Le traumatisme crânien (TC) est la première cause de visite aux urgences pour la population pédiatrique. Indépendamment du niveau de sévérité du TC, les patients pédiatriques souffrent sur le long-terme de troubles cognitifs et émotionnels, cependant les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents sont encore peu connus, et il n’existe pas de traitement efficace disponible à ce jour. L’unité neurovasculaire est composée de vaisseaux sanguins, neurones et astrocytes. Les astrocytes sont essentiels à une variété de fonctions physiologiques assurées par cette unité tels que l’homéostasie cérébrale et le couplage neurovasculaire. Suite à une lésion, les astrocytes deviennent « réactifs », et cette « astrocytopatie » peut impacter leur rôle physiologique et empirer les conséquences de la lésion.Nous avons étudié le rôle de l’astrocytopatie dans le TC juvénile et fait l’hypothèse que : (1) les astrocytes réactifs contribuent à la propagation de l’œdème via les jonctions serrées connexines après un TC juvénile modéré ; (2) l’astrocytopatie se développe également après un TC juvénile léger avec des changements calciques qui pourraient contribuer à (3) une altération de la réactivité vasculaire, tout cela impactant sur les conséquences comportementales qui font suite à la lésion.Nous avons montré que :(1) Réduire l’astrocythopatie en sous-régulant la connexine 43 permettait d’améliorer les conséquences comportementales après un TC modéré juvénile, mais n’impactait pas la propagation de l’œdème.(2) Les astrocytes devenaient réactifs et subissaient des changements morphologiques après un TC juvénile léger avec des perturbations dans les signaux purinergiques-calciques liés à des changements dans l’expression du canal aqueux aquaporine 4 (AQP4).(3) Une dysfonction vasculaire majeure s’était développée après le TC juvénile léger avec des changements fonctionnels et morphologiques des vaisseaux intraparenchymaux parallèles aux altérations comportementales et précédant les dommages axonaux après la lésion.Ce travail apporte un nouvel aperçu de la pathophysiologie du TC juvénile et ouvre des possibilités pour développer des thérapies ciblant l’astrocytopatie après une lésion. / Traumatic brain injury (TBI) is the first cause for emergency department visits in the pediatric population. Regardless of the severity of TBI, pediatric patients suffer long-term cognitive and emotional impairments but the underlying cellular and molecular mechanisms are still poorly understood and there are no effective treatments available. The neurovascular unit is composed by blood vessels, neurons and astrocytes. Astrocytes are crucial for various physiological functions of this unit such as brain homeostasis and neurovascular coupling. In injuries astrocytes become “reactive”, and this “astrocytopathy” can impact their physiological roles and worsen the outcome after injury.We investigated astrocytopathy in juvenile TBI and hypothesized that: (1) reactive astrocytes contribute to spread of edema through connexin gap junctions after juvenile moderate TBI; and that (2) astrocytopathy also develops after juvenile mild TBI with calcium changes that could contribute to (3) impaired vascular reactivity, all of which impacts the behavioral outcome after injury.We have shown that:(1) Reducing astrocytopathy by downregulating the gap junction protein connexin 43 improved the behavioral outcome after juvenile moderate TBI, but did not impact the spread of edema.(2) Astrocytes became reactive and underwent morphological changes after juvenile mild TBI with disturbances in purinergic-calcium signaling related to expression changes of the water channel aquaporin 4 (AQP4).(3) Major vascular dysfunction developed after juvenile mild TBI with functional and morphological changes of the intraparenchymal vessels that paralleled behavioral impairments and preceded axonal damage after injury.This work brings new insights in the pathophysiology of juvenile TBI and opens prospects for developing therapeutics targeting astrocytopathy after injury.

Les perspectives d'évolution des techniques chirurgicales sont de plus en plus demandeuses de modèles permettant de prédire déplacements et contraintes au sein des tissus. De tels modèles permettent par exemple de mieux focaliser un traitement sur une zone de tissu affectée par une pathologie. L'un des principaux obstacles posés par la plupart des modèles existants adaptés à la description du comportement mécanique des tissus vivants concerne la difficulté de mesure de leurs paramètres. Il en résulte une difficulté à les déterminer, ainsi qu'à comprendre leur influence. L'adoption d'une modélisation multiéchelles permet d'apporter une réponse satisfaisante à ce problème. En effet, elle autorise la prise en compte et lacombinaison de phénomènes simples qui ont lieu à différentes échelles, et fait ainsi intervenir des paramètres physiques et mesurables. Dans l'étude proposée, nous nous focalisons sur le comportement mécanique des parois des veines en pont, qui peuvent parvenir à rupture lors d'un choc appliqué à la tête. Nous proposons pour commencer des observations par microscopie optique, microtomographie X et microscopie confocale biphotonique visant à caractériser la structure de la paroi vasculaire à différentes échelles. Un essai mécanique est combiné à l'une des observations. Nous proposons ensuite une nouvelle modélisation multiéchelles du comportement mécanique de cette paroi vasculaire. Cette modélisation combine des modèles simples à trois échelles et reproduit ainsi le comportement mécanique global de la paroi vasculaire. Pour finir, le modèle est intégré à une modélisation par éléments finis afin de permettre l'étude de géométries complexes. / Modeling the mechanical behavior of living tissues gets nowadays more and more importance. Indeed, mechanical models can be integrated within assisted surgery devices to help for example the surgeon to better focus on an area affected by pathology.One of the main drawbacks of existing numerical models for the mechanical behavior of living tissues concerns the difficulty to measure their parameters, which makes their determination difficult. Adopting a multiscale modeling approach seems to be an answer to this issue. It allows taking into account the global complexity of the behavior by considering simple phenomena that occur at each scale. By this way, the parameters of the model deal with physical characteristics and remain measurable.In the present study, we focus on the mechanical behavior of bridging vein walls. These veins can break when the head is submitted to a shock loading. We start by some experimental observations using optical microscopy, X-ray microtomography and multiphoton confocal microscopy. These observations allow getting a detailed knowledge about the vein wall constitution. Additionally a mechanical tensile test is combined with one of these observations. Then we propose a new multiscale approach for the description of the mechanical behavior of vessel walls. It combines simple models associated with three scales and describes in this way the overall mechanical behavior of the vein wall. The evolution of the material structure at different scales is taken into account and contributes to the global hyperelastic mechanical behavior of the tissue. Finally, our model is implemented in a finite element code in order to study complex geometries.

Visage est l’une des meilleures biométries pour la reconnaissance de l’identité de personnes, car l’identification d’une personne par le visage est l’habitude instinctive humaine, et l’acquisition de données faciales est naturelle, non intrusive et bien acceptée par le public. Contrairement à la reconnaissance de visage par l’image 2D sur l’apparence, la reconnaissance de visage en 3D sur la forme est théoriquement plus stable et plus robuste à la variance d’éclairage, aux petits changements de pose de la tête et aux cosmétiques pour le visage. Spécifiquement, les courbures sont les plus importants attributs géométriques pour décrire la forme géométrique d’une surface. Elles sont bénéfiques à la caractérisation de la forme du visage qui permet de diminuer l’impact des variances environnementales. Cependant, les courbures traditionnelles ne sont définies que sur des surfaces lisses. Il est donc nécessaire de généraliser telles notions sur des surfaces discrètes, par exemple des visages 3D représenté par maillage triangulaire, et d’évaluer leurs performances en reconnaissance de visage 3D. En outre, même si un certain nombre d’algorithmes 3D FR avec une grande précision sont disponibles, le coût d’acquisition de telles données de haute résolution est difficilement acceptable pour les applications pratiques. Une question majeure est donc d’exploiter les algorithmes existants pour la reconnaissance de modèles à faible résolution collecté avec l’aide d’un nombre croissant de caméras consommateur de profondeur (Kinect). Le dernier problème, mais non le moindre, est la menace sur sécurité des systèmes de reconnaissance de visage 3D par les attaques de masque fabriqué. Cette thèse est consacrée à l’étude des attributs géométriques, des mesures de courbure principale, adaptées aux maillages triangulaires, et des schémas de reconnaissance de visage 3D impliquant des telles mesures de courbure principale. En plus, nous proposons aussi un schéma de vérification sur la reconnaissance de visage 3D collecté en comparant des modèles de résolutions hétérogènes équipement aux deux résolutions, et nous évaluons la performance anti-spoofing du système de RF 3D. Finalement, nous proposons une biométrie système complémentaire de reconnaissance veineuse de main basé sur la détection de vivacité et évaluons sa performance. Dans la reconnaissance de visage 3D par la forme géométrique, nous introduisons la généralisation des courbures principales conventionnelles et des directions principales aux cas des surfaces discrètes à maillage triangulaire, et présentons les concepts des mesures de courbure principale correspondants et des vecteurs de courbure principale. Utilisant ces courbures généralisées, nous élaborons deux descriptions de visage 3D et deux schémas de reconnaissance correspondent. Avec le premier descripteur de caractéristiques, appelé Local Principal Curvature Measures Pattern (LPCMP), nous générons trois images spéciales, appelée curvature faces, correspondant à trois mesures de courbure principale et encodons les curvature faces suivant la méthode de Local Binary Pattern. Il peut décrire la surface faciale de façon exhaustive par l’information de forme locale en concaténant un ensemble d’histogrammes calculés à partir de petits patchs dans les visages de courbure. Dans le deuxième système de reconnaissance de visage 3D sans enregistrement, appelée Principal Curvature Measures based meshSIFT descriptor (PCM-meshSIFT), les mesures de courbure principales sont d’abord calculées dans l’espace de l’échelle Gaussienne, et les extrèmes de la Différence de Courbure (DoC) sont définis comme les points de caractéristique. Ensuite, nous utilisons trois mesures de courbure principales et leurs vecteurs de courbure principaux correspondants pour construire trois descripteurs locaux pour chaque point caractéristique, qui sont invariants en rotation. [...] / Face is one of the best biometrics for person recognition related application, because identifying a person by face is human instinctive habit, and facial data acquisition is natural, non-intrusive, and socially well accepted. In contrast to traditional appearance-based 2D face recognition, shape-based 3D face recognition is theoretically more stable and robust to illumination variance, small head pose changes, and facial cosmetics. The curvatures are the most important geometric attributes to describe the shape of a smooth surface. They are beneficial to facial shape characterization which makes it possible to decrease the impact of environmental variances. However, exiting curvature measurements are only defined on smooth surface. It is required to generalize such notions to discrete meshed surface, e.g., 3D face scans, and to evaluate their performance in 3D face recognition. Furthermore, even though a number of 3D FR algorithms with high accuracy are available, they all require high-resolution 3D scans whose acquisition cost is too expensive to prevent them to be implemented in real-life applications. A major question is thus how to leverage the existing 3D FR algorithms and low-resolution 3D face scans which are readily available using an increasing number of depth-consumer cameras, e.g., Kinect. The last but not least problem is the security threat from spoofing attacks on 3D face recognition system. This thesis is dedicated to study the geometric attributes, principal curvature measures, suitable to triangle meshes, and the 3D face recognition schemes involving principal curvature measures. Meanwhile, based on these approaches, we propose a heterogeneous cross-resolution 3D FR scheme, evaluate the anti-spoofing performance of shape-analysis based 3D face recognition system, and design a supplementary hand-dorsa vein recognition system based on liveness detection with discriminative power. In 3D shape-based face recognition, we introduce the generalization of the conventional point-wise principal curvatures and principal directions for fitting triangle mesh case, and present the concepts of principal curvature measures and principal curvature vectors. Based on these generalized curvatures, we design two 3D face descriptions and recognition frameworks. With the first feature description, named as Local Principal Curvature Measures Pattern descriptor (LPCMP), we generate three curvature faces corresponding to three principal curvature measures, and encode the curvature faces following Local Binary Pattern method. It can comprehensively describe the local shape information of 3D facial surface by concatenating a set of histograms calculated from small patches in the encoded curvature faces. In the second registration-free feature description, named as Principal Curvature Measures based meshSIFT descriptor (PCM-meshSIFT), the principal curvature measures are firstly computed in the Gaussian scale space, and the extremum of Difference of Curvautre (DoC) is defined as keypoints. Then we employ three principal curvature measures and their corresponding principal curvature vectors to build three rotation-invariant local 3D shape descriptors for each keypoint, and adopt the sparse representation-based classifier for keypoint matching. The comprehensive experimental results based on FRGCv2 database and Bosphorus database demonstrate that our proposed 3D face recognition scheme are effective for face recognition and robust to poses and occlusions variations. Besides, the combination of the complementary shape-based information described by three principal curvature measures significantly improves the recognition ability of system. To deal with the problem towards heterogeneous cross-resolution 3D FR, we continuous to adopt the PCM-meshSIFT based feature descriptor to perform the related 3D face recognition. [...]

Dans le contexte général des thérapies minimalement invasives, les travaux de cette thèse portent sur le planning d'une thérapie interstitielle de tumeurs du foie par ultrasons haute intensité. Dans un premier temps, une caractérisation des structures anatomiques hépatiques à partir de données scanner X est proposée selon deux méthodes de segmentation basée sur le graph cut : l'une semi-interactive et rapide pour extraire le foie et les éventuelles tumeurs ; et l'autre automatique et spécifique à la segmentation de la vascularisation hépatique par l'introduction d'un a priori local de forme estimé à partir de moments géométriques 3D. La seconde partie de cette étude est consacrée à la modélisation des effets de la thérapie sur les tissus. Le modèle proposé offre la possibilité de simuler différents types de sonde composée d'une matrice d'éléments contrôlables en phase et intensité. La description de la vascularisation locale dans le milieu peut également être intégrée dans le modèle. Les travaux et résultats obtenus portent sur trois aspects et/ou applications de ce modèle : 1) une méthode pour accélérer la résolution de la BHTE sous certaines hypothèses, 2) des résultats préliminaires de modélisation d'une sonde 64 éléments à focalisation dynamique et 3) le design géométrique d'une sonde endocavitaire 256 éléments.

Les cardiopathies congénitales cyanogènes (CCC) sont des malformations cardiaques qui entraînent une désaturation en oxygène à la naissance. Des progrès majeurs réalisés ces vingt dernières années dans la prise en charge médico-chirurgicale des nouveau-nés atteints de CCC ont permis de considérablement améliorer la survie et le pronostic cardiaque à long terme de cette population. Cependant, ces enfants sont exposés à un risque accru d’accidents neurologiques dû au caractère cyanogène de la cardiopathie et à certaines techniques de chirurgie à cœur ouvert. En conséquence, les troubles neurocognitifs font partie des principales morbidités résiduelles. Malgré l’augmentation exponentielle du nombre de patients qui atteignent dorénavant l’âge adulte, à ce jour très peu d’études ont investigué le devenir neuropsychologique des adultes opérés de CCC. Cette thèse a pour objectif principal d’évaluer le devenir neuropsychologique et psychosocial d’adultes ayant été opérés à cœur ouvert en période néonatale pour corriger une CCC. L’évaluation, qui repose sur des outils validés, est menée auprès de 67 patients âgés de 18 à 31 ans. Les résultats mettent en évidence qu’une proportion substantielle de patients présente des troubles cognitifs et émotionnels susceptibles de réduire leur qualité de vie et d’entraver leur réussite scolaire et leur insertion professionnelle. Ce travail offre des résultats pionniers concernant le devenir à long terme de cette population. D'autres études sont nécessaires pour mieux comprendre la trajectoire développementale des adultes opérés de CCC afin de mettre en place des stratégies préventives et thérapeutiques adaptées aux besoins de cette population. / Cyanotic congenital heart diseases (CHD) are heart defects which cause oxygen desaturation at birth. In the last twenty years, the major progress in the medical and surgical care of newborns with cyanotic CHD has resulted in a considerable improvement of the survival and the long-term cardiac prognosis of this population. However, these children are at an increased risk of neurological injuries due not only to the cyanotic nature of their CHD but also to certain open-heart surgery techniques. Consequently, neurocognitive disorders are among the major remaining morbidities in this population. Despite the exponential increase in the number of patients who can now reach adulthood, to date very few studies have investigated the neuropsychological outcomes of adults with cyanotic CHD. The main objective of the present thesis is to evaluate the neuropsychological and psychosocial outcomes of adults who had undergone an open-heart surgery during the neonatal period in order to correct a cyanotic CHD. The assessment, based on validated tools, is conducted among 67 patients aged from 18 to 31 years. The results show that a substantial proportion of patients with TGA presents a number of cognitive deficits and emotional impairments which may reduce their quality of life and hinder their academic success and their professional integration. This thesis offers original results on the long-term neuropsychological and psychosocial outcomes of this population. Further studies are needed so as to better understand the developmental trajectory of adults with cyanotic CHD in order to develop preventive and therapeutic strategies adapted to the specific needs of this population.

L’obstruction des vaisseaux est responsable d’ischémie tissulaire dans différents territoires périphériques, cardiaques et cérébraux. Un des mécanismes d’adaptation du tissu à l’ischémie est la formation de néo-vaisseaux. Plusieurs données récentes mettent en évidence un rôle de la voie de signalisation Wnt/Frizzled (Fzd) dans le développement vasculaire. Le travail de cette thèse s’est focalisé sur l’étude du récepteur Frizzled7 (Fzd7) et de son rôle dans la formation des vaisseaux. Le modèle des corps embryoïdes, un modèle de différenciation des cellules souches embryonnaires vers le phénotype endothélial, nous a permis de démontrer que Fzd7 était exprimé au cours des différentes étapes de différenciation endothéliale. Des études sur des cellules endothéliales matures nous ont permis de montrer que Fzd7 régulait différentes propriétés des cellules endothéliales dont la migration et la formation de tubes endothéliaux, mais pas la prolifération. De plus, Fzd7 participe à la stabilité des jonctions cellulaires en interagissant avec la VE-cadhérine. Concernant les mécanismes moléculaires mis en jeu par Fzd7, nous avons pu montrer que celui-ci était capable d’activer la voie Wnt/PCP via la phosphorylation de la protéine JNK. Enfin, une étude in vivo dans le modèle du poisson Zèbre, nous a permis de mettre en évidence un rôle de Fzd7 dans la formation des vaisseaux intersomitiques. La deuxième partie de ce travail concerne le rôle de la voie Wnt/Fzd dans les propriétés angiogèniques des cellules souches mésenchymateuses (CSM). L’objectif de cette étude était de définir comment les CSM participaient à la formation des vaisseaux et si le système Wnt/Frizzled était nécessaire. Nous avons pu montrer que sFRP1, un modulateur de la voie Wnt, améliore la fonction cellulaire des CSM et contribue à la maturation des néo-vaisseaux. De plus, nous avons pu montrer que les CSM implantées dans un modèle d’ischémie du membre inférieur amélioraient la réponse angiogénique lorsque celles-ci étaient préconditionnées en hypoxie. Nous avons mis en évidence le rôle de Wnt4 dans ce processus. / The obstruction of the vessels is responsible for ischemia in various outlying areas, heart and brain. One of the mechanisms of tissue adaptation to ischemia is the formation of neo-vessels. Several recent data show a role of Wnt/Frizzled (Fzd) pathway in vascular development.The work of this thesis focused on the study of receptor Frizzled7 (Fzd7) and its role in vessel formation. Using the model of embryoid bodies, a model of embryonic stem cell differentiation toward the endothelial lineage, we demonstrated that Fzd7 was expressed during different stages of endothelial cell differentiation. Studies on mature endothelial cells have shown that Fzd7 regulates endothelial cells properties including migration and endothelial tube formation but not proliferation. In addition, Fzd7 participates in the stability of cell junctions by interacting with VE-cadherin. Regarding the molecular mechanisms involved in Fzd7 signalling, we could show that this receptor was capable of activating the Wnt/PCP pathway via phosphorylation of JNK protein. Finally, an in vivo study in zebrafish model, allowed us to highlight a role of Fzd7 in intersomitic vessel formation.The second part of this work concerns the role of the Wnt/Fzd pathway in the angiogenic properties of mesenchymal stem cells (MSC). The objective of this study was to determine how CSM participated in vessel formation and if the Wnt/Frizzled pathway was necessary. We show that sFRP1, a modulator of the Wnt pathway, improves cellular function of MSCs and contributes to the maturation of neo-vessels. In addition, we have shown that MSCs implanted in a model of lower limb ischemia improved the angiogenic response when they were preconditioned by hypoxia. We have highlighted the role of Wnt4 in this process.

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Chez les aînés autrement en santé, les facteurs de risque vasculaires (FRV), tels que l’hypertension artérielle, le diabète sucré, l’hypercholestérolémie et le tabagisme, sont d’importants facteurs de risque pour les troubles cognitifs, les symptômes psychologiques et comportementaux ainsi que la démence. Néanmoins, il y a actuellement peu de connaissances quant aux conséquences des maladies cérébro-vasculaires et des FRV dans la maladie de Parkinson idiopathique (MP). Les troubles d’ordre neuropsychologique ont un impact considérable sur la qualité de vie des patients et de leurs proches et constituent un aspect important du tableau clinique de la MP. Par conséquent, il est crucial d’identifier les facteurs y prédisposant. Les FRV offrent plusieurs pistes d’interventions intéressantes, puisqu’ils peuvent être modifiés et traités. Ainsi, cette thèse avait pour objectifs principaux d’étudier si les FRV contribuaient aux troubles cognitifs et la démence associés à la MP, et dans l’affirmative, de préciser le profil neuropsychologique des patients MP présentant des FRV. La thèse se divise en six chapitres, chacun adressant un objectif particulier. Le Chapitre 1 introduit les principaux concepts de la problématique et présente les particularités de l’étude des conséquences neurocognitives des FRV dans le contexte spécifique de la MP. Le Chapitre 2 est une recension systématique des écrits qui a permis de faire état des connaissances actuelles sur la question, en plus de soulever les limites des études antérieures afin de guider les travaux subséquents de cette thèse doctorale. Le Chapitre 3 présente une analyse transversale incluant 139 patients MP et montre que la sévérité de l’histoire de tabagisme est associée à un fonctionnement cognitif global inférieur, même chez les patients ayant cessé de fumer, et ce, indépendamment de l’âge et du niveau d’éducation. Le Chapitre 4 présente une étude empirique basée sur la banque de données longitudinale du Parkinson’s Progression Markers Initiative (PPMI), et conclut que le nombre d’années avec un diagnostic d’hypertension artérielle ainsi qu’une pression différentielle élevée ont des effets délétères sur les mesures de mémoire épisodique et de fluidité verbale sémantique. Le Chapitre 5 détaille la dernière étude empirique de la thèse et expose les effets dommageables du fardeau vasculaire total sur les fonctions exécutives et la mémoire épisodique, à la fois dans un groupe de patients MP et un groupe de participants contrôles. Enfin, le Chapitre 6 se veut une synthèse, une mise à jour et une réflexion critique des résultats obtenus dans le cadre des travaux de cette thèse. / Vascular risk factors (VRFs) such as hypertension, diabetes mellitus, hypercholesterolemia and smoking are important risk factors for cognitive impairment, psychiatric disorders and dementia in otherwise healthy older adults. However, there is little knowledge about the influence of cerebrovascular diseases and VRFs on cognition in idiopathic Parkinson's disease (PD). Cognitive impairment and dementia are an important part of the clinical presentation of PD and have a considerable impact on the quality of life of the patients and their caregivers. Therefore, it is crucial to identify potential risk factors for neuropsychological disorders in PD. VRFs offer many possibilities for intervention in clinical settings, since they can be modified and treated. Thus, the main objectives of this dissertation were to study whether VRFs contribute to cognitive impairment and dementia associated with PD, and if so, to specify the neuropsychological profile of MP patients with VRFs. The dissertation is divided into six chapters, each addressing a particular objective. Chapter 1 introduces the main concepts of the problem and presents the specific challenges of the study of the neurocognitive consequences of VRFs in the specific context of PD pathology and treatment. Chapter 2 is a systematic and critical review of the literature that presents the current knowledge on this issue, in addition to identifying and discussing the limits of the previous studies to guide the subsequent work of this dissertation. Chapter 3 presents a cross-sectional analysis including 139 PD patients that shows that the severity of smoking history is associated with lower global cognitive functioning, even in patients who quit smoking, and regardless of age and level of education. Chapter 4 presents an empirical study based on the longitudinal database of the Parkinson's Progression Markers Initiative (PPMI), and concludes that the number of years with a diagnosis of hypertension and high pulse pressure have deleterious effects on measures of episodic memory and semantic fluency. Chapter 5 presents the last empirical study of this dissertation and shows that a higher vascular burden is independently associated with worse performance on executive functions and episodic memory, both in a group of PD patients and a group of otherwise healthy controls. Finally, Chapter 6 presents a summary, an update and a critical discussion of the results obtained over the last five years.

L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique caractérisée par l'accumulation de cholestérol dans la paroi artérielle et associée à une réponse immunitaire anormale dans laquelle les macrophages jouent un rôle important. Récemment, il a été démontré que les vaisseaux lymphatiques jouent un rôle primordial dans le transport inverse du cholestérol (Martel et al. JCI 2013). L’objectif global de mon stage de maîtrise a été de mieux caractériser la dysfonction lymphatique associée à l’athérosclérose, en étudiant de plus près l’origine physiologique et temporelle de ce mauvais fonctionnement. Notre approche a été d’étudier, depuis l’initiation de l’athérosclérose jusqu’à la progression d’une lésion athérosclérotique tardive, la physiologie des deux constituants principaux qui forment les vaisseaux lymphatiques : les capillaires et collecteurs lymphatiques. En utilisant comme modèle principal des souris Ldlr-/-; hApoB100+/+, nous avons pu démontrer que la dysfonction lymphatique est présente avant même l’apparition de l’athérosclérose, et que cette dysfonction est principalement associée avec un défaut au niveau des vaisseaux collecteurs, limitant ainsi le transport de la lymphe des tissus périphériques vers le sang. De plus, nous avons démontré pour la première fois l’expression du récepteur au LDL par les cellules endothéliales lymphatiques. Nos travaux subséquents démontrent que ce défaut de propulsion de la lymphe pourrait être attribuable à l’absence du récepteur au LDL, et que la dysfonction lymphatique observée précocement dans l’athérosclérose peut être limitée par des injections systémiques de VEGF (vascular endothelial growth factor) –C. Ces résultats suggèrent que la caractérisation fonctionnelle de la capacité de pompage des vaisseaux collecteurs serait une condition préalable à la compréhension de l'interaction entre la fonction du système lymphatique et la progression de l'athérosclérose. Ultimement, nos travaux nous ont amené à considérer de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles dans la prévention et le traitement de l’athérosclérose. / Atherosclerosis is driven by the accumulation of cholesterol in the arterial wall, which triggers an inappropriate immune response in which macrophages play an important role. It has now been shown that the lymphatic vessels play an important role in reverse cholesterol transport (Martel et al. JCI 2013). The overall objective of my Master internship was to better characterize lymphatic dysfunction associated with atherosclerosis, studying closely the physiological and temporal origin of this pathological feature. Our approach was to study, from the initiation of atherosclerosis to the progression of the atherosclerotic lesion, the physiology of the two main components that form the lymphatic vessels: the lymphatic capillaries and collectors. Using a mouse model that closely resembles human atherosclerosis (Ldlr-/-; hApoB100+/+) we have demonstrated that lymphatic dysfunction is present before the onset of atherosclerosis, and that this dysfunction is primarily associated with a defect in the collecting vessels, thereby limiting the lymph transport from peripheral tissues to the blood. In addition, we have clearly demonstrated, for the first time to our knowledge, the presence of the LDL receptor on lymphatic endothelial cells. Our subsequent work shows that this reduction in lymph flow could be due to the absence of the LDL receptor, and that lymphatic transport can be restored by systemic injections of VEGF (vascular endothelial growth factor) –C. These results suggest that the functional characterization of the pumping capacity of the collecting vessels would be a prerequisite for the understanding of the interactions between the function of the lymphatic system and the progression of atherosclerosis. Altogether, our work unveils new potential therapeutic targets for the prevention and treatment of atherosclerosis.

Les perspectives d'évolution des techniques chirurgicales sont de plus en plus demandeuses de modèles permettant de prédire déplacements et contraintes au sein des tissus. De tels modèles permettent par exemple de mieux focaliser un traitement sur une zone de tissu affectée par une pathologie. L'un des principaux obstacles posés par la plupart des modèles existants adaptés à la description du comportement mécanique des tissus vivants concerne la difficulté de mesure de leurs paramètres. Il en résulte une difficulté à les déterminer, ainsi qu'à comprendre leur influence. L'adoption d'une modélisation multiéchelles permet d'apporter une réponse satisfaisante à ce problème. En effet, elle autorise la prise en compte et lacombinaison de phénomènes simples qui ont lieu à différentes échelles, et fait ainsi intervenir des paramètres physiques et mesurables. Dans l'étude proposée, nous nous focalisons sur le comportement mécanique des parois des veines en pont, qui peuvent parvenir à rupture lors d'un choc appliqué à la tête. Nous proposons pour commencer des observations par microscopie optique, microtomographie X et microscopie confocale biphotonique visant à caractériser la structure de la paroi vasculaire à différentes échelles. Un essai mécanique est combiné à l'une des observations. Nous proposons ensuite une nouvelle modélisation multiéchelles du comportement mécanique de cette paroi vasculaire. Cette modélisation combine des modèles simples à trois échelles et reproduit ainsi le comportement mécanique global de la paroi vasculaire. Pour finir, le modèle est intégré à une modélisation par éléments finis afin de permettre l'étude de géométries complexes.