Dans le monde, 58 millions de personnes sont chroniquement infectées par le virus de l'hépatite C (VHC). Depuis 2011, l'introduction des antiviraux à action directe a permis la guérison des infections chroniques chez la majorité des sujets traités (~95 %). Toutefois, les traitements sont coûteux et ne protègent pas contre les réinfections, d'où la nécessité de développer un vaccin prophylactique pour freiner efficacement l'épidémie du VHC. Environ 30% des primo-infections sont éliminées spontanément, représentant une occasion unique d'étudier les corrélats de l’immunité protectrice nécessaires pour le développement d’un vaccin efficace. Dans cette thèse, nous avons procédé à la définition des corrélats de l'immunité protectrice au cours des infections par le VHC primaires et subséquentes aux niveaux transcriptomique, clonotypique et fonctionnel à partir d’une cohorte d’utilisateurs de drogues par injection. Le premier objectif était de caractériser le répertoire de récepteurs des cellules T CD8 spécifique de l'épitope immunodominant et cross-réactif NS3 1073-1081 (CINGVCWTV) restreint par HLA-A2 au cours d’une primo-infection aiguë progressant vers une résolution spontanée ou une infection chronique. Nous avons identifié un ensemble de treize clonotypes publics, indépendamment de l'issue de l'infection. Plusieurs clonotypes publics avaient une longue durée de vie après résolution de l’infection et ont proliféré après réinfection par le VHC. En explorant les bases de données publiques, nous avons identifié plusieurs clonotypes partagés avec d'autres épitopes viraux restreints par HLA-A2, mais ils étaient de faible fréquence et de réactivité croisée limitée, suggérant un rôle limité des lymphocytes T CD8 cross-réactifs au cours de l'infection primaire par le VHC. Le deuxième objectif était de caractériser les signatures transcriptomiques longitudinales des cellules mononucléaires du sang périphérique totaux chez huit sujets ayant spontanément résolu deux infections consécutives par le VHC. Nous avons également comparé ces signatures avec un schéma vaccinal composé d'un vecteur à adénovirus de chimpanzé suivi d'un rappel utilisant la vaccine modifiée Ankara, exprimant tout deux les protéines non-structurales du VHC. Nous avons identifié une signature transcriptomique des plasmocytes au cours d'une réinfection aiguë, absente lors de l'infection primaire et après le rappel du vaccin. La résolution spontanée est associée à une expansion rapide des cellules B mémoires spécifiques de la glycoprotéine E2 chez 3 sujets et à une augmentation transitoire des anticorps neutralisants anti- E2 chez 6 sujets. Parallèlement, il y avait une augmentation de l'étendue et de l'ampleur des lymphocytes T spécifiques du VHC chez 7 sujets. En conclusion, nous avons identifié treize clonotypes publics uniques au VHC qui ont proliféré au cours des infections primaire et secondaire. La faible fréquence des clonotypes cross-réactifs suggère qu'ils ne sont pas des déterminants majeurs de l’issue de l’infection. De plus, nous avons observé une augmentation simultanée des réponses des lymphocytes B et T spécifiques du VHC au stade aiguë précoce, suggérant un rôle des deux bras de l’immunité adaptative dans la clairance de la réinfection du VHC. Nos résultats soutiennent l'idée de combiner deux stratégies vaccinales induisant à la fois une immunité à médiation cellulaire et une immunité humorale visant à prévenir les infections chroniques par le VHC. / Worldwide, 58 million individuals are chronically infected with hepatitis C virus (HCV). Since 2011, the introduction of direct acting antivirals enabled the cure of chronic HCV in the majority of treated subjects (~95%). However, direct-acting antivirals treatments are expensive and do not protect against reinfection, urging the need to develop a prophylactic vaccine to efficiently curb the HCV epidemic. Around 30% of acutely infected individuals will spontaneously clear the infection, representing a unique opportunity to study the correlates of immune protection needed to develop a potent vaccine. In this thesis, we proceeded to define the correlates of protective immunity during primary and sub-sequent HCV infections at the transcriptomic, clonotypic and functional levels using longitudinal peripheral blood mononuclear cells samples collected from a cohort of people who inject drugs (PWID). The first aim was to characterize the CD8 T cell receptor repertoire specific to the immunodominant and cross-reactive HLA-A2 restricted NS3 1073-1081 (CINGVCWTV) epitope during acute HCV in PWID progressing to either spontaneous resolution or chronic infection. We identified a set of thirteen public clonotypes in HCV-infected subjects irrespective of infection outcome. Several public clonotypes were long-lived in resolvers and expanded upon reinfection. By mining publicly available data, we identified several TCR clonotypes shared with other HLA-A2 restricted epitopes, but they were of low frequency and limited cross-reactivity, suggesting that they are not major determinants of infectious outcome. The second aim was to characterize longitudinal transcriptomic signatures using total peripheral blood mononuclear cells, as well as T and B cell recall responses in eight subjects who spontaneously resolved two successive episodes of HCV infection. Furthermore, we compared the transcriptomic signatures of primary and secondary resolving HCV infections, with an HCV nonstructural protein vaccine regimen of recombinant chimpanzee adenovirus 3 vector prime followed by modified vaccinia Ankara boost. We identified a plasma cell transcriptomic signature during early acute HCV reinfection that was absent in primary infection and following HCV vaccine boost. Spontaneous resolution of HCV reinfection was associated with rapid expansion of glycoprotein E2-specifc memory B cells in 3 subjects and transient increase in E2-specific neutralizing antibodies in 6 subjects. Concurrently, there was an increase in the breadth and magnitude of HCV-specific T cells in 7 subjects. In conclusion, we identified thirteen new public CD8+ TCR clonotypes unique to HCV that expanded during acute infection and reinfection. The low frequency of crossreactive TCRs suggests that they are not major determinants of infectious outcome. Moreover, we observed a concurrent increase of HCV-specific B and T cell responses early during acute HCV reinfection at the transcriptomic and functional levels, suggesting a role for both arms of the adaptive immune response in HCV reinfection clearance. Our results support the combined T and B cell-based vaccine strategy aimed at preventing chronic HCV infections.

Les maladies autoimmunes sont des affections chroniques, le plus souvent invalidantes, qui touchent plus de 5% de la population dans les pays développés. L’autoimmunité résulte de la rupture des mécanismes de tolérance du système immunitaire vis-à-vis des autoantigènes exprimés par les tissus de l’organisme, entraînant la destruction d’un ou de plusieurs organes-cibles par les lymphocytes T et/ou B. L’hépatite autoimmune et le diabète autoimmun se caractérisent par la destruction sélective des hépatocytes et des cellules beta pancréatiques, respectivement. De plus en plus d’arguments suggèrent une implication des lymphocytes T CD8+ dans le déclenchement, la progression et la régulation des réponses associées à plusieurs maladies autoimmunes. Dans ce projet, nous avons suivi l’évolution de clones de lymphocytes T CD8+ spécifiques à un antigène particulier dont le site d’expression différait. Pour ce faire, nous avons développé deux nouveaux modèles murins double transgéniques par croisement entre une lignée de souris exprimant un TCR transgénique spécifique à la nucléoprotéine (NP) du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV), et une souris exprimant cette NP-LCMV : 1) uniquement dans les hépatocytes (modèle d’hépatite autoimmune), ou 2) simultanément dans le thymus et le pancréas (modèle de diabète autoimmun). L’avidité fonctionnelle des lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP chez les souris TCR transgéniques était inversement proportionnelle au niveau d’expression du TCR. Le répertoire lymphocytaire dans le thymus, la rate, les ganglions et le sang périphérique a été caractérisé pour chacune des lignées de souris double transgéniques, de même que la capacité fonctionnelle et le phénotype (marqueurs d’activation/mémoire) des lymphocytes T CD8+ autoréactifs. Chacun des deux nouveaux modèles présentés dans cette étude ont montré que les lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP sont aptes à briser la tolérance centrale et périphérique et à provoquer une réaction d’autoimmunité spontanée. Dans le modèle d’hépatite autoimmune, où l’expression de l’autoantigène était restreinte au foie, la surexpression du TCR transgénique a entraîné une délétion thymique quasi-totale des lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP prévenant le développement d’une hépatite spontanée. alors qu’un niveau de TCR comparable à celui d’une souris de type sauvage a permis une sélection positive des lymphocytes autoréactifs qui se sont accumulés dans le foie où ils se sont activés pour provoquer une hépatite autoimmune spontanée. Dans le modèle de diabète autoimmun, où l’autoantigène était exprimé dans le pancréas et le thymus, les souris des deux lignées double transgéniques ont montré une délétion thymique partielle, peu importe le niveau d’expression du TCR. Seuls les mâles adultes développaient un diabète spontané et une partie de leurs lymphocytes T CD8+ exprimaient une combinaison particulière de marqueurs d’activation/mémoire (CD44, CD122, PD-1). Cette population lymphocytaire était absente chez les souris femelles et les mâles sains. L’étude de la tolérance des lymphocytes T CD8+ autoréactifs dans nos deux nouveaux modèles murins double transgéniques a permis d’identifier des mécanismes alternatifs possiblement impliqués dans la tolérance et l’activation, et de mieux comprendre le rôle des lymphocytes T CD8+ autoréactifs dans le processus autoimmun menant à l’hépatite autoimmune et au diabète autoimmun. Ces découvertes seront utiles pour développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblant les lymphocytes T CD8+ autoréactifs. / Autoimmune diseases are chronic and often invalidating disorders affecting more than 5% of the population in developed countries. Autoimmunity results from a breach in tolerance mechanisms towards autoantigens expressed in tissues and organs leading to the destruction of one or more target-organs by T and/or B lymphocytes. Autoimmune hepatitis and autoimmune diabetes are characterised by selective destruction of hepatocytes or pancreatic beta cells respectively. Accumulating evidences suggest a direct implication for CD8+ T cells in initiation, progression and regulation processes associated with many autoimmune diseases. To study the development of CD8+ T cell clones towards a particular antigen whose expression site was different, we developed two new double transgenic mice models. Each mice model was obtained after breeding of a mouse expressing a TCR specific for the nucleoprotein (NP) from lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) with a second mouse expressing this LCMV-NP either 1) exclusively in hepatocytes (autoimmune hepatitis model), or 2) broadly in the pancreas and thymus (autoimmune diabetes model). The functional avidity of the NP-specific CD8+ T cells clones in TCR transgenic mice lines was inversely correlated with their respective TCR expression level. The lymphocyte repertoire was characterized in each line of double transgenic mouse, and functional capacities and phenotype (activation/memory markers) of NP-reactive CD8+ T cells were assessed. Both new models of double transgenic mice showed that NP-reactive CD8+ T cells could break central and peripheral tolerance and provoke a spontaneous autoimmune response. In the autoimmune hepatitis model, where autoantigen was expressed only in the liver, overexpression of the transgenic TCR led to massive thymic deletion of the NP-specific CD8+ T cells and no hepatitis developed, whereas TCR expression matching wild-type level allowed positive selection of autoreactive CD8+ T cells which accumulated in the liver, became activated and led to hepatitis development. In the autoimmune diabetes model, where autoantigen was expressed both in the pancreas and thymus, both double transgenic mouse lines showed a partial thymic deletion of NP-specific CD8+ T cells, regardless of the TCR expression level. Only adult male mice developed spontaneous diabetes, and a population of their autoreactive CD8+ T cells expressed a singular combination of activation/memory markers (CD44, CD122, PD-1) which was not seen in female and healthy male mice. The study of the tolerance of autoreactive CD8 + T cells in our two new double transgenic mouse models led us to identify alternative mechanisms potentially involved in tolerance and activation, and to better understand the role of autoreactive CD8 + T cells in the autoimmune processes leading to autoimmune hepatitis and autoimmune diabetes. These findings will be useful in developing new therapeutic approaches targeting autoreactive CD8+ T cells

La prévalence des allergies alimentaires IgE-médiées aurait triplé au cours de la dernière décennie avec des études Nord-Américaines atteignant les 8% chez les enfants. Quoiqu’il n’y ait à ce jour aucun traitement curatif pour les allergies alimentaires, l’immunothérapie oral (OIT) constitue une nouvelle approche expérimentale prometteuse. Cette dernière consiste en l’administration de doses progressive d’allergènes par voie orale sur une période prolongée dans le but d’instaurer un état de désensibilisation et possiblement une tolérance orale soutenue. Cette approche a été démontrée sécuritaire et permettrait la désensibilisation à haute dose de plus de 80% des participants allergiques aux arachides, lait ou œufs. Dans cette thèse, nous présentons 2 études de phase 1 portant sur des protocoles d’OIT, destinés à optimiser l’efficience du traitement chez les sujets avec allergies alimentaires multiples. Près de 30% des enfants avec allergie alimentaire sont allergiques à plus d’un aliment, une proportion qui augmente à 70% lorsqu’on considère les cas les plus sévères. Ces enfants sont à risque augmenté de réactions accidentelles et souffrent d’un impact plus grand sur leur qualité de vie. Dans la première étude, en créant un mélange individualisé avec un ratio stochiométrique 1:1 entre les protéines des aliments allergiques de l’enfant, nous démontrons qu’il est possible de désensibiliser jusqu’à 5 aliments simultanément avec un profil d’innocuité similaire à une monothérapie. Dans la seconde étude, nous utilisons un traitement à l’omalizumab, un anticorps monoclonal anti-IgE, pour permettre une désensibilisation orale multi-allergénique fortement accélérée. Lorsque comparé à l’approche sans omalizumab, ce protocole s’associe à une nette diminution du temps requis pour atteindre les doses d’entretien, passant d’une médiane de 21 à 4 mois, sans affecter le profil d’innocuité. Alors que ces études fournissent des approches cliniques raisonnables pour désensibiliser la population multi-allergique, plusieurs questions persistent, notamment en ce qui a trait à l’induction de tolérance permanente. Une barrière majeure à cet égard réside dans notre piètre compréhension des mécanismes sous-jacents à l’immunothérapie. Prenant avantage d’échantillons cliniques bien caractérisés provenant des essais cliniques ci-haut mentionnés, nous utilisons les nouvelles technologies de séquençage TCR pour suivre la distribution clonale des lymphocytes T spécifiques aux arachides durant une immunothérapie orale. Nous démontrons que l’OIT s’associe à des changements significatifs dans les fréquences des clones spécifiques, suggérant un processus d’épuisement clonal et de remplacement. Nous démontrons par ailleurs que le test de prolifération lymphocytaire, traditionnellement utilisé pour évaluer la réponse cellulaire allergique, est dominé par une distribution polyclonale hautement non-spécifique. Cette observation a des implications majeures considérant que la plupart de la littérature actuelle sur la réponse T se base sur cette technique. En somme, cette thèse jette les bases pour des programmes de recherche translationnelle pour optimiser et personnaliser les protocoles cliniques actuels et développer de nouvelles avenues d’investigation et de traitement pour améliorer la prise en charge des sujets avec allergies alimentaires. / The prevalence of IgE-mediated food allergies has tripled over the last decade with prospective studies indicating that up to 8% of children may be affected in North America. There is currently no cure for food allergy but oral immunotherapy (OIT) is an experimental approach to treat food allergies. It consists in the progressive administration from minute to large amounts of the allergenic food by the mouth over a prolonged period of time to induce a state of desensitization and possibly sustained tolerance. This approach has been shown to be safe and to allow desensitization to high doses in over 80% of participants allergic to peanuts, milk or egg. In this thesis, we present two phase 1 trials on OIT protocols designed to efficiently treat multiple foods allergies. About 30% of children with food allergy are allergic to more than one food. This proportion increases to 70% when considering the most severe cases. Children with multiple food allergies are at higher risk of accidental reactions and suffer from greater impact on quality of life than those with single food allergies. By creating a customized treatment mix with a 1:1 stoichiometric ratio for the child’s relevant food proteins, we were first able to safely desensitize up to 5 foods simultaneously with a safety profile similar to single allergen therapy and a minimal increase in time to maintenance. Then, taking advantage of recent evidence showing that omalizumab, an anti-IgE receptor monoclonal antibody, can significantly raise reaction thresholds in food allergic subjects, we used short courses of omalizumab to allow very rapid oral desensitization to various foods in a second phase 1 study. When compared to “standard” multi-OIT, the omalizumab-enabled rush protocol resulted in a decreased time to maintenance from a median of 21 to 4 months. While these studies provide reasonable clinical approaches to this population, many questions remain, especially with regards to long term tolerance. A major limit to our progress in improving these protocols stems from our lack of understanding of the underlying immune mechanisms of oral immunotherapy. Taking advantage of well phenotyped samples from the afore-mentioned trials, we used next-generation high-throughput TCR sequencing to follow clonal distribution of peanut specific T cells during oral immunotherapy. We found that OIT is associated with significant changes in food-specific clonal frequencies, suggesting clonal exhaustion and replacement as an underlying mechanism of OIT. In addition, we show that the proliferation assay which is traditionally used to assess the cellular response is dominated by a highly non-specific polyclonal distribution. This observation has important implications considering most of the current literature on T cell response to immunotherapy is based on this assay. This highlights the need for the development of new tools to assess the cellular allergic response. Overall this thesis lays the ground for further comprehensive translational research programs on the treatment of food allergy.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, ein Vektorsystem zu entwickeln, dass den simultanen Transfer verschiedener Transgene in CD8+ und CD4+ T-Zellen und dadurch die Herstellung eines immunotherapeutischen T-Zell-Produkts ermöglicht, welches aus zwei unterschiedlich modifizierten T-Zell-Subtypen besteht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Targeting-Technologie von lentiviralen auf γ-retrovirale Vektoren übertragen. Anschließend wird die Herstellung von Vektoren beschrieben, die spezifisch für murines CD4 oder CD8 sind. Deren Spezifität wurde zum einen durch die exklusive Expression von GFP in CD4+ oder CD8+ Zellen und zum anderen durch den Dosis-abhängigen Verlust des GFP-Signals nach Inkubation dieser Zellen mit CD4- und CD8-blockierenden Antikörpern nachgewiesen. Im dritten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass MVm8 und MVm4 primäre T-Zellen spezifisch transduzieren. MVm8-vermittelter Transfer des Ovalbumin (OVA)-reaktiven TZRs OT-I führte zu T-Zellen, die OVA+ Tumor-Zelllinien erkannten und Interferon-γ sezernierten. Der vierte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der in vivo Transduktion primärer T-Zellen mithilfe von MVm8, welches den OT-I-TZR und eine Luciferase transferiert (MVm8/OT-I-luc). Durch systemische Applikation von MVm8/OT-I-luc wurden T-Zellen in vivo transduziert. Durch Immunisierungen konnten antigen-spezifisches Homing, Expansion und eine anschließende Kontraktion in vivo transduzierter T-Zellen gezeigt werden. Mäuse mit starker OT-I-luc-Expression waren gegenüber einer Infektion durch OVA-transgene listeria monocytogenes geschützt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das in dieser Arbeit entwickelte Vektorsystem in der Lage ist zwischen Subtypen von T-Zellen zu unterscheiden und sie simultan mit unterschiedlichen Transgenen auszustatten. Für MVm8 konnte gezeigt werden, dass es T-Zellen direkt in vivo transduzieren kann. / The aim of this thesis was to generate a vector system that allows the simultaneous transfer of different transgenes into CD8+ and CD4+ T cells, allowing the generation of a immunotherapeutic T cell product comprised of two differently engineered T cell subsets. The first part of the thesis describes the transfer of the measles virus (MV) envelope-based targeting technology from lentiviral (LV) to γ-retroviral (gRV) vectors. The second part reports the generation of two targeting vectors specific for murine CD4 or CD8. The exclusive specificity of MVm4 and MVm8 was proven by expression of GFP in CD4+ and CD8+ reporter cells, respectively, but not in CD4-CD8- cells after transduction, and by a dose-dependent loss of GFP signal after incubation of reporter cells with CD4 or CD8 blocking antibodies before transduction. The third part shows that MVm8 but not MVm4 transduced primary T cells. MVm8-mediated transfer of the ovalbumin (OVA)-reactive TCR OT-I resulted in T cells secreting interferon-γ (IFNγ) upon recognition of OVA+ tumor cell lines. The final part of this thesis describes the in vivo transduction of primary T cells using MVm8 transferring OT-I and a luciferase (MVm8/OT-I-luc). To this end, B6 mice deficient for Rag2 have been repopulated with either polyclonal (B6) or monoclonal T cells derived from P14-TCR transgenic mice (P14). One day later the transferred T cells were transduced in vivo by systemic application of MVm8/OT-I-luc. Upon immunization in vivo-transduced T cells homed, expanded and contracted repeatedly in an antigen-dependent manner. Finally, mice exhibiting strong luc-signals showed improved protection against infections by OVA-transgenic listeria monocytogenes (LM-OVA). In conclusion, the viral vector system developed within this thesis is able to discriminate between the two main T cell subsets and to equip them with distinct transgenes simultaneously.

Adoptiver Transfer EBV-spezifischer, polyklonaler T-Zelllinien findet Anwendung bei Prophylaxe und Therapie EBV-assoziierter Erkrankungen. Der Ansatz hat den Nachteil der aufwändigen Herstellung der T-Zelllinien, welche aufgrund der Stimulation mit EBV transformierten B-Zelllinien oft nicht die gewünschten EBV Antigene, sondern immundominante EBV Antigene erkennen. Eine Alternative zum polyklonalen T Zelltransfer stellt die Übertragung EBV-spezifischer T-Zellrezeptoren (TCRs) dar. Dadurch können subdominante EBV Antigene angegangen werden, die von Tumorzellen tatsächlich exprimiert werden. In den hier beschriebenen Arbeiten, verwendeten wir peptidbeladene dendritische Zellen (DCs), um selektiv CD4+ T-Zellen gegen ein Epitop aus dem EBV Protein EBNA2 anzureichern. Es gibt Hinweise darauf, dass DCs sich besonders zur Stimulation von T-Zellen eignen, die subdominante EBV Antigene erkennen. Die TCR Gene eines solchen CD4+ T-Zellklons, sowie zweier CD8+ Klone, wurden in Vektoren kloniert, mit denen die EBV Spezifität der Klone auf andere T-Zellen übertragen werden sollte. Wie bereits zuvor in anderen Laboren beobachtet, waren auch unsere TCR modifizierten T-Zellen zunächst nicht in der Lage, EBV infizierte Zielzellen effektiv zu attackieren. Erst durch Modifikation der Vektorstrategie (2A Peptidlinker als Ersatz für das IRES Element (internal ribosomal entry site)) sowie der TCR Gene (Codon-Optimierung) konnte eine deutlich verbesserte Expression und Funktion der modifizierten T-Zellen erreicht werden. Außerdem hing die Effektivität der modifizierten T-Zellen essentiell von der als Zielzelle verwendeten LCL ab. Die hier beschriebenen Arbeiten zeigen die erfolgreiche Übertragung von TCRs gegen EBV Antigene auf T-Zellen. Die so modifizierten T-Zellen erlangten anti-EBV Aktivität und sprechen daher für die prinzipielle Anwendbarkeit TCR-modifizierter T-Zellen zur Behandlung EBV-assoziierter Erkrankungen. / Adoptive transfer of polyclonal Epstein-Barr-virus (EBV)-specific T cell lines has been used as prophylaxis and therapy in patients with EBV-associated malignancies. This approach, however, is limited by the difficult expansion of polyclonal T cells directed mainly against dominant EBV antigens presented on EBV-transformed B cell lines (LCLs). Isolating EBV-specific T cell receptors (TCRs) for transduction of T cells is an alternative strategy to confer T cell immunity against EBV antigens including subdominant EBV antigens. In this study, we have used peptide-pulsed DCs to selectively expand EBV-specific CD4+ T cell clones against an EBNA2-derived epitope. Data suggested that peptide-pulsed DCs are particularly effective in stimulating T cells specific for subdominant EBV antigens. TCR genes from one of these clones as well as from two CD8+ T cell clones were identified by RACE PCR. TCR alpha and beta chains where then cloned into retroviral vectors for transduction of T cells to equip them with anti-EBV specificity. The TCR-modified T cells where then tested for their function towards LCLs to assess the chances for the use of EBV-redirected T cells in adoptive immunotherapy of EBV-associated disease. Like in previous reports, our EBV-specific TCRs at first did not confer effective activity against LCLs. Instead, we had to apply modifications to the TCR vectors to improve expression and function of the introduced TCRs. Codon optimization as well as replacement of the IRES site by a 2A peptide linker was required to significantly increase expression and function of transduced TCRs. Also, we found that the effectiveness of TCR transduced T cells is dependent on the target cell chosen. Our data show successful transfer of functionally active EBV-specific TCRs into T cells to render them effective against LCLs, representing the basis for the development of TCR-transgenic T cells for adoptive T cell transfer in EBV-associated disease.

This thesis reports both the optimizations of the vanadium oxide (VOx) thin film as an active infrared detector material by the magnetron sputtering deposition method and its use during fabrication of proper resistors for the microbolometers. Vanadium oxide is a preferred material for microbolometers, as it provides high TCR value, low noise, and reasonable resistance, and a number of high-tech companies have used this material to obtain state-of-the-art microbolometer arrays. This material is first used in microbolometers by Honeywell, who provides its recipe with license agreements, and there is not much information in the literature for its deposition recipe. This is the first study at METU for development of vanadium oxide thin film for microbolometers. The VOx material deposition studies started by identifying the deposition parameters of the magnetron sputtering system in order to obtain proper VOx resistors for the readout electronics. The obtained recipe includes high temperature deposition conditions of VOx, however, this causes a diffusion problem on the electrodes, preventing to obtain a good contact to VOx. Also, high oxygen level in the depositions makes a contamination on the electrodes. A number of studies were done to determine a proper electrode material which is proper with the deposition conditions of the VOx. Characterization of the vanadium oxide samples is done by XRD and XPS measurements to see the relation between the phases and resistivity of the vanadium oxide. It is known that V2O5 phase provides a high TCR and resistivity value, and the XRD results show that this phase is dominant in the highly-oxygen doped or annealed resistors. The TCR and noise measurements are done using resistors implemented with the developed VOx film, after the etching processes of the both VOx and the electrodes are optimized. The contamination on the electrodes is prevented by the help of a newly designed process. The TCR measurement results show that annealing of the resistors affect the TCR values, i.e., increasing the annealing duration increases the TCR values of the resistors. Two different resistors with different deposition conditions are annealed to see the effect of annealing, where TCR results of the resistors are -0.74%/K and -0.8 %/K before annealing. The TCR values of these resistors increase to -1.6 %/K and -4.35 %K, respectively, after annealing in same conditions, showing that both the deposition conditions and annealing change the TCR significantly. Although good TCR values are obtained, the noise values of the VOx resistors are much higher than the expected values, which suggest a further study to determine the cause of this noise.

This thesis reports the development of Vanadium Tungsten Oxide (VWO) film as an active detector material for uncooled infrared detectors by using the reactive DC magnetron co-sputtering method. VWO is a doped form of the Vanadium Oxide (VOx) which is known as a prominent material for uncooled infrared detectors with its high TCR, low resistivity, and low noise properties. VOx is a widely preferred material for commercialized uncooled infrared detectors along with its drawbacks. Fabrication is fairly difficult due to its unstable material properties and the need for low process temperatures for a monolithic, CMOS compatible surface micromachining process. Hence, a new material with high performance and easier fabrication is needed. This thesis is the first study at METU on the development of high-performance VWO as an active detector material for uncooled infrared detectors. Deposition studies of VWO primarily started by measuring the effects of deposition parameters upon the magnetron sputtering system. Because the high effectiveness of the tungsten doping has been obtained for the doping level below 10% according to literary information, maximum vanadium (V) deposition rate together with minimum tungsten (W) deposition rate has been initially aimed. TCR of the VWO films has been measured between -2.48 %/K and -3.31 %/K, and the variation of noise corner frequency from 0.6 kHz to 8 kHz has been observed. In addition to these results of VWO, a favorable VOx recipe which has the highest performance done at METU in terms of resistance, TCR, noise and uniformity has also attained during the studies. Structural characterization of VWO is achieved using XPS, XRD, and AFM characterization techniques. Other than the sputtering parameters, post-annealing process and oxygen plasma exposure was examined as well. A general observation of the post-annealing is that it decreases not merely the TCR but also the noise of the deposited film. A short-period oxygen plasma exposure has a constructive effect on the noise behavior. Fabricated vanadium tungsten oxide with sandwich type resistor structure shows very close but better bolometric properties when compared with the yttrium barium copper oxide (YBCO), which is another material being studied in scope of other theses at METU. XPS, XRD and AFM characterization methods have been used for the structural characterization of vanadium-tungsten-oxide.

Durant ces quarante dernières années, les Tubes à Ondes Progressives (TOP) n’ont cessé de se développer, orienté par la demande croissante des nouvelles applications (Internet Haut débit, TV HD…). Cette demande croissante en fréquence et en puissance se traduit par des problèmes d’échauffement thermique. En effet, l’augmentation de la puissance de sortie augmente la puissance dissipée. De plus, la montée en fréquence nécessite une diminution des dimensions, qui conduit tout logiquement à des densités de puissance plus importantes. Cette chaleur produite doit être évacuée par des petites surfaces de contact qui dépendent fortement du type d’assemblage. Cet échauffement thermique implique également des changements du comportement mécanique. Dans ce travail de thèse, le point principal a été l’étude du comportement des interfaces dans les tubes à ondes progressive. Il est question d’étudier les interfaces thermomécaniques produites lors de l'assemblage (frettage à chaud). L’objectif est de fournir un modèle de détermination de la température d’hélice en fonctionnement. Compte tenu des configurations de fonctionnement (Vide, haute tension, petite dimension…) une mesure directe n’est pas réalisable. Néanmoins plusieurs méthodes de mesure indirectes ont été investiguées afin de trouver la plus appropriée. Cette étude porte dans un premier temps sur les lignes de transmissions puis sur les collecteurs des TOPs. Nous avons réalisé un modèle analytique purement thermique permettant d’identifier rapidement l’impédance thermique des dispositifs. Une mesure de RTC et une coupe métallographique déterminant les surfaces de contact alimente ce modèle afin de lui donner une meilleure précision. Un modèle élément finis 2D nous permet d’identifier une pression moyenne de contact afin d’utiliser la RTC correspondante.L’impédance thermique, nous permet de trouver la température d’hélice en indiquant la puissance dissipée dans la ligne. / During these last forty years traveling Waves tubes did not stop developing directed by the increasing request of the new applications (High-speed Internet, TV HD). This increasing request in frequency and in power is translated by thermal heating problems. Indeed, the more the output power will be high, the more there will be of the dissipated power, with smaller and smaller size. This leads logically to bigger and bigger power densities. This produced heat must be evacuated by small contact areas, which depend strongly on the type of assembly. This thermal heating also involves changes of the mechanical behaviour. The principal point will be the study of the behaviour of the interfaces in traveling waves tubes. Thesis work, we study the thermal and mechanical interfaces produced during a hot shrinking. Goal of this work is to supply a numerical or analytical model of helix temperature determination with functioning. Considering the configurations of functioning (Vacuum, high-voltage, small dimension) a direct measure is not impossible. Nevertheless several indirect measure methods were investigated to find the most appropriate. This study concerns at first the transmissions lines then the collectors of TOPS. We realized an analytical thermal model allowing to identify quickly the thermal impedance of devices. A thermal contact resistance measurement and a metallographic cutting determining the contact areas feeds this model to give it a better precision. A 2D finite element allows us to identify an average pressure of contact to use the corresponding RTC. The thermal resistance, allows us to find the helix temperature by indicating the power dissipated in the line.

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Dans les industries de procédés, les opérations de pompage et de transformation sont fondamentales et omniprésentes. Durant ces opérations unitaires (incluant des transferts de chaleur, de matière et de quantités de mouvement), les produits évoluent (réactions chimiques et biochimiques, croissances microbiennes, traitements thermiques, etc.) induisant dans de nombreux cas des phénomènes d'encrassement avec des cinétiques et des intensités variables. Les recherches issues de l’INRA ont conduit à la mise au point d’un capteur d’encrassement basé sur une analyse thermique différentielle et locale. Ce dernier permet le contrôle en continu et en ligne du niveau d’encrassement d’un équipement et a été protégé par brevet. L’entreprise Neosens a acquis une licence d’exploitation exclusive sur ce brevet afin de développer et commercialiser le produit dont les limites sont maintenant connues.Dans ce travail, nous visons à atteindre deux objectifs majeurs en vue de répondre aux nouvelles problématiques posées. Le premier doit permettre la mise au jour d’un capteur d’encrassement en utilisant les technologies microsystèmes. Le second vise la validation d’un nouveau mode de fonctionnement et d’une méthode pour le contrôle de l’encrassement. Ce travail s'appuie naturellement sur les travaux antérieurs et les principales phases de recherche ont porté sur la conception, la réalisation et l'intégration d'éléments sensibles sur les bases technologiques des microsystèmes, l'intégration des régimes thermiques permanent et périodique associés au traitement en ligne du signal et à la validation expérimentale aux échelles laboratoire, pilote et industrielles des géométries et configurations nouvelles.Les travaux de recherche ont permis de fiabiliser et d’améliorer considérablement les performances métrologiques. Le microsystème réalisé apparaît comme complémentaire du capteur existant en termes de limites de détection et de quantification. / In industrial processes including agro and bioprocess, fouling is considered to be a complex and misunderstood phenomenon. Unit operations (including heat, mass and momentum transfers) are carried out in continuous, batch or fed-batch processes. During these operations, the products may evolve (chemical and biochemical reactions, microorganisms growth and activity, etc.) and fouling may occur with a wide range of kinetics from minutes up to years and dimensions from micrometers up to centimeters. Research issued from INRA led to develop a fouling sensor based on local differential thermal analysis and to patent this system. The device enables on-line and continuous monitoring of fouling propensity. Neosens company acquired an exclusive licence and develop and commercialize the sensor whose operating limits are known. In this work, our scientific and technological objectives are to break new locks through: (i) the realization of a fouling sensor based on microsystems technologies, (ii) the investigation and validation of an alternative thermal working mode and a method for fouling monitoring. Based on the previous work, our research deals with conception, realisation and integration of components based on microsystems technologies, integration of permanent and periodic thermal regimes with on-line data treatment and experimental validation at laboratory, pilot-plant and industrial scales for new geometries and configurations.This work led to metrology improvement and reliability. The resulting microsensor seems to be a complement of previous sensor regarding detection and quantification limits