Le design urbain, dimension de la pratique urbanistique, consiste principalement en la manipulation de la forme urbaine selon une démarche ciblée et encadrée. Les approches sont aussi nombreuses que diversifiées. On peut néanmoins les classer en deux catégories : les approches visant la forme urbaine en tant qu‟objet qui contient l‟organisation formelle de la ville et celles qui visent le travail sur la forme urbaine afin d‟organiser la dynamique urbaine humaine. Les deux types d‟approches soutiennent différentes démarches d‟aménagement qui contribuent à développer la forme urbaine et la dynamique des lieux. Parmi celles-ci se trouve la vision de type empirique, laquelle vise l‟expérience urbaine à l‟échelle du piéton. Les écrits et les théories à ce sujet sont variés et pertinents. La présente recherche porte sur la transposition des prescriptions empiriques dans la planification d‟un projet qui intègre une démarche de design urbain. Au moyen d‟une étude de cas, la Cité multimédia à Montréal, il s‟agit de comprendre plus spécifiquement comment le canevas maître du design urbain, soit l‟espace public, est étudié et reformulé et ce, en accordant une attention particulière pour la dimension empirique du futur aménagement. Quelles sont les balises ou les composantes qui permettent à la dimension empirique de se déployer dans la conception d‟un projet urbain qui vise une reformulation de la forme urbaine? / Urban design, a dimension of urbanistic practice, principaly consists in urban forms manipulations according to a formal and targeted approach. Approaches are numerous and diversified, altought they can be classified in two categories: those who consider the urban form as an object including the city's formal organisation and those who consider the work on the urban form as a way to organise the city's humane dynamics. Both of them support specific planning approaches that contribute to the urban form and location dynamcs developpement. Among these, the empirical type vision targets the pedestrian scale urban experience. Litterature and theories are various and pertinent. The present research concerns transposition of empirical prescriptions in the planning of a project that includes an urban design approach. Threw a case study, Montreal's Cité du Multimédia, the goal is to understand more specificaly how the public space, urban design's master grid, is studied considering the empiric dimension of the developpement. What are the markers or components allowing the empirical dimension to develop in the planning of a project that includes reformulation of the urban form?

Le récepteur CD36 est impliqué dans le transport des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Les dommages tissulaires et la dysfonction cardiaque observés après une ischémie-reperfusion (I/R) du myocarde sont en partie liés à l’internalisation et au métabolisme oxydatif accrus des AGNE dont la concentration sanguine augmente transitoirement après un infarctus du myocarde, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur contre les dommages induits par une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de vérifier l’effet cardioprotecteur du EP 80317 et 2) de définir son mécanisme, plus précisément de documenter l’effet du traitement sur le métabolisme lipidique. À cette fin, des souris de type sauvage ont été traitées par le EP 80317 (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. Le cœur et les tissus périphériques (foie, muscle squelettique et dépôts adipeux) ont été prélevés pour déterminer le profil de certains gènes impliqués dans la régulation du métabolisme lipidique. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le EP 80317 est associé à une augmentation transitoire du stockage des triglycérides et d’une réduction des AGNE circulants. / The CD36 receptor is involved in the transport of non-esterified fatty acids (NEFA) in cardiac and peripheral tissues. Tissue injury and cardiac dysfunction are in part due to acute internalization and oxidative metabolism of NEFA which concentration rises transiently in the blood following myocardial infarction, in opposition to what is observed in CD36-deficient mice. We hypothesized that EP 80317, a synthetic ligand of the CD36 receptor, provides cardioprotective effect against injuries induced by transient myocardial ischemia. Our objectives were 1) to verify the cardioprotective effect of EP 80317 and 2) to define its mechanism, more precisely to investigate the mechanisms of the treatment on lipid metabolism. For this purpose, wild-type mice were treated with EP 80317 (289 nmol/kg) subcutaneously for 14 days before being submitted to 30 minutes of ischemia following left anterior descending coronary artery ligature and reperfusion for a period of 6 or 48 hours. Heart and peripheral tissues (liver, skeletal muscle and adipose tissue) were harvested to determine the profile of selected genes involved in the regulation of lipid metabolism. Our work has shown that the cardioprotective effect of a pretreatment with EP 80317 is associated with a transient increase of triglycerides storage and reduced circulating NEFA.

OBJECTIF: L’apoB plasmatique prédit le diabète de type 2 chez l’humain. Une clairance ralentie des triglycérides (TG) favorise la lipotoxicité et la résistance à l’insuline (RI). Nous avons démontré ex vivo que les LDL, forme majeure d’apoB-lipoprotéines, altèrent le stockage des gras dans le tissu adipeux blanc (TAB) humain. Nous émettons l’hypothèse que le lien reliant l’apoB plasmatique à la RI et l’hyperinsulinémie est médié par un retard de clairance des gras diététiques. MÉTHODE/RÉSULTATS: Nous avons examiné la sécrétion d’insuline (SI), puis la RI lors d’un test de tolérance au glucose intraveineux suivi d’un clamp hyperinsulinémique-euglycémique chez des sujets obèses normoglycémiques (N=29, 45%hommes, indice de masse corporelle (IMC)≥27kg/m2, 45-74ans, post-ménopausés). La clairance des TG diététiques a été mesurée suivant l’ingestion d’un repas gras marqué au 13C. La fonction d’une biopsie de TAB (à jeun) a été mesurée comme la capacité à stocker un substrat de 3H-TG. L’apoB était de 1,03±0,05g/L et corrélait avec la RI, la 2ième phase de SI, un délai de clairance des TG diététiques et une réduction de la fonction du TAB. Un retard de clairance des TG diététiques était associé à la RI et la 2ième phase de SI. Une correction pour la clairance des TG diététiques ou la fonction du TAB a éliminé l’association entre l’apoB et la RI et la 2ième phase de SI. CONCLUSION: L’association entre l’apoB plasmatique et la RI et la SI chez les sujets obèses est médiée par une clairance ralentie des gras diététiques et une dysfonction du TAB. / OBJECTIVE: Plasma apoB predicts type 2 diabetes in humans. Delayed TG clearance promotes lipotoxicity and insulin resistance (IR). We demonstrated ex vivo that LDL, the major form of apoB-lipoproteins, impairs human white adipose tissue (WAT) fat storage. We hypothesized that the link between plasma apoB, IR and hyperinsulinemia is mediated through delayed dietary fat clearance. METHODS/RESULTS: We examined insulin secretion (IS) and IR during a intravenous-glucose tolerance test followed by a hyperinsulinemic-euglycemic clamp in normoglycemic obese (N=29, 45%men, body mass index (BMI)≥27kg/m2, 45-74yrs, postmenopausal). Dietary TG clearance was measured after the ingestion of a 13C-triolein-labeled high-fat meal. The function of a fasting WAT biopsy was measured as the ability to store a 3H-TG substrate. Plasma apoB averaged 1.03±0.05g/L, and correlated with IR, 2nd phase IS, delayed dietary TG clearance and reduced WAT function. Moreover, delayed dietary TG clearance was associated with higher IR and 2nd phase IS. Correcting for dietary TG clearance or WAT function eliminated the association of plasma apoB with IR and 2nd phase IS. CONCLUSION: The association of plasma apoB with IR and IS in obese subjects is mediated by delayed dietary fat clearance and WAT dysfunction.

L'insulinorésistance, caractérisée par l'incapacité des organes impliqués dans le métabolisme énergétique (tissu adipeux, muscles squelettiques et foie) à répondre à l'insuline, tient une place centrale dans la physiopathologie des complications métaboliques de l'obésité. L'apparition d'une insulinorésistance chez un sujet obèse est plurifactorielle et les mécanismes moléculaires impliqués ne sont à ce jour pas complètement élucidés.L'expansion majoritairement hyperplasique du tissu adipeux conduit à une hypoxie et un stress des adipocytes, induisant un relargage accru de cytokines inflammatoires et d'acides gras libres (AGL). Les AGL se fixent eux-mêmes sur les récepteurs toll-like (TLRs) de l'immunité innée, dont l'activation aboutit également à la sécrétion de cytokines inflammatoires. Ces AGL et cytokines, véhiculés par la circulation systémique, contribuent, avec la coopération des macrophages infiltrant le tissu adipeux, au développement d'une inflammation chronique de bas grade. Ainsi, les perturbations de l'homéostasie énergétique, associées à une activation du système immunitaire sont à l'origine d'une atteinte globale de la sensibilité à l'insuline de l'organisme, particulièrement délétère au métabolisme musculaire.Cette étude porte sur le rôle d'un effecteur de l'immunité innée, l'endoribonucléase latente (RNase L), dont l'expression est régulée par les interférons de type I et l'activation, par un oligoadénylate, le 2-5A. La RNase L clive les ARNs cellulaires conduisant à l'inhibition spécifique de l'expression de certains gènes. Nous montrons par ce travail l'implication de la RNase L dans le contrôle de la différenciation cellulaire et la pathogenèse de l'insulinorésistance associée à l'obésité, via la régulation des voies de l'inflammation au niveau des tissus adipeux et musculaire. / Insulin resistance, which is characterized by the incapacity of organs involved in the energetic metabolism (adipose tissue, skeletal muscles and liver) to respond to insulin, has a central place in the pathophysiology of the metabolic complications associated to obesity. The onset of insulin resistance in obese subjects is multifactorial and the molecular mechanisms involved have not yet been completely elucidated.The mainly hyperplasic expansion of white adipose tissue leads to hypoxia and stress in adipocytes, inducing an increased release of inflammatory cytokines and free fatty acids (FFA). FFA bind and activate the toll-like receptors (TLR) of the innate immunity system, leading to the secretion of inflammatory cytokines. These FFA and cytokines, taken by the systemic circulation, contribute, with the cooperation of macrophages infiltrating the adipose tissue, to the development of a chronic low-grade inflammation. Thus, the disturbances of the energetic homeostasis, associated with an activation of the immune system cause a global impairment of insulin sensitivity of the body, with particularly deleterious effects on muscular metabolism.This study focuses on the role of an effector of innate immunity, the latent endoribonuclease (RNase L). RNase L expression is regulated by type I interferons and is activated by the 2-5A oligoadenylate. RNase L splits cellular RNA, thus leading to the specific inhibition of the expression of certain genes. In this study, we demonstrate the implication of RNase L in the control of cell differentiation and the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance, via the regulation of inflammatory pathways in the adipose and muscular tissues.

Le tissu adipeux blanc n'est pas un simple réservoir énergétique, il secrète également de nombreuses molécules appelées adipokines. En condition basale, les adipokines participent à l'homéostasie générale en permettant la régulation de diverses fonctions et voies métaboliques. Au cours du développement de l'obésité, la physiologie du tissu adipeux est fortement perturbée. Cela se traduit par des dysfonctionnements parmi lesquels l'établissement d'un état inflammatoire chronique à bas bruit. Ces perturbations au sein du tissu adipeux concourent à la dysrégulation de l'expression des adipokines, conduisant à un dysfonctionnement de certaines voies métaboliques, au niveau adipocytaire mais aussi au niveau systémique ce qui aboutit à un état d'insulino-résistance pouvant déboucher sur le développement d'un diabète de type 2. De nombreuses études épidémiologiques montrent qu'une carence en vitamine D est associée à diverses pathologies telles que certains cancers, certaines maladies auto-immunes ou maladies cardiovasculaires. Par ailleurs, il existe une corrélation inverse entre les taux plasmatiques de 25(OH)D et la prévalence de l'obésité, de l'hypertension artérielle, et du diabète de type 2. Cependant, le lien de causalité entre carence en vitamine D et obésité n'est à ce jour pas clairement démontré. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre le lien qui existe entre carence en vitamine D, obésité et désordres physiologiques associés. / White adipose tissue is not a simple energy reservoir, it also secretes several molecules called adipokines. In standard conditions, adipokines are involved in general homeostasis permitting the regulation of numerous functions and metabolic pathways. During the development of obesity, adipose tissue physiology is severely disrupted. This results in dysfunction such as low-grade inflammatory status. The accumulation of these disturbances within adipose tissue generates a dysregulation of adipokines secretion. This will have for consequences a failure of some metabolic pathways resulting in insulin-resistant state leading to type 2 diabetes. Several epidemiological studies show a link between vitamin D deficiency and numerous pathologies like cancers, immunity deseases or cardiovascular deseases. In addition, there is an inverse correlation between plasma levels of 25(OH)D and the prevalence of obesity, hypertension and type 2 diabetes. However, the link between vitamin D deficiency and obesity is not well established. The aim of this thesis is to better understand the link between vitamin D deficiency, obesity and physiological disorders associated. For this purpose, we have evaluated vitamin D effects on adipose tissue and adipocyte biology (inflammation, glucose uptake) and subsequently effects of vitamin D supplementation on diet-induced obesity. In a first study in vitro, we have showed an anti-inflammatory effect of vitamin D on adipocyte. This effect appears to be VDR-dependant and implies a modulation of NFκB signaling pathway. This study could partly explain le link between vitamine D deficiency and low-grade inflammation associated with obesity.

Le diabète de type 2 résulte d’un déséquilibre entre les capacités de sécrétion de l’insuline par les cellules bêta-pancréatiques et son action au niveau de ses tissus cibles. Dans le prédiabète, l’hypersécrétion d’insuline compense l’insulino-résistance et cet état est généralement associé à l’obésité et à l’accumulation de tissu adipeux.L’objectif de ma thèse a été d’étudier la biocommunication entre le tissu adipeux viscéral et la cellule bêta-pancréatique lors du prédiabète et du diabète de type 2, en me focalisant sur deux médiateurs originaux, les isoprostanes et les miARNs. Nous avons observé une diminution de la sécrétion d’isoprostanes par le tissu adipeux péripancréatique au cours de l’obésité chez le rat Zucker fa/fa. Spécifiquement observé dans ce tissu adipeux ectopique, ce résultat s’explique par une induction des principales enzymes antioxydantes et une réduction de l’expression de la sPLA2 IIA chez les animaux obèses. Remarquablement, une des isoprostanes, la 15-F2t-Isoprostane ainsi que son épimère aux concentrations de 10 nM et 10 μM inhibent la sécrétion d’insuline gluco-stimulée dans les îlots pancréatiques isolés de rat Wistar. Cet effet pourrait s’expliquer par la liaison de cette isoprostane avec le récepteur au thromboxane A2, dont l’expression génétique et protéique a été mise en évidence pour la première fois dans les îlots de Langerhans et les cellules bêta. La réduction de l’inhibition de la sécrétion d’insuline chez le rat Zucker fa/fa, par une biocommunication paracrine, pourrait favoriser les mécanismes de compensation bêta-cellulaire. Par ailleurs, la production de miARNs, contenus dans des vésicules extracellulaires, par le tissu adipeux omental a été analysée chez l’homme par small RNAseq. Chez des patients obèses, la production de miARNs est modifiée lors de l’insulino-résistance et du diabète de type 2 avec des conséquences possibles sur la fonctionnalité des cellules bêta. Des miARNs différentiellement exprimés lors du diabète de type 2 pourraient ainsi participer à son apparition et représenter de nouveaux biomarqueurs et cibles thérapeutiques. Pour conclure, ces travaux de thèse ont permis de mettre en évidence de nouveaux mécanismes de biocommunication entre le tissu adipeux et les cellules bêta-pancréatiques. / Type 2 diabetes occurs as a result of an unability of pancreatic beta-cells to meet the insulin demand in its target tissues. During prediabetes insulin hypersecretion compensate for insulin resistance and this state is usually associated with obesity and excess body fat.The aim of my thesis was to study the biocommunication between visceral adipose tissue and pancreatic beta-cells during prediabetes and type 2 diabetes, with a focus on two original mediators, isoprostanes and miRNAs. We observed a decrease in isoprostane secretion by peripancreatic adipose tissue during obesity in Zucker fa/fa rats. In this ectopic adipose tissue, this observation may be related to an induction of some antioxidant enzymes and a reduction of the expression of sPLA2 IIA in obese animals. Remarkably, 15-F2t-Isoprostane as well as its epimer used at concentrations of 10 nM and 10 μM inhibited glucose-stimulated insulin secretion in isolated pancreatic islets. This effect could be explained by the binding of isoprostanes to the thromboxane A2 receptor, whose gene and protein expression has been demonstrated for the first time in islets and beta-cells. In Zucker fa/fa rats, less inhibition of insulin secretion through a paracrine biocommunication, could favor beta-cell compensatory mechanisms. Furthermore, the production of miRNAs, contained in extracellular vesicles released by omental adipose tissue, was analyzed in humans by small RNAseq. In obese patients, miRNAs production is altered during insulin resistance and type 2 diabetes with possible consequences for beta-cell function. Differentially expressed miRNAs in type 2 diabetes may participate in its development and represent novel biomarkers and therapeutic targets. In conclusion, this thesis highlighted new biocommunication mechanisms between adipose tissue and beta-pancreatic cells.

La sclérose tubéreuse de Bourneville (STB) est une maladie génétique et multi-systémique à transmission autosomique dominante due à des mutations d’un gène TSC1 ou TSC2 qui codent respectivement pour hamartine et tuberine ayant une action inhibitrice sur la voie de signalisation mTOR. L’épilepsie précoce et pharmacorésistante est la manifestation neurologique la plus fréquente et la plus délétère de la STB. Elle débute souvent dans la première année de vie par des spasmes infantiles qui évoluent avec l’âge et en absence de traitement vers des crises toniques ou tonico-cloniques. Bien que les crises soient supposées être générées dans des tubers corticaux, les mécanismes de l’épilepsie ne sont pas bien élucidés et le traitement reste souvent inefficace. Des études morphologiques ont montré une altération de l’expression ARNm des récepteurs au glutamate dans les cellules géantes et les neurones dysplasiques des tubers, mais leur implication fonctionnelle restait à montrer. Les différentes sous-unités NMDA ont une expression âge-dépendante et région-spécifique, les plus grands changements survenant au début de la vie quand l’épilepsie de la STB apparaît. Ce travail avait pour but d’étudier à l’aide de méthodes électrophysiologiques in vitro et in vivo l’expression fonctionnelle des sous-unités NMDA aberrantes et de déterminer leur rôle dans l’épileptogènese chez les souris hétérozygotes Tsc1+/- et sur le tissu humain STB post-opératoire. Nous avons pu démontrer que : i) Les souris hétérozygotes pour le gène Tsc1 sont spontanément épileptiques in vivo et in vitro dans une courte fenêtre dévelopmentale de P9 à P18. ii) Elles présentent une altération d’expression des récepteurs NMDA couche-spécifique et mTOR dépendante avec une surexpression des sous-unités GluN2C/D dans la couche 4 et 2/3 et GluN2B dans les couches 2/3. Cette expression anormale est prévenue par l’administration d’un inhibiteur de la voie mTOR, la rapamycine. iii) Les mêmes altérations d’expression des récepteurs NMDA, sont montrées sur les tissus post-opératoires, non seulement de tubers de STB mais aussi des dysplasies corticales focales (DCF), ces deux malformations ayant des similarités étiologiques et physiopathologiques. iv) La RT-PCR quantitative confirme une expression excessive de GluN2C dans le cortex de souris Tsc1+/- et sur le tissu humain des tubers et DCF. v) Les décharges épileptiques chez la souris Tsc1+/- sont générées dans la couche granulaire 4 du cortex avant de se propager vers les couches superficielles et les couches profondes, empruntant ainsi les microcircuits corticaux. vi) L’expression excessive de la sous-unité GluN2C dans le cortex contribue à l’hyperexcitabilité neuronale chez la souris Tsc1+/- et sur des tissus humains de tubers et de DCF puisque les crises et les décharges sont bloquées par les antagonistes sélectifs de GluN2C/D. vii) Les crises chez la souris Tsc1+/- suivent une séquence âge-dépendante évoluant du type «spasms-like» vers «tonic-clonic like», rappelant celle de l’épilepsie humaine, avec deux pics de haute incidence de crises à P13 et P16 correspondant chez l’homme respectivement l’âge des spasmes infantiles et celui des crises toniques. L’évolution avec l’âge du délai de propagation inter-hémisphérique pourrait contribuer à ce changement de types de crises. Ces résultats montrent donc pour la première fois qu’une happloinsuffisance pour le gène Tsc1 chez les souris Tsc1+/- sans tubers suffit à produire une altération de l’expression des récepteurs NMDA de manière mTOR dépendante et contribuer ainsi à l’épileptogènese dans la STB. La souris Tsc1+/- est le premier modèle génétique sans anomalies morphologiques présentant une épilepsie spontanée qui évolue des spasmes vers des crises toniques et tonico-cloniques. Néanmoins cette épilepsie diffère de l’épilepsie humaine de la STB par l’absence de crises focales et de pharmacorésistance, ce qui pourrait être expliqué par l’absence de tubers chez la souris Tsc1+/-. (...) / Tuberous sclerosis complex (TSC) is a genetic multisystemic disease with autosomal dominant transmission due to mutations in a gene TSC1 or TSC2 respectively which encode hamartin and tuberin proteins having an inhibitory action on the mTOR signaling pathway. Early refractory epilepsy is the most common and most deleterious neurological manifestation. The epilepsy often begins in the first year of life by infantile spasms that change in the lack of treatment to tonic or tonic-clonic seizures in age-dependent manner. Although seizures are thought to be generated in cortical tubers, epilepsy mechanisms are not well understood and treatment is often ineffective. Morphological studies showed the altered expression of glutamate receptor mRNA in the giant cells and dysplastic neurons of tubers, but their functional involvement remains unknown. The different NMDA subunits have an age-dependent and region-specific expression, the greatest changes occurring early in life when the TSC epilepsy appears. This work aimed to study the functional expression of aberrant NMDA subunits expression and their role in the epileptogenesis in heterozygous Tsc1+/- mice and post-surgical human tissue of TSC patients using in vitro and in vivo electrophysiological methods. The study reveal that: i) Heterozygous tuber-free Tsc1+/- mice show spontaneous epilepsy in vivo and in vitro in a short developmental window from P9 to P18. ii) These mice exhibit an altered NMDA receptor expression in mTOR dependent and layer-specific manner with GluN2C/D subunits overexpression in layers 4 and 2/3, and GluN2B ovexpression in layers 2/3. This abnormal NMDA receptors expression is prevented by the administration of an mTOR inhibitor, rapamycin. iii) The same alterations of NMDA receptors’ expression are shown in post-surgical tissues not only in tubers from TSC patients, but also in focal cortical dysplasia (FCD), these two malformations sharing etiological and pathophysiological similarities. iv) Quantitative RT-PCR confirms the excessive GluN2C subunit expression in Tsc1+/- mouse cortex and human tissue of tubers and DCF. v) Epileptic discharges in Tsc1+/- mice are generated in the granular layer 4 of the cortex before spreading to the superficial and then to deep layers, thus borrowing the cortical microcircuits. vi) Excessive expression of GluN2C subunit in the cortex contributes to neuronal hyperexcitability in Tsc1+/- mice, as well as in human tubers and DCF tissues, since epileptic discharges are blocked by selective GluN2C/D antagonists. vii) Seizures in Tsc1+/- mice follow the age-dependent sequence, evolving from "spasms-like" to "tonic-clonic like" thus reminding the human epilepsy, with two peaks of highest seizure incidence at P13 and P16 corresponding respectively to age of infantile spasms and of tonic seizures in human. The age-dependent evolution of interhemispheric propagation delay could contribute to this change in seizure type. These results show for the first time that TSC1 happloinsuffisancy in tuber-free Tsc1+/- mice is sufficient to produce an alteration in NMDA receptor expression in an mTOR dependent manner, and thus contributes to epileptogenesis in TSC. The Tsc1+/- mouse line is the first genetic model of TSC without morphological abnormalities presenting with early spontaneous seizures which evolves from “spasms-like” to “tonic-clonic like” seizures. However, the epilepsy in Tsc1+/- mice differs from human TSC epilepsy by the absence of focal seizures and of drug-resistance. Both could be explained by the lack of tubers in the Tsc1+/- mice. It remains to determine whether the expression of GluN2C subunit is also transitional in Tsc1+/- mice and whether other factors contribute to determine the age-dependent epilepsy. This study opens new therapeutic perspectives of TSC epilepsy targeting GluN2C subunit of NMDA receptors.

Cette thèse se concentre sur la caractérisation ultrasonore de l’interphase os-implant. Cette région est une zone de transition où a lieu le processus d’ostéointégration (i.e. le processus de guérison du tissu entourant l’implant). Donc, cette interphase a un rôle crucial dans l’ancrage à long-terme de l’implant, puisqu’elle dépend de la quantité ainsi que la qualité du tissu osseux environnant. Ensuite, en plus d’être un milieu complexe en remodelage continu, l’os néoformé présente une nature multi échelle et qui évolue dans le temps. Toutes ces motivations rendent la caractérisation de l’interphase os-implant critique et difficile. Dans ce contexte, les méthodes ultrasonores sont largement utilisées aujourd’hui dans le domaine clinique pour leur capacité de donner des informations sur les propriétés biomécaniques du tissu osseux. Compte tenu de ces éléments, dans le but de caractériser les propriétés mécaniques et microstructurales de l’interphase os-implant à travers des méthodes ultrasonores, il est important de développer et valider des modèles mécaniques ainsi que de méthodes de traitement du signal. A cause de la complexité du problème, afin de décrire avec précision le tissu environnant à l’implant, il est d’abord essentiel une modélisation fiable du tissu osseux. Pour cela, on étudie l’interaction entre une onde ultrasonore et le tissu osseux, en considérant aussi les effets dues à la microstructure. Pour ce faire, un modèle continu généralisé a été utilisé. Dans ce contexte, un test de transmission/réflexion réalisé sur un échantillon poroélastique immergé dans un fluide a renforcé la fiabilité du modèle. Les champs de pression réfléchi et transmis sont influencés par les paramètres de la microstructure. De plus, les résultats issus de l’analyse de dispersion sont en accord avec ceux observés dans les expériences pour les échantillons poroélastiques. Après, le problème a été compliqué en considérant une interphase qui se situe entre l’os et l’implant. Ainsi, on peut gérer la complexité ajoutée par la présence du tissu néoformé. Comme on l’a déjà mentionné, une difficulté additionnelle est représentée par le fait que l’interphase est un milieu hétérogène, un mélange de phases solides et fluides dont les propriétés évoluent avec le temps. Donc, afin de modéliser l’interaction des ondes ultrasonores avec une interphase, on a considéré dans le modèle une couche très fine avec des propriétés élastiques et inertielles. En partant de ça, on a étudié les effets des propriétés de réflexion d’une transition entre un milieu homogène et un milieu microstructuré. De même, il a aussi été étudié la caractérisation du milieu via des techniques avances de traitement du signal. En particulier, la réponse dynamique due à l’excitation ultrasonore du système os-implant a été analysée à travers une approche multifractale. Une première analyse basée sur les coefficients des ondelettes a montré une signature multifractale pour les signaux dérivants des simulations et aussi des expériences. Ensuite, une étude de sensibilité a aussi montré que la variation des paramètres tels que la fréquence centrale et la densité de l’os trabéculaire ne contribue pas à un changement dans la réponse. L’originalité réside dans le fait qu’il s’agit d’un des premiers efforts d’exploiter l’approche multifractale dans la propagation ultrasonore dans un milieu hétérogène / This thesis focus on the ultrasonic characterization of bone-implant interphase. This region is a transition zone where the osteointegration process (i.e. the healing process of the tissues surrounding the implant) takes place. Thus, this interphase is of crucial importance in the long-term anchorage of the implant, since it depends on the quantity and quality of the surrounding bone tissue. However, other than being a complex medium in constant remodeling, the newly formed bone presents a multiscale and time evolving nature. All these reasons make the characterization of the bone-implant interphase critical and difficult. In this context, ultrasound methods are nowadays widely used in the clinic field because of their ability to give information about the biomechanical properties of bone tissue. On this basis, with the aim of characterizing the mechanical and microstructural properties of the bone-implant interphase by ultrasound methods, it is important to develop and validate mechanical models and signal processing methods. Due to the complexity of the problem, in order to precisely describe the bone tissue surrounding the implant, first an accurate modelling of bone tissue is essential. Thus, the interaction between an ultrasonic wave and bone tissue has been investigated by also taking into account the effects dues to the microstructure. To do this, a generalized continuum modelling has been used. In this context, a transmission/reflection test performed on a poroelastic sample dipped in a fluid enhanced the reliability of the model. The reflected and transmitted pressure fields result to be affected by the microstructure parameters and the results coming from the dispersion analysis are in agreement with those observed in experiments for poroelastic specimens. Then, the problem has been complicated by considering the interphase taking place between the bone and the implant. In this way, we could handle the complexity added by the presence of the newly formed tissue. As already said, the fact that this interphase is a heterogeneous medium, a mixture of both solid and fluid phases whose properties evolve with time is an additional difficulty. Thus, in order to model the interaction of ultrasonic waves with this interphase, a thin layer with elastic and inertial properties has been considered in the model. The effects on the reflection properties of a transition between a homogeneous and a microstructured continuum have been investigated.Therefore, the characterization of the medium also via advanced signal processing techniques is investigated. In particular, the dynamic response due to the ultrasonic excitation of the bone-implant system is analyzed through the multifractal approach. A first analysis based on the wavelet coefficients pointed out a multifractal signature for the signals from both simulations and experiences. Then, a sensitivity study has also shown that the variation of parameters such as central frequency and trabecular bone density does not lead to a change in the response. The originality lies in the fact that it is one of the early efforts to exploit the multifractal approach in the ultrasonic propagation inside a heterogeneous medium

Malgré le développement de biomatériaux de plus en plus nombreux dans le domaine des greffes osseuses et de la préservation alvéolaire, les résultats sont toujours insuffisants pour assurer des reconstructions ad integrum du tissu osseux. Les techniques d’ingénieries osseuses semblent être la piste à privilégier pour améliorer nos techniques chirurgicales. Le silicium poreux est un matériau prometteur pour l’ingénierie tissulaire et notamment pour la régénération osseuse. En effet, son état de surface permet une adhésion cellulaire importante et ses propriétés non toxique et résorbable en fond un matériau porteur de cellules souches intéressant. Les cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) sont des cellules facilement accessibles dans la cavité buccale. Leurs capacités de prolifération et de différenciation associées au silicium poreux semblent être un atout pour les applications thérapeutique pour la régénération osseuse. Des résultats d’études ultérieures in vitro ont montré leur fort intérêt à une application in vivo. Dans ce travail thèse, nous avons tester l’association silicium poreux et cellules souches de la pulpe dentaire, aux même caractéristiques énoncées dans l’étude de référence in vitro, chez l’animal. Pour cela, le matériau a été produit sous forme de particules de manière a être utilisé comme moyen de comblement osseux, associé ou non à des DPSC. Le modèle de queue de rat a été développé et tester pour diminuer le nombre d’animaux nécessaire à l’étude tout en conservant la puissance statistique des résultats. Les études ont montré la possibilité d’utiliser ce modèle pour la régénération de défauts osseux crées chirurgicalement. De plus, il semblerait que ce modèle puisse également être utile pour les études sur l’ostéointégration de système implantables et sur la régénération osseuse autour de ces implants. Le silicium poreux a ensuite été testé dans ces conditions, associé ou non aux DPSC, en comparaison avec un témoin positif et un témoin négatif. Cette association est apparue comme une piste prometteuse pour la régénération osseuse in vivo. / Despite the development of biomaterials in the field of bone grafts and alveolar preservation, the results are no sufficient to made reconstructions ad integrum of bone tissue. Bone engineering techniques seem to be the preferred way to improve our surgical techniques. Porous silicon is a promising material for tissue engineering and especially for bone regeneration. Indeed, its surface allows cell adhesion. And then, it’s a non-toxic and bioresorbable interesting material properties carrying stem cells. Dental pulp stem cells (DPSC) are easily accessible cells in the oral cavity. Their proliferation and differentiation capacities associated with porous silicon appear to be attractive for therapeutic applications in bone regeneration. The results of the in vitro studies have shown the interest for in vivo application. In this thesis, we have tested the combination of porous silicon and dental pulp stem cells in vivo experimentation, using the same characteristics of the in vitro reference study. For this, the material was produced in particle form to be used as bone filling material, associated or not with DPSC. The rat-tail model was developed and tested to reduce the number of animals needed for the study while maintaining the statistical power of the results. Studies have shown the possibility of using this model for bone regeneration defects surgically created. In addition, it seems that this model can also be useful for studies on osseointegration of implantable systems and bone regeneration around these implants. Then, the porous silicon was tested under these conditions, with or without DPSC, in comparison with a positive control and a negative control. This association has emerged as a promising approach for bone regeneration in vivo.

Les pathologies cardiovasculaires restent un des problèmes majeurs de santé publique qui justifie les recherches menées pour améliorer notre compréhension de la fonction cardiaque. Celles-ci nécessitent une bonne connaissance de la microarcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture myocardique afin de mieux comprendre les relations entre les fonctions mécanique, hémodynamique et les changements structuraux induits par les maladies cardiaques. Pour ce faire il est nécessaire d’accéder à une connaissance précise de l’arrangement spatial des composants du tissu. Cependant, notre compréhension de l’arcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture du coeur est limitée par le manque de description 3D de l’organisation des structures à l’échelle microscopique. Nous proposons d’explorer la structure 3D du tissu cardiaque en utilisant l’imagerie X synchrotron par contraste de phase disponible à l’ESRF. Pour la première fois, 9 échantillons de tissu de la paroi du ventricule gauche (VG) humain sont imagés à la résolution isotrope de 3,5 μm et analysés. Cette thèse est centrée sur la description 3D d’un des constituants principal du tissu: la matrice extracellulaire (MEC). La MEC inclue: l’endomysium qui entoure et sépare les myocytes et les capillaires de façon individuelle, le perimysium qui entoure et sépare des groupes de myocytes et l’épimysium qui enveloppe le muscle cardiaque dans son ensemble. Chaque échantillon reconstruit fait environ 30 Gb, ce qui représente une quantité importante de données à traiter et à visualiser. Pour ce faire, nous avons développé un algorithme automatique de traitement d’image pour binariser chaque échantillon et isoler la MEC. Ensuite, nous avons extrait des parametres statistiques relatifs à la microarcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture de l’ECM, principalement l’épaisseur des plans de clivage (PC) et les distances inter-PC. Les résultats montrent que l’arrangement local des PC diffère selon l’emplacement au sein du VG (postérieur, antérieur, septal) et de leur distance à l’apex (plus complexe). L’épaisseur des PC extraite de tous les échantillons va approximativement de 24 μm à 59 μm et la distance inter-PC de 70 μm à 280 μm avec une variation locale significative de la déviation standard. Ce sont de nouveaux marqueurs quantitatifs de la MEC du tissu cardiaque humain qui sont d’un intérêt majeur pour une meilleure compréhension de la fonction cardiaque. / Cardiovascular diseases remain one of the most serious health problems, motivating research to deepen our understanding of the myocardial function. To succeed, there is a need to get detailed information about the spatial arrangement of the cardiac tissue components. Currently, our understanding of the cardiac microarcInstitut de Technologie de Harbin - Chineecture is limited by the lack of 3D descriptions of the cardiac tissue at the microscopic scale. This thesis investigates the 3D cardiac tissue microstructure using X-Ray µ-CT phase contrast imaging available at the ESRF. For the first time, 9 human cardiac left ventricle (LV) wall samples are imaged at an isotropic resolution (3.5 µm) and analysed. We focus on the description of the cardiac extracellular matrix (CEM) that is one of the main components of the tissue. The CEM includes: the endomysium that surrounds and separates individual myocytes and capillaries, the perimysium that surrounds groups of myocytes and the epimysium that surrounds the entire heart muscle. Each reconstructed sample is about 30 Gb which represents a large amount of data to process and display. To succeed, we developed an automatic image processing algorithm to binarise each sample by selecting the CEM. We extract statistical features of the ECM, mainly the thickness of the cleavage planes (CP) and the inter-CP distances. The results show that the local 3D arrangement of the CP differs according to their location in the LV (posterior, anterior, septal) and their distance from the apex (more complex). The thickness of the CP extracted from all the samples roughly ranges from 24 µm to 59 µm and the inter-CP distances from 70 µm to 280 µm with significant local variations of the standard deviation. Those new quantitative markers of the ECM of the human cardiac are of main interest for a better understanding of the heart function.