crude extracts, fractions and isolated compound from the latex of C. urucurana and to investigate the effects of crourorb A1 on the viability, apoptosis, cell cycle and cell migration of human hepatocarcinoma cell lines (Huh-7). Also, we have evaluated the viability of Huh-7 cells treated with crourorb A1 in 3D collagen gels. The cytotoxicity was detected using the sulforhodamine B (SRB) assay against six human cancer cells lines and one nontumor NIH/3T3 cell line (murine fibroblast). Studies on the mechanism of cell death of crourorb A1 were conducted in different test systems in vitro. The bioactive ethyl acetate phase obtained from the latex of C. urucurana afforded a novel cyclic peptide, [1−9-NαC]-crourorb A1, that proved active against NCIADR/ RES (ovary, multidrug-resistance phenotype) cells with the same potency as doxorubicin (positive control) and inactive up to the highest concentration tested against nontumor NIH/3T3 cells (GI50 = > 250 μg/mL). Crourorb A1 treatment decreases the cell viability of Huh-7 at dose and time dependent manner associated with induction of apoptosis by caspase 3/7 activation and increasing expression of pro-apoptotic proteins: Bak, Bid, Bax, Puma, Bim, and Bad and clived-caspase3 protein. The JNK/MAP pathway is involved in this induced cell death. Crourorb A1 effect is also associated with G2/M phase cell cycle arrest. In parallel, we observed that crourorb A1 treatment resulted in an increase of cyclin-dependent kinase (CDK1), cyclin B1 and cyclin D1 expressions. A significant reduction of Huh-7 cells migration by crourorb A1 can be assessed and we also show that cells grown on 3D collagen gels exhibited increased resistance to crourorb A1 when compared to 2D cell culture. / Croton urucurana Baillon (Euphorbiaceae) é uma espécie arbórea conhecida popularmente no Brasil como “sangra d´água”, comumente encontrada no estado de Mato Grosso do Sul, onde seu látex tem sido utilizado na medicina popular no tratamento de vários tipos de câncer. Apesar de sua importância etnofarmacológica, não há relatos de estudos relacionados à sua composição química ou atividades anticâncer na literatura. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade citotóxica de extratos, fases, frações e da substância isolada do látex de C. ururucurana e investigar os mecanismos celulares e moleculares in vitro responsáveis pela citotoxicidade da substância isolada considerando seu potencial apoptótico e influência sobre a progressão do ciclo celular em uma linhagem de hepatocarcinoma celular humano (Huh-7), bem como, os efeitos desta substância sobre a migração e viabilidade de células Huh-7 cultivadas em geis de colágeno em 3D. O ensaio de citotoxicidade in vitro foi realizado com o corante sulforrodamina B (SRB) em seis linhagens de células neoplásicas humanas e uma linhagem de células não neoplásicas NIH/3T3 (fibloblasto murinho). Os estudos de mecanismos de ação com crourorb A1 foram conduzidos em diferentes sistemas-teste in vitro. O estudo fitoquímico biomonitorado da fase bioativa acetato de etila do látex de C. urucurana resultou no isolamento de um novo ciclopeptídeo denominado [19-NαC]-crourorb A1, que apresentou potente atividade citotóxica frente à linhagem de células neoplásicas NCI-ADR/RES (ovário com fenótipo de resistência a múltiplos fármacos), com a mesma potência que a doxorrubicina (controle positivo), e foi inativa até a maior concentração testada (GI50 = >250 μg/mL) frente à linhagem de células não neoplásicas 3T3. A exposição de células Huh-7 ao crourorb A1 resultou em uma diminuição da viabilidade celular de maneira dose e tempo-dependentes. Nós observamos um aumento da atividade de caspases 3 e 7 e um aumento da expressão de proteínas próapoptóticas (Bak, Bid, Bax, Puma, Bim e Bad) e caspase 3 clivada após tratamento com crourorb A1. Além disso, observamos que a via de sinalização celular MAP/JNK foi necessária para induzir a morte celular em células Huh-7 tratadas com crourorb A1. Os efeitos de crourorb A1 foram também associados com o acúmulo de células na fase G2/M do ciclo celular. Em paralelo, as expressões da cinase dependente da ciclina (CDK1), ciclina B1 e ciclina D1 foram aumentadas após tratamento com crourorb A1. Foi demonstrado também o envolvimento de crourorb A1 na redução da migração de células Huh-7 cultivadas na presença e ausência de mitomicina C. A avaliação da viabilidade de células Huh-7 cultivadas em geis de colágeno em 3D apontou uma maior resistência destas células ao crourorb A1 quando comparadas com a cultura de células em 2D.

La production d’électricité par voie solaire apparait comme la solution la plus prometteuse pour l’avenir, tant en termes de coûts que de pollution. Cependant, afin d’atteindre le niveau de technologie requis pour envisager l’implémentation de telles centrales à grande échelle, plusieurs verrous technologiques et scientifiques sont encore à lever.Dans cette optique, les récepteurs/absorbeurs volumiques pourraient permettre d’atteindre de plus hautes températures que les récepteurs surfaciques (technologie actuellement utilisée dans les tours solaires à concentration), permettant l’usage de cycles thermodynamiques à haute rendement, tels que les cycles Brayton. Via le projet ANR-OPTISOL, la thèse présentée ici veut répondre en partie à ces problématiques par l’étude des absorbeurs solaires volumiques :- Une étude expérimentale des mousses céramiques utilisées comme absorbeur solaire volumique haute température a été menée au laboratoire CNRS-PROMES (UPR 8521). Une expérience a été conçue afin de tester des échantillons de 5cm de diamètre soumis au flux solaire concentré en conditions quasi-1D au foyer d’un four solaire à axe vertical ;- Un code de calcul des transferts thermiques couplés en milieu poreux a été développé utilisant l’hypothèse de « milieu homogène équivalent », puis validé sur les campagnes expérimentales ;- Finalement, un algorithme d’optimisation par essaim de particules a été utilisé afin de déterminer les propriétés géométriques optimales de mousses céramiques maximisant l’efficacité de conversion thermosolaire. / Solar-to-electricity power plants appear to be the most promises way for large electricity production in the future, in terms of costs as well as environmental impacts. Thus, reaching the required technology level still requires research and innovations in order to implement such power plants at large scale.In this context, volumetric solar receivers/absorbers could allow us to reach higher temperatures in comparison to surface receivers (actual concentrating solar power technology used in solar towers), leading to high efficiency thermodynamical cycles such as Brayton cycles. With the ANR-OPTISOL project, this thesis tends to give new answers on volumetric solar absorbers using ceramic foams:- Experimental studies of open pores ceramic foams used as high temperature volumetric solar absorber have been conducted at CNRS-PROMES laboratory (UPR 8521), with designed of a dedicated experiment for 5cm diameter samples operating under quasi-1D conditions submitted to concentrated solar power at the focal point of a vertical axis solar furnace;- A numerical code has been developed in order to solve coupled heat transfers in porous medium using the “equivalent homogeneous medium” hypothesis, then validated on the experimental campaigns;- Finally, an optimization algorithm has been used (“particle swarm optimization”) aiming the identification of the optimal geometrical characteristics maximizing the solar-to-thermal efficiency of ceramic foams.

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La stimulation électrique neurale, appliquée au système nerveux périphérique pour la restauration des fonctions motrices ou la neuromodulation, est une technologie en plein essor, en particulier la stimulation implantée avec des électrodes Cuff positionnées autour d’un nerf périphérique. Le principal frein au développement des systèmes de stimulation est la difficulté à obtenir la stimulation ou l’inhibition des fonctions cibles de manière précise et indépendante, c’est-à-dire, obtenir une sélectivité des fonctions. Les paramètres impliqués dans la sélectivité au sens large ne sont pas toujours intuitifs, et le nombre de degrés de libertés (choix de l’électrode, nombre de contacts, forme du pulse etc.) est important. Tester toutes ces hypothèses en expérimentation n’est pas faisable et inenvisageable dans le réglage des neuroprothèses en contexte clinique. La modélisation a priori nous permet d’établir des critères de choix, de déterminer les stratégies les plus efficaces et de les optimiser. Par ailleurs, un grand nombre d’études ont pu prévoir des stratégies de sélectivité inédites grâce à la modélisation, et validées a posteriori par l’expérimentation. Le schéma de calcul scientifique est composé de deux parties. On modélise, d’une part, la propagation du champ de potentiels électriques générés par les électrodes à l’intérieur d’un volume conducteur représentant le nerf (étude biophysique), et d’autre part l’interaction entre ce champ de potentiels et les neurones (réponse électrophysiologique). Notre première contribution propose une méthode originale de modélisation et d’optimisation de la sélectivité spatiale avec une électrode Cuff, sans connaissance a priori de la topographie de nerf. Partant de ce constat, nous déterminons de nouveaux critères, l’efficacité et la robustesse, complémentaires à la sélectivité, nous permettant de faire un choix entre des configurations multipolaires concurrentes. Ainsi, en fonction de la pondération de ces critères, nous avons développé un algorithme d’optimisation pour déterminer la configuration optimale en fonction de la zone choisie, du diamètre des fibres visées ainsi que de la durée de stimulation, pour un pulse type rectangulaire de référence. Des expérimentations sur modèle animal nous ont permis d’évaluer l’efficacité de la méthode et sa généricité. Ce travail est partie intégrante d’un projet plus vaste de stimulation du nerf vague (projet INTENSE), où l’une des applications concerne le traitement des troubles cardiaques. L’objectif est d’activer sélectivement une population spécifique de fibres nerveuses pour obtenir des effets plus ciblés conduisant à une thérapie améliorée, tout en diminuant les effets secondaires. La deuxième contribution consiste à combiner la sélectivité spatiale et la sélectivité au diamètre de fibre avec un modèle générique de nerf et une électrode Cuff à 12 contacts. L’utilisation d’une forme d’onde particulière (prépulse) combinée avec des configurations multipolaires permet d’activer des fibres d’un diamètre défini dans un espace ciblé. Les perspectives cliniques sont nombreuses, notamment sur la réduction de la fatigue liée à l’utilisation prolongée de la stimulation ou la diminution des effets secondaires. Dans le cadre du projet INTENSE, la seconde application liée à la stimulation du nerf vague vise le problème de l’obésité morbide. L’activation des axones cibles liés aux fonctions gastriques nécessite une quantité de charges conséquente. Plusieurs études suggèrent que les formes de pulse non rectangulaires peuvent activer les axones du système nerveux périphérique avec une quantité de charges réduite comparée à la forme de pulse rectangulaire de référence. Notre dernière contribution concerne l’étude expérimentale et de modélisation de ces formes d’ondes complexes. L’approche par modélisation, si elle est bien maîtrisée, apporte une analyse pertinente voire même indispensable au réglage clinique des neuroprothèses. / Neural electrical stimulation, applied to the peripheral nervous system for motor functions restoration or neuromodulation, is a thriving technology, especially implanted stimulation using Cuff electrodes positioned around a peripheral nerve. The main obstacle to the development of stimulation systems is the difficulty in obtaining the independent stimulation or inhibition of specific target functions (i.e. functional selectivity). The parameters involved in selectivity are not always intuitive and the number of degrees of freedom (choice of electrode, number of contacts, pulse shape etc.) is substantial. Thus, testing all these hypotheses in a clinical context is not conceivable. This choice of parameters can be guided using prior numerical simulations predicting the effect of electrical stimulation on the neural tissue. Numerous studies developed new strategies to achieve selectivity based on modeling results that have been validated a posteriori by experimental works. The computation scheme is composed of two parts : the modeling of the potential field generated by the electrodes inside a conductive medium representing the nerve on the one hand; and the determination of the interaction between this field of potentials and neurons on the other. Our first contribution is an original method of modeling and optimization of the spatial selectivity with a Cuff electrode, without prior knowledge of the nerve topography. Based on this observation, we determined new criteria, efficiency and robustness, complementary to selectivity, allowing us to choose between multipolar configurations. Thus, according to the weighting applied to these criteria, we developed an optimization algorithm to determine the optimal configuration as a function of the target zone, fiber diameter and the stimulation duration for a typical rectangular pulse. Experiments on animal model allowed us to evaluate the effectiveness and genericness of the method. This work was performed as part of a larger project on vagus nerve stimulation (INTENSE project) in which one of the applications focused on the treatment of cardiac disorders. The main objective was to selectively activate a specific population of nerve fibers to improve therapy and decrease side effects. In a second contribution, numerical simulations were used to investigate the combination of multipolar configurations and the prepulses technique, in order to obtain fiber recruitment in a spatially reverse order. The main objective was to achieve both spatial and fiber diameter selectivity. Expected clinical perspectives of this work are the reduction of fatigue related to a prolonged use of stimulation and the reduction of side effects. Within the framework of the INTENSE project, the second application investigated vagus nerve stimulation as a therapy for morbid obesity. Activation of target axons related to gastric functions requires a significant amount of charge injection. Several studies suggest that non-rectangular waveforms can activate axons of the peripheral nervous system with a reduced amount of charge compared to the reference rectangular pulse shape. Our last contribution focuses on the experimental study and the modeling of these complex waveforms. The modeling approach, if performed properly and while bearing in mind its limits, provides a relevant and even indispensable analysis tool for the clinical adjustment of neuroprostheses.

L’objectif de ce travail est de remplacer les catalyseurs organométalliques à base d’étain et de mercure utilisés lors de la synthèse de polyuréthane via la réaction isocyanate – alcool. Une étude bibliographique a montré que la basicité et la nucléophilie d’un catalyseur organique gouvernent son activité et le mécanisme réactionnel qu’il induit. Pour les catalyseurs organométalliques, ces propriétés catalytiques s’expliquent par des considérations électroniques ainsi que par le principe HSAB. D’autre part, une étude approfondie du catalyseur organomercuriel a été menée. Elle a révélé l’intérêt d’ajouter à l’espèce catalytique organométallique un acide carboxylique, de préférence à longue chaîne carbonée. Celui-ci ralentit l’hydrolyse du catalyseur tout en augmentant sa sélectivité envers la réaction isocyanate – alcool. De nouveaux catalyseurs ou systèmes catalytiques originaux ont ensuite été évalués grâce à un test simplifié. Trois catalyseurs organométalliques ont ainsi été sélectionnés pour de nouveaux essais dans des conditions plus proches de celles rencontrées dans l’industrie. Ils se sont tous révélés actifs, mais seul le -dicétonate de zinc II permet d’obtenir un prépolymère incolore et transparent, deux critères essentiels pour les applications visées. Il pourrait donc remplacer le catalyseur organostannique. Enfin, l’étude de la sélectivité de systèmes catalytiques impliquant un catalyseur commercial en présence d’acide néodécanoïque a confirmé le rôle protecteur de ce dernier. La sélectivité du complexe de zinc retenu précédemment a par ailleurs été évaluée et apparaît 2,5 fois supérieure à celle du complexe organomercuriel à remplacer. / The aim of this work is to replace organotin and organomercury catalysts used for the synthesis of polyurethane via the isocyanate – alcohol reaction. A bibliographic review revealed that basicity and nucleophilicity of an organic catalyst affect its activity and the reaction mechanism it induces. For organometallic catalysts, these catalytic properties can be explained by electronic considerations and by the HSAB principle. On the other hand, a comprehensive study of the organomercury catalyst highlighted the benefit to combine it with a carboxylic acid, preferably with a long carbon backbone. This slows down hydrolysis of the catalyst while increasing its selectivity toward the isocyanate – alcohol reaction. New original catalysts or catalytic systems were then evaluated using a simplified experiment. Three organometallic catalysts were selected for further testing in conditions closer to industrial ones. They all showed appropriate catalytic activity, but the zinc II -diketonate is the only one to provide a colorless and transparent prepolymer, two essential criteria for the intended applications. This complex could therefore replace the organotin catalyst. Finally, the study of the selectivity of catalytic systems involving a commercial catalyst in the presence of neodecanoic acid confirmed its protective role toward hydrolysis. The previously retained zinc complex was also evaluated and revealed a selectivity 2.5 times greater than that of the organomercurial complex to replace.

La douleur chronique est une maladie fréquente et grave qui, pour de nombreuses personnes, ne peut pas être entièrement traitée avec les choix thérapeutiques actuels. Des agonistes des récepteurs opioïdes delta (DORs) ont été proposés comme interventions thérapeutiques pour ces maladies. Des recherches précliniques ont montré que l'activation des DOR produit des effets anti-hyperalgiques et antidépresseurs avec moins d'effets secondaires associés aux analgésiques opioïdes disponibles sur le plan clinique. Cependant, de nombreux agonistes DOR induisent une tolérance analgésique, entravant ainsi leur développement en tant que médicaments. Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les causes cellulaires et moléculaires de la tolérance ainsi que ce qui rend certains agonistes plus résistants à la tolérance que d'autres. Dans le premier projet, nous nous sommes concentrés sur la superactivation de l'adénylyl cyclase induite par un ligand, un modèle de réponse adaptative médiée par les isoformes de l'adénylyl cyclase (AC). La superactivation de l'adénylyl cyclase (SA) a été associée à l’hyperalgésie, la tolérance analgésique et à des symptômes de sevrage. Ainsi, nous étions curieux de voir si les profils de signalisation cellulaire créés pour la découverte de médicaments pouvaient nous fournir des informations sur la capacité d'un ligand à induire la SA. Pour répondre à cette question, nous avons généré des profils de signalisation complets pour six agonistes différents du DORs (Met-enképhaline, deltorphine II, DPDPE, SNC-80, ARM390 et TIPP) tout en surveillant 12 différents résultats de signalisation avec des biocapteurs à base de BRET. L'analyse des profils de signalisation a montré une sélectivité fonctionnelle remarquable parmi les ligands étudiés. Ensuite, nous avons pu classer les agonistes DOR en fonction de la similarité de leurs profils en utilisant l'approche que nous avons adaptée de notre laboratoire. Nous avons par la suite démontré que, à l'exception de TIPP, dont la réponse SA était Ca2+-indépendante, les catégories de médicaments résultant du regroupement sont corrélées avec la capacité du ligand à provoquer une SA. Une investigation plus approfondie des mécanismes a révélé que Gαi/o était essentiel tant pour la SA déclenchée par TIPP que par Met-Enkepkaline, mais les mécanismes en aval étaient assez distincts pour ces ligands. Ensemble, nos résultats indiquent que les mécanismes sous-jacents à la tolérance cellulaire induite par les agonistes DOR sont spécifiques au ligand. Dans le deuxième projet, nous nous sommes principalement intéressés aux mécanismes de tolérance aux agonistes DOR qui peuvent être en partie expliqués par la désensibilisation et la régulation négative des récepteurs. Il a été établi que, les ligands qui induisent le recyclage du récepteur après l'internalisation ont été trouvés pour fournir une analgésie de longue durée. Par conséquent, les expériences menées dans cette étude ont été menées pour révéler davantage les déterminants moléculaires sous-jacents au recyclage du récepteur et sur la manière dont l'interaction agoniste-récepteur pourrait produire des modèles distincts de régulation des récepteurs. Nous avons évalué l'activation de l'agoniste et la désensibilisation du signal DOR-Gαi1. Nos données ont rapporté que le DPDPE était pratiquement sans effet sur la désensibilisation de l'activation de Gαi1, tandis que la désensibilisation par la deltorphine II était plus importante que celle induite par le DPDPE mais moins que celle induite par l'ARM390 et le SNC-80. Ensuite, nous avons établi que les DORs stimulés par le DPDPE se recyclaient de manière plus efficace que ceux activés par la deltorphine II. De plus, nous fournissons des preuves phénoménologiques que des interventions similaires ont des effets distincts sur le recyclage évoqué par chaque ligand. En particulier, la truncation du DOR ou la surexpression de βarr2 avaient des effets différentiels sur le recyclage par le DPDPE et la deltorphine II. Il est admis que les mécanismes sous-jacents à ces différences restent à être pleinement décrits, mais la phénoménologie de nos observations soutient l'idée que le DPDPE et la deltorphine II mettent en œuvre des processus de recyclage distincts. / Chronic pain is a common and severe disease that, for many people, cannot be fully treated with current therapeutic choices. Agonists of the delta opioid receptor (DOR) have been proposed as therapeutic interventions for this illness. Preclinical research has shown that DORs produce antihyperalgesic and antidepressant-like effects with fewer side effects than the ones associated with clinically available opioid analgesics. However, numerous DOR agonists induce analgesic tolerance, hampering their development as medications. Thus, further investigations are needed to understand the mechanisms underlying the tolerance associated with chronic opioid use. This thesis aimed to further understand the cellular and molecular mechanisms that causes tolerance as well as what makes some agonists more resistant to tolerance than others. In the first project, we focused on ligand-induced cyclase superactivation (SA), a pattern of adaptive response mediated by adenylyl cyclase (AC) isoforms. Cyclase SA has been associated with hyperalgesia, analgesic tolerance, and withdrawal symptoms. Therefore, we were curious to assess weather cell-based signalling profiles created for drug discovery could provide us with information on the ability of a ligand to induce cyclase SA. To address this question, we generated comprehensive signalling profiles for six different DOR agonists (Met-enkephalin, deltorphin II, DPDPE, SNC-80 and ARM390) while monitoring 12 different signalling outcomes with BRET-based biosensors. Analysis of the signalling profiles showed remarkable functional selectivity among the investigated ligands. Next, we were able to classify DOR agonists based on the similarity of their profiles using the approach we adapted from our lab. We subsequently demonstrated that except for TIPP, whose SA response was Ca2+-independent, the drug categories resulting from clustering are correlated with ligand capacity to cause SA. Further investigation of the mechanisms revealed that Gαi/o was essential for both TIPP and Met-Enkepkalin-driven cyclase SA. However, downstream mechanisms were quite distinct for these two ligands. Altogether, our findings indicate that mechanisms underlying cellular tolerance induced by DOR agonists are ligand-specific. In the second project, we were primarily concerned with the mechanisms of tolerance to DOR agonists that may be, in part, explained the receptor desensitization and downregulation. Obviously, ligands that induce receptor recycling after internalization have been found to provide long-lasting analgesia. Therefore, the objectives of the experiments in this project were to assess the molecular determinants affecting receptor recycling and how agonist-receptor interaction can result in different patterns of receptor regulation. We assessed agonist inducing activation and desensitization of DOR-Gαi1 signal. Our data showed that DPDPE was efficient in activating the receptor without noticeable desensitization effect. On the other hand, deltorphin II exerted a significant desensitization effect. However, this effect was low when compared to ARM390 and SNC-80. Then, we established that DORs stimulated by DPDPE recycle more efficiently than those activated by deltorphin II. We also provided phenomenological evidence on receptor recycling elicited by each ligand. In particular, DOR truncation or the overexpression of βarr2 had differential effects on receptor recycling by DPDPE and deltorphin II. While our data shed light on the mechanism underlying these differences, further investigation is needed for the mechanism to be fully elucidated. Admittedly, our observations support the notion that DPDPE and deltorphin II engage distinct recycling processes.