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

Le fardeau vasculaire (présence de maladies vasculaires et/ou cérébrovasculaires) est associé à une augmentation des troubles cognitifs chez les personnes âgées, ainsi qu’à un plus haut risque de démence vasculaire (DV) et de démence de type Alzheimer (DTA). Un nombre restreint de travaux a porté sur l’impact du fardeau vasculaire sur la cognition des personnes avec trouble cognitif léger (TCL). Pourtant, les personnes avec TCL représentent une population d’intérêt puisqu’elles sont à haut risque d’évoluer vers une démence. Cette thèse comprend trois articles de revue qui visent à exposer les connaissances entourant la santé vasculaire et la cognition des personnes âgées et trois articles empiriques (Chapitres 5, 6, 7). La première étude empirique traite de l’impact du fardeau vasculaire sur la cognition des personnes TCL et a comme objectif de spécifier quelles fonctions cognitives sont affectées par le fardeau vasculaire et dans quelle mesure le fardeau vasculaire influence l’hétérogénéité des TCL (Chapitre 5). Dans le cadre de la deuxième étude, nous avons examiné l’intégrité des processus stratégiques et non stratégiques de mémorisation des TCL avec et sans fardeau vasculaire, afin d’évaluer si ces processus diffèrent quantitativement et qualitativement entre ces deux groupes (Chapitre 6). Enfin, dans la troisième étude nous avons évalué les capacités d’association (binding) ainsi que la résistance à l’interférence des personnes TCL, les liens entre ces processus mnésiques et différents marqueurs cérébraux en plus des facteurs permettant de prédire l’évolution vers une démence (Chapitre 7). Les résultats présentés dans cette thèse appuient l’hypothèse selon laquelle le fardeau vasculaire influence le profil cognitif des TCL. Dans un premier temps, nous avons montré que le fardeau vasculaire est associé à une atteinte exécutive plus importante chez les TCL (Chapitre 5). De plus, nos résultats suggèrent que le fardeau vasculaire influence la classification clinique de ces derniers, puisque ceux dont le fardeau est élevé répondent davantage aux critères de TCL amnestique domaine multiple (trouble de mémoire plus au moins un autre déficit cognitif) tandis que ceux sans fardeau répondent davantage aux critères de TCL amnestique domaine unique (trouble isolé de la mémoire). Dans un deuxième temps, nous avons montré des différences dans la nature des processus mnésiques atteints chez les TCL avec et sans fardeau vasculaire (Chapitre 6). Alors que les premiers présentent une atteinte prédominante des processus stratégiques de mémorisation, les seconds présentent une atteinte des processus stratégiques et non stratégiques de mémorisation. Lorsque seuls les résultats des TCL ayant évolué vers une démence sont analysés, le patron d’atteinte est similaire puisque les TCL vasculaires sont quantitativement moins touchés que les TCL non-vasculaires au niveau des processus non-stratégiques de mémorisation. Enfin, tant les TCL qui progressent vers une démence que les TCL qui restent stables après un suivi de trois ans éprouvent tous des difficultés de mémoire associative et sont sensibles à l’interférence proactive (Chapitre 7). De plus, le fardeau vasculaire est associé à la sensibilité à l’interférence alors que le volume hippocampique est associé aux difficultés de mémoire associative. Enfin, nos résultats indiquent que les TCL qui éprouvent des difficultés de mémoire associative sont plus à risque d’évoluer vers une démence que les TCL ne présentant pas ces mêmes difficultés. De façon globale, les résultats de cette thèse révèlent que le fardeau vasculaire joue un rôle important dans l’hétérogénéité des TCL. / Vascular burden (presence of vascular diseases and/or cerebrovascular diseases) increase cognitive deficits in older adults and have been associated with vascular dementia and Alzheimer’s diseases. However, only a few studies have examined the impact of vascular burden on cognitive functioning in persons with mild cognitive impairment (herein referred to as MCIs). Individuals with MCI are a target population for research since they are at high risk of developing dementia. Understanding the factors that influence MCIs cognition is thus a priority. This thesis aims to identify the impact of vascular burden on MCI’s cognition. First, a summary of the literature concerning vascular health and cognitive functioning in the elderly is presented here (Chapters 1, 2, 3 and 4). Then, three studies that represent the core of this thesis are exposed. The first one aims to identify which cognitive functions are affected by vascular burden in MCIs (Chapter 5). In the second one, we assess strategic and non strategic memory processes in MCI with and without vascular burden (Chapter 6). Finally, in the last study, we assess binding and sensitivity to proactive interference in MCIs who progress to dementia, and MCIs who remain stable in a three-year follow-up (Chapter 7). This latter study also assesses which brain changes influence binding and interference capacity in MCIs and which factors predict progression to dementia. Results of this thesis first revealed that vascular burden plays an important role in cognitive heterogeneity of MCIs. First, MCIs who present a high vascular burden have more executive deficits. Second, those same MCIs run a greater risk of being clinically classified as amnestic multiple domain MCIs (memory impairment plus impairment in at least one cognitive domain, whereas MCIs with no vascular burden run a greater risk of being classified as amnestic single domain MCIs (isolated memory impairment) (Chapter 7). In the second article of this thesis, we showed that MCIs with vascular burden have memory impairment restricted to strategic memory processes. When only the results of MCIs who progressed to dementia were analysed, a similar pattern of memory impairment was found, since MCIs with vascular burden were less impaired in non strategic than strategic processes, whereas both processes were impaired in MCIs with no vascular burden (Chapter 8). Finally, MCIs who progressed to dementia, and those who remained stable after a three-year follow-up, showed binding difficulties and vulnerability to proactive interference. This difference was particularly evident when only MCI progressors were compared to healthy controls. In summary, vascular burden plays a role in the cognitive heterogeneity of MCI.

Nous avons déterminé la capacité de régénération du tissu vasculaire in vivo des CSM traitées avec BMP2 à la dose de [100 ng.mL-1] dans un modèle rat. Nous avons ainsi rapporté qu’une prothèse revêtue de CSM traitée par BMP2 pendant 1 semaine et implantée 14 jours chez le rat permettait la reconstitution des trois tuniques de la paroi mimant la structure de l’aorte. La capacité proangiogénique des CSM était augmentée par BMP2 grâce à la mise en jeu de voies intracellulaires impliquant le facteur induit par l’hypoxie (HIF-1α) via JAK/STATs. Nous avons montré que les CSM migraient sous l’influence de BMP2 par stimulation de l’activité du complexe enzymatique NADPH oxydase via l’augmentation de l’expression des protéines PAK1, Vav2 et RAC1 GTPase/PI3K. Ce travail a confirmé l’intérêt de l’utilisation de CSM conjointement à rh-BMP2, une protéine impliquée dans l’embryogénèse vasculaire, pour la bioingénierie de la régénération vasculaire. / We determined the capacity to regenerate vascular tissue in vivo, of MSC treated with BMP2 at a dose of [100 ng.mL-1] in a rat model. We have reported that a prosthesis coated with CSM treated 1 week with BMP2 and implanted in rats 14 days allowed the reconstruction of the three tunics of the wall that mimic the structure of the aorta. The proangiogenic capacity of MSCs was increased by BMP2 through the intracellular pathways involving hypoxia inducible factor (HIF-1α) via JAK / STAT. We have shown that MSCs migrated under the influence of BMP2 by stimulating the activity of the enzyme complex NADPH oxidase via the increased expression of PAK1 protein, Vav2 and RAC1 GTPase/PI3K. This work confirmed the interest of the use of MSC in conjunction with rh-BMP2, a protein involved in vascular embryogenesis for bioengineering for vascular regeneration.

Il est maintenant reconnu qu'un excès ou un manque de tissu adipeux peut avoir un impact négatif sur la reproduction porcine. Ainsi, une faible adiposité résulte en une augmentation du temps requis pour le premier oestrus, une diminution des tailles de portées et une augmentation de l'intervalle sevrage-oestrus. Les producteurs de porcs étant payés selon le rendement en maigre des carcasses de porcs envoyés aux abattoirs, la sélection génétique des dernières années a surtout été orientée vers la production de porcs de plus en plus maigres. Cependant, cette réduction du tissu adipeux a, du même coup, entraîné de nombreux problèmes de reproduction et un taux de réforme des truies de plus en plus élevé. Nous savons aujourd'hui que les cellules adipeuses sont le siège d'une activité métabolique intense et qu'elles sont capables de sécréter une multitude de facteurs vers la circulation sanguine. Parmi ces facteurs, nous retrouvons diverses adipokines telles la leptine et l'adiponectine, lesquelles auraient des effets bénéfiques sur les organes reproducteurs. L'adiponectine est l'adipokine la plus abondamment sécrétée par le tissu adipeux et la présence de ses récepteurs, AdipoR1 et AdipoR2, au niveau des ovaires et de l'utérus de la truie suggère un rôle pour l'adiponectine sur diverses fonctions reproductrices. Dans cette étude, nous avons voulu déterminer l'effet de l'adiponectine recombinante sur l'utérus de la truie en utilisant un modèle in vitro de culture de cellules endométriales primaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la modulation de l'expression de cette adipokine et de ses récepteurs pendant le cycle oestral et au début de la gestation. Utilisant la méthode de PCR en temps réel, nous avons tout d'abord confirmé la présence des récepteurs AdipoRl, AdipoR2 et cadhérine 13 dans l'endomètre de la truie et constaté que l'expression de ces gènes est modulée pendant le cycle oestral, étant à son maximum au milieu de la phase lutéale. Nous avons aussi observé une modulation de l'expression de l'adiponectine dans le tissu adipeux sous-cutané, avec un transcrit plus abondant chez les truies hypo-prolifiques (? 10 porcelets par portée) et les truies cycliques, comparativement aux truies hyper-prolifiques (? 15 porcelets par portée) et gestantes (jour 15 de la gestation), respectivement. Dans l'endomètre, le récepteur AdipoR2 est plus fortement exprimé chez la truie gestante que chez la cyclique, alors qu'il est plus élevé chez les truies hypo-prolifiques que chez les hyper-prolifiques. Chez l'embryon de 15 jours, le profil inverse est observé, avec une quantité plus élevée de transcrits observée pour les récepteurs AdipoRl et AdipoR2 chez les embryons issus des truies hyper-prolifiques. Bien que l'expression de la cadhérine 13 soit modulée pendant le cycle oestral, la gestation (cyclique vs gestante) et la prolificité (hyper- vs hypo-prolifique) ne présentent aucun effet significatif sur son expression. Finalement, l'utilisation de culture de cellules stromales endométriales primaires traitées à l'adiponectine recombinante a révélé une augmentation de l'expression en ARN messager des gènes de la prostaglandine synthétase 2 (PTGS2) et du facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF), deux gènes ayant un rôle clé en début de gestation pour la survie embryonnaire. De plus, cette modulation de l'expression génique serait médiée par l'activation des voies de signalisation de la MAPK-ERK1/2 et de la kinase activée par l'AMP (AMPK). Collectivement, ces résultats suggèrent une implication directe de l'adiponectine sur les cellules endométriales porcines et dans les processus de reproduction chez la truie, autant pendant le cycle oestral qu'en début de gestation. De plus, nos résultats identifient l'adiponectine comme un régulateur potentiel des adaptations métaboliques se produisant en début de gestation.

Les prothèses vasculaires textiles en polyéthylène téréphtalate (PET) présentent souvent des occlusions après implantation pour les petits diamètres (6-8mm) car la surface des prothèses est peu hémocompatible. Or, l'hémocompatibilité des prothèses serait largement améliorée si ces dernières se recouvraient d'une couche de cellules endothéliales qui tapissent naturellement les vaisseaux sanguins. Ce projet vise à mettre en évidence que les textiles bruts ne sont pas un support viable pour le développement de ces cellules endothéliales, puis propose de remplacer les matrices protéiniques par un recouvrement synthétique. Pour ce faire, de l'acide poly-L-lactique (PLA) solubilisé a été filé sous forme de nanofibres déposées sur la surface luminale de la prothèse. L'étirage par jet d'air a été caractérisé selon un modèle plan, puis adapté à la fon11e tubulaire des prothèses. Les nanofibres ont été évaluées sur le plan de la cytocompatibilité, de l'adhérence et de la prolifération avec un modèle de cellules endothéliales animales. Ce travail vise aussi à optimiser l'adhérence de ces fibres sur le PET par l'emploi d'une technique de modification de surface par plasma. Les résultats montrent qu'il est possible de produire des nanofibres de PLA et de contrôler leur diamètre, et de sceller la paroi de la prothèse textile. Enfin, les cellules endothéliales prolifèrent en monocouche sur des prothèses recouve1tes de nanofibres. Il est possible d'optimiser l'adhérence des nanofibres sur le PET avec un traitement par plasma. En conclusion nous avons proposé une alternative à l'enduction traditionnelle des prothèses permettant la prolifération en monocouche des cellules endothéliales.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a group of diseases characterized by avascular obstruction leading to a progressive increase of the resistances in the pulmonary blood flow. The recent progress in the understanding of mechanisms at the origin of this disease underlines the role of extrapulmonary cells, such as circulating stem cells and bone marrow-derived progenitor cells in vascular remodeling and in PAH development. In this thesis we have shown implication of the progenitor cells and chemotactic axis in the vascular remodeling in human and experimental PAH. This work could help to develop new therapies allowing more specific and more effective treatments leading to improved survival of PAH patients.

Les travaux de cette thèse sont consacrés à la détection et le diagnostic des lésions vasculaires, particulièrement dans le cas la maladie coronaire. La maladie coronaire continue à être la première cause de mortalité dans les pays industrialisés. En général, l'identification des lésions vasculaires est abordée en essayant de modéliser les anormalités (lésions). Le principal inconvénient de cette approche est que les lésions sont très hétérogènes, ce qui rend difficile la détection de nouvelles lésions qui n'ont pas été prises en compte par le modèle. Dans cette thèse, nous proposons de ne pas modéliser directement les lésions, mais de supposer que les lésions sont des événements anormaux qui se manifestent comme points avec une faible densité de probabilité. Nous proposons l'utilisation de deux méthodes de classification basées sur les Machines à Vecteurs de Support (SVM) pour résoudre le problème de détection du niveau de densité. Le principal avantage de ces deux méthodes est que la phase d'apprentissage ne requiert pas de données étiquetées représentant les lésions. La première méthode est complètement non supervisée, alors que la seconde exige des étiquettes seulement pour les cas qu'on appelle sains ou normaux. L'utilisation des algorithmes de classification sélectionnés nécessite des descripteurs tels que les anomalies soient représentées comme des points avec une densité de probabilité faible. A cette fin, nous avons développé une métrique basée sur l'intensité de l'image, que nous avons appelée concentric rings. Cette métrique est sensible à la quasi-symétrie des profils d'intensité des vaisseaux sains, mais aussi aux écarts par rapport à cette symétrie, observés dans des cas pathologiques. De plus, nous avons sélectionné plusieurs autres descripteurs candidats à utiliser comme entrée pour les classifieurs. Des expériences sur des données synthétiques et des données de CT cardiaques démontrent que notre métrique a une bonne performance dans la détection d'anomalies, lorsqu'elle est utilisée avec les classifeurs retenus. Une combinaison de plusieurs descripteurs candidats avec la métrique concentric rings peut améliorer la performance de la détection. Nous avons défini un schéma non supervisé de sélection de descripteurs qui permet de déterminer un sous-ensemble optimal de descripteurs. Nous avons confronté les résultats de détection réalisée en utilisant le sous-ensemble de descripteurs sélectionné par notre méthode avec les performances obtenues avec des sous-ensembles sélectionnés par des méthodes supervisées existantes. Ces expériences montrent qu'une combinaison de descripteurs bien choisis améliore effectivement les performances des classifieurs et que les meilleurs résultats s'obtiennent avec le sous-ensemble sélectionné par notre méthode, en association avec les algorithmes de détection retenus. Finalement, nous proposons de réaliser un recalage local entre deux images représentant différentes phases du cycle cardiaque, afin de confronter les résultats de détection dans ces images (phases). L'objectif ici est non seulement d'attirer l'attention du praticien sur les anomalies détectées comme lésions potentielles, mais aussi de l'aider à conforter son diagnostic en visualisant automatiquement la même région reconstruite à différents instants du cycle cardiaque.

L'accident vasculaire cérébral, est une pathologie aigüe et grave, qui peut conduire au décès rapide du patient ou à un handicap neurologique sévère, moteur et/ou cognitif. Dans les situations les plus sévères, l'action médicale amène à envisager des limitations ou arrêt de certains traitements si le pronostic s'avère " catastrophique ", signifiant le plus souvent le risque d'un handicap " inacceptable ".L'action médicale dans ces situations est particulièrement complexe. Elle pose la question de la finalité de l'acte médical au regard de la qualité de vie future du patient, qui suppose l'estimation délicate de la valeur de la vie, prédiction par essence incertaine. Mais si le pronostic tient une place centrale dans cette action, d'autres facteurs jouent également un rôle déterminant, comme celui du contexte. Ce travail de thèse propose une exploration des notions de pronostic et de " proportionnalité des soins " et une approche éthique reposant sur la prise en compte de la complexité et la délibération aristotélicienne.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.