La phase de primo-infection à VIH qui correspond aux premières semaines de l'infection est une phase cruciale qui détermine en partie l'évolution clinique de la maladie. La dynamique du virus et des lymphocytes T CD4+ (principale cible) durant cette phase est complexe. D'une part cette phase est asymptomatique dans plus de la moitié des cas et est semblable à un syndrome grippal; elle passe par conséquent très souvent inaperçue et peu de données sont disponibles. D'autre part la date d'infection est généralement inconnue ce qui complique l'étude de l'évolution au cours du temps des marqueurs viro-immunologiques. Les modèles dynamiques basés sur des systèmes d'équations différentielles permettent de prendre en compte l'interaction complexe et non-linéaire existant entre le VIH et le système immunitaire. De plus, leur aspect mécanistique peut être très utile pour la compréhension de la physiopathologie ou l'effet d'intervention. Cependant l'estimation de ces modèles est complexe et plusieurs méthodes sont disponibles à ce jour. Nous proposons dans cette thèse une méthode d'estimation pour des modèles dynamiques prenant en compte l'incertitude sur la date d'infection. Nous appliquons cette méthode à un jeu de données réelles de 761 séroconverteurs de la Collaboration CASCADE durant leur première année de suivi. Ces modèles possèdent un grand nombre de paramètres pouvant inclure des effets aléatoires et des variables explicatives. La sélection du meilleur modèle peut nécessiter l'estimation d'un grand nombre de modèles et peut s'avérer très longue. Nous proposons des tests du score pour sélectionner les effets aléatoires et les variables explicatives plus rapidement dans le cadre général des modèles non-linéaires à effets mixtes avec une illustration sur des modèles dynamiques. Enfin, nous proposons de comparer plusieurs modèles biologiques possibles de la primo-infection à VIH pour prédire la dynamique de la charge virale plasmatique et des CD4.

La première étape du cycle viral du virus de l'immunodéficience humaine se déroule grâce à l'interaction entre les glycoprotéines d'enveloppe gp120/gp41 et les récepteurs CD4 et CCR5/CXCR4. Les différentes fonctions activées par cette étape, incluant l'attachement, la pénétration et la signalisation cellulaire représentent des cibles potentielles pour le développement d'antirétroviraux. Dans ce travail, nous avons développé des approches permettant d'agir sur chacune de ces étapes à l'aide de peptides synthétiques, d'anticorps anti-peptide et d'inhibiteurs des voies de signalisation. Dans la première approche, nous nous sommes intéressé au développement d'analogues peptidiques de la région HRII en évitant les limitations, incluant courte demi-vie et émergence d'isolats de résistance, rencontrées lors de l'utilisation du peptide T-20 (Fuzeon). Nous avons synthétisé un peptide de 34 acides aminés modélisant la région HRII en incluant des acides aminés non naturels de série D uniquement au niveau de certains sites sensibles à la protéolyse ou dans la totalité de la séquence.Les résultats obtenus montrent que les modifications ponctuelles permettent de : i) maintenir la structure en hélice a du peptide, ii) maintenir sa capacité à interagir avec la région HRI, iii) d'augmenter sa demie-vie et iv) de conserver son activité antivirale. Dans la deuxième approche, nous avons testé la capacité des peptides analogues de la région HRII de VIH-1 et de la boucle V3 de SIV à induire la production d'anticorps neutralisants. Cette étude nous a permis d'aboutir à deux conclusions principales : i) les anticorps anti-HRII peuvent interférer avec l'activité antivirale du peptide administré lors du traitement antiviral, ii) contrairement aux anticorps anti-V3 du VIH-1, les anticorps anti-V3 de SIV sont incapables de neutraliser le virus SIV suggérant des fonctions différentes pour cette région chez HIV-1 et SIV. Dans la troisième partie, nous avons montré que l'attachement du virus VIH sur son récepteur s'accompagne de l'activation de la voie PKC dont l'isoforme PKC-d. L'inhibition de cet isoforme bloque totalement la réplication virale. Ce blocage semble s'opérer en interférant avec les étapes post-entrée du virus en inhibant la formation des pseudopodes et des filaments d'actine, structure nécessaire pour l'étape de la transcription inverse.

Ce travail suggère que l'apotose régule différentiellement la demi-vie des populations lymphocytaires T productrices de cytokines. Processus anti-inflammatoire physiologique, l'apoptose exerce principalement son contrôle négatif sur les cellules T productrices de TNFa. Lors des traitements anti-rétroviraux combinés, la réduction de l'apoptose lymphocytaire est associée à une polarisation pro-inflammatoire qui pourrait favoriser la constitution des anomalies métaboliques mais aussi la survenue des pathologies inflammatoires associées à la restauration immunitaire.

Ce mémoire est consacré à l'étude de deux nouvelles méthodes :<br />La méthode d'Adomian pour la résolution d'équations fonctionnelles non linéaires ; <br />La méthode d'optimisation globale Alienor pour la recherche de minimums absolus de fonctions de plusieurs variables.<br />Ces méthodes sont ensuite appliquées à la résolution des problèmes de biomathématiques liés au VIH/SIDA et au paludisme et de plus à la résolution des problèmes de recherche opérationnelle.<br />Pour la méthode décompositionnelle d'Adomian, un algorithme permettant de calculer exactement et rapidement les polynômes d'Adomian pour tous les types de non linéarité et quel que soit le nombre de variables intervenant dans l'équation fonctionnelle a été trouvé et cela à fait l'objet de publication dans la revue Kybernetes.<br />Pour l'optimisation globale utilisant la méthode Alienor, afin de réduire le temps de calcul et aussi le problème rencontré quant au calcul de lorsque le nombre de variable n est très grand (de l'ordre de 1000), une transformation réductrice -dense de la forme est proposé dans Balira KONFE and all ... Les suites et sont des suites lentement croissantes. La fonction univariable obtenue à partir de la transformation réductrice est multimodal d'où la nécessité de développer de nouvelles méthodes pour la résolution des problèmes d'optimisation dans R. La notion d'Optimization Preserving-Operator a été introduite au chapitre 9 et améliorée en O.P.O*. Cet O.P.O* permet d'éliminer les minima parasites et de converger rapidement vers l'optimum absolu.<br />Le couplage des deux méthodes ci-dessus citées pour la résolution des problèmes de contrôle optimal a donné des résultats numériques remarquables.<br />La méthode décompositionnelle d'Adomian permet de transformer les problèmes de contrôle optimal en un problème d'optimisation global qui sera ensuite résolue par la méthode Alienor.<br />En marge des problèmes de contrôle optimal en biomédecine, l'adaptation de la méthode Alienor aux problèmes d'optimisation rencontrés en recherche opérationnelle et plus particulièrement les problèmes d'optimisation en nombre entier, booléen et mixte a donné lieu à des publications dans la revue Kybernetes. Les courbes -denses permettent de générer tous les points entiers contenus dans un pavé donné de Rⁿ.<br />A long terme cette méthode permet de donner une solution à la conjecture que : NP est équivalent à P en recherche opérationnelle.

Le génome du virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est constitué, comme tous les rétrovirus, de deux copies identiques d'ARN génomique. Ce phénomène de dimérisation interfère avec différentes étapes du cycle rétroviral. Il est en outre corrélé aux étapes d'encapsidation de l'ARN génomique et de maturation des particules virales. L'inhibition de la dimérisation représente une nouvelle voie de traitement potentiel du VIH. Ce travail a permis de déterminer par RMN la structure tridimensionnelle de différentes conformations de la séquence SL1 qui joue un rôle clé dans l'initiation de la dimérisation du rétrovirus. Il constitue une première approche dans la compréhension des interactions entre les 2 brins d'ARN de l'ARN génomique de VIH-1Laï lors de l'étape de dimérisation. Ces différentes investigations structurales constituent une base d'étude dans les stratégies de drug design impliquant le développement d'inhibiteurs susceptibles d'interférer avec les sites d'interactions ARN/ARN.

La formation du complexe de fusion qui précède la fusion est essentielle à l'infection de la cellule-cible par le VIH-1. L'inhibition de la formation de ce complexe de fusion peut empêcher l'infection et représenter un moyen de traitement antirétroviral. Plusieurs équipes ont essayé de produire des anticorps neutralisants par immunisation de souris ou de lapins avec des peptides linéaires non conformationnels, mais sans résultat. L'élaboration d'une lignée de cellules eucaryotes exprimant la structure HR1-PID-HR2 TM viral nous a permis de le faire. Cette lignée est un outil susceptible d'engendrer des anticorps monoclonaux (mAb). Trois mAbs contre le complexe de fusion de la région gp41 ont été produits chez la souris. L'activité neutralisante des anticorps produits a été évaluée sur des souches de laboratoires et des isolats primaires de VIH-1 de clades B et C. Ils induisent des réponses neutralisantes à large spectre. Les résultats obtenus montrent aussi que les trois anticorps monoclonaux pouvaient inhiber la formation de syncytia et bloquer l'interaction entre les structures HR1 et HR2

Le galactosylcéramide ou GalCer, dérivé glycolipidique, est l'un des récepteurs cellulaires du VIH. Il agit grâce à son affinité élevée pour la boucle V3 de la gp120 du VIH. Une des stratégies thérapeutiques employées consiste en la synthèse de leurres visant à mimer ce récepteur afin de bloquer la reconnaissance entre le virus et les cellules GalCer(+) et CD4(+). De plus, la plupart des processus de reconnaissance cellulaire sont multivalents. L'inhibition de ces processus est donc plus efficace quand un inhibiteur multivalent est utilisé. C'est dans ce contexte que l'utilisation de dendrimères phosphorés catanioniques analogues du GalCer mimant les surfaces cellulaires a été envisagée. Ces composés sont obtenus par une simple réaction acido-basique dans l'eau entre un dendrimère à terminaisons acide et un aminosucre à longue chaine appelé aminolactitol. Les dendrimères catanioniques résultants sont des assemblages supramoléculaires dont la stabilité est assurée par des interactions hydrophobes entre les branches du dendrimère et les chaînes de l'aminosucre. Les travaux précédents réalisés dans nos laboratoires ont ainsi montré que ces analogues multivalents du GalCer sont des très bons inhibiteurs du VIH-1 mais qu'ils possèdent une toxicité cellulaire non-négligeable. Dans le but de diminuer cette cytotoxicité et d'étudier l'influence de la périphérie du dendrimère sur l'activité anti-VIH par l'introduction de diverses modifications chimiques près de la paire d'ions, nous avons conçu une série de dendrimères de première génération à terminaison acide phosphonique et leurs analogues catanioniques du GalCer. Ces composés et leurs précurseurs ont été étudiés par spectrométrie de RMN du proton, du phosphore 31 et du carbone 13. En particulier, la spectrométrie de RMN du phosphore 31 a été un outil efficace pour contrôler les modifications chimiques. L'hypothèse centrale de cette stratégie était la possibilité d'augmenter la stabilité de la paire d'ions grâce à des modifications chimiques, notamment par l'augmentation des effets hydrophobes apportés par une chaîne alkyle supplémentaire. Cette série d'analogues catanioniques du GalCer montre une très bonne activité mais des index thérapeutiques bas à cause des valeurs relativement élevées de la toxicité, malgré les modifications structurales réalisées. C'est pourquoi nous avons d'abord vérifié que cette cytotoxicité n'était pas liée aux propriétés d'aggrégation de ces analogues catanioniques dendritiques. Cette validation a conforté notre hypothèse initiale qui explique la cytotoxicité par un manque de stabilité de la paire d'ion in vitro, et la libération partielle d'aminolactitol dans le milieu biologique, dont les propriétés détergentes pourraient expliquer la cytotoxicité. Pour valider cette hypothèse, des études par fluorimètrie ont été réalisées avec des composés modèles, à l'aide de nouveaux analogues catanioniques fluorescents conçus pour cette étude. Les constantes de dissociation obtenues par spectrofluorométrie sont faibles (de l'ordre de 10-5 M) pour tous les dendrimères. Cela signifie que la paire d'ions est partiellement dissociée dans le milieu de culture cellulaire. Il n'est donc pas exclu que des interactions entre les aminolactitols du catanioniques et des récepteurs cellulaires renforcent la dissociation. En effet, ces constantes de dissociation sont 10000 fois plus grandes que celles correspondantes à des autres partenaires biologiques du GalCer, par exemple, la constante de dissociation du complexe GalCer-gp120 est de l'ordre de la nanomole. Bien qu'il s'agisse d'un modèle, la paire d'ions n'est pas sans doute capable de maintenir l'association catanionique. Ces travaux nous ont permis de corréler des propriétés biologiques de dendrimères catanioniques à leur comportement physico-chimiques et pourraient aider à concevoir d'autres candidats analogues multivalents du galcer plus performants.

Les patients infectés par le VIH se voient proposer des traitements anti-viraux<br>lourds (avec des effets secondaires handicapants) qui sont destinés à être mis en<br>place à vie. Les différentes souches de virus, les mutations, les résistances ou tout<br>simplement les spécificités de chaque patient conduisent parfois à interrompre ou<br>à modifier le traitement après quelques semaines d'observation.<br>Ce travail de thèse s'inscrit dans une thématique pluridisciplinaire et son objectif<br>a été d'étudier la modélisation mathématique de l'évolution de l'infection<br>VIH/SIDA pour une aide précoce au diagnostic clinique. Notre approche consiste<br>à modéliser l'évolution des dynamiques de l'infection – essentiellement la dynamique<br>de la charge virale, du taux de CD4 et de CD8 – dans le but de prédire<br>son évolution. Cette modélisation met en jeu plusieurs paramètres (liés à la virulence<br>du virus et à l'état du système immunitaire du malade) qui nous permettent<br>d'interpréter et de caractériser certains phénomènes encore mal connus de l'infection.<br>Ce rapport présente donc l'identification (l'estimation) des paramètres<br>de l'infection à partir des mesures cliniques standard (à savoir la charge virale,<br>le taux de CD4 et de CD8), ainsi que la manière dont ces paramètres peuvent<br>être utilisés pour l'aide à la prise en charge thérapeutique du malade. D'un point<br>de vue technique, il a fallu développer des méthodes d'identification ad hoc qui<br>permettent de calculer les paramètres de l'infection à partir d'un faible nombre<br>de mesures.<br>Les résultats obtenus – grâce à un essai clinique mis en place par le CHU de<br>Nantes – montrent que les patients en échec thérapeutique, peuvent être précocement<br>détectés par l'analyse mathématique de leurs paramètres respectifs.<br>Ce rapport présente dans un premier temps la modélisation de l'infection VIH,<br>avec un aperçu des modèles standard qui existent ainsi que deux nouveaux modèles<br>que nous avons introduits pour le besoin de cette étude. Ensuite, l'identifiabilité<br>des systèmes dynamiques en temps continu et discret y est présentée. Nous<br>montrons que les modèles étudiés sont identifiables à partir des données cliniques<br>usuelles. Enfin, nous présentons l'identification des paramètres des modèles à partir<br>des données cliniques et son application à l'aide au diagnostic clinique.

En 1998, le traitement de la co-infection VHC rarement discuté avant l'ère des HAART, compte tenu d'une réponse médiocre à la monothérapie par IFNα et d'un pronostic de vie lié au VIH estimé en moyenne à 10 ans, fût reconsidéré. C'est ainsi que débuta en 2000, l'essai RIBAVIC HC02, essai randomisé et multicentrique comparant l'association de la ribavirine 800 mg/j à l'Interféron 3 MUI x3/semaine ou au PEG-α-2b Interféron 1,5 μg/kg/semaine pendant 48 semaines. Une cohorte des patients inclus dans l'essai RIBAVIC (cohorte RIBAVIC EP10) débuta en 2001 pour évaluer le devenir à long terme de ces patients. L'essai RIBAVIC et la cohorte RIBAVIC ont apporté les enseignements suivants : - la cinétique de la charge virale VHC peut différer selon la nature du traitement antirétroviral. - la prévalence et les facteurs de risque de la stéatose sont similaires à ceux observés dans la population mono-infectée VHC - le taux de réponse virologique soutenue est inférieur chez les patients co-infectés (27%) comparé aux patients mono-infectés VHC (50%) - le taux de non réponse virologique (diminution de la charge virale VHC inférieure à 2 log à S12) sous traitement par pegIFN plus ribavirine est plus élevé (33%) comparé aux patients monoinfectés VHC (14%). L'interaction entre la ribavirine et l'abacavir pourrait être un facteur de risque. - l'indétectabilité de l'ARN VHC dès S4 est prédictive de la réponse à long terme (valeur prédictive positive 97%) et la décroissance de la charge virale VHC est significativement plus lente chez les patients rechuteurs comparée aux patients répondeurs long terme à S2 et à S4 - Au cours du traitement anti-VHC :1- le risque d'anémie est élevé et majoré par la coprescription de zidovudine et de ribavirine ; 2- l'amaigrissement est fréquent et sévère et peut être révélateur d'une toxicité mitochondriale ; 3- le risque bactérien n'est pas lié au taux des polynucléaires neutrophiles mais à la fibrose hépatique ; 4- le risque de toxicité mitochondriale, d'aggravation de la fibrose et de décompensation hépatique est majoré par l'interaction entre la didanosine et la ribavirine - une réponse virologique soutenue est associée à un bénéfice histologique et clinique.

La infecció pel virus de la immunodeficiència humana (VIH) constitueix una de les epidèmies més importants actualment. El VIH es caracteritza per la seva elevada variabilitat genètica al llarg de la seva història natural. Les múltiples variants existents dins del mateix hoste, el que es coneix com quasiespècies, constitueixen una font d'adaptabilitat del virus, ja que permeten la disponibilitat d'una variant d'escapament davant una possible pressió selectiva en l'ambient (resposta immune, fàrmacs antiretrovirals, etc) . Malgrat els grans avenços en el desenvolupament de tractaments eficaços, actualment no ha estat possible l'eradicació de la infecció. El tractament antiretroviral de gran activitat (TARGA) ha disminuït significativament la morbi-mortalitat associada a la infecció pel VIH, però, no aconsegueix l'eliminació del virus. Conseqüència directa d'això és que, en suspendre'l, el virus reapareix en sang perifèrica, i caldrà mantenir el tractament de per vida, amb els seus costos tant a nivell d'efectes secundaris com econòmics. Davant aquesta situació, ha estat necessari el disseny de teràpies alternatives com les teràpies immunomediades (interrupcions estructurades del tractament o vacunes terapèutiques), enfocades a estimular el sistema immunològic del pacient per poder suspendre el TARGA de forma definitiva o, almenys, durant períodes variables de temps. Avui en dia no es coneixen amb exactitud els efectes que pugui tenir la variabilitat del VIH en les teràpies immunomediades, i l'interès del nostre estudi parteix d'aquesta premissa. Per això, l'objectiu d'aquesta tesi és analitzar, per primera vegada, l'evolució del virus en pacients sotmesos a vacunació terapèutica (en el nostre cas, una vacuna terapèutica de cèl•lules dendrítiques polsades amb el virus autòleg inactivat per calor). / La infección por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) constituye una de las epidemias más importantes actualmente. El VIH se caracteriza por su elevada variabilidad genética a lo largo de su historia natural. Las múltiples variantes existentes dentro del mismo huésped, lo que se conoce como cuasiespecie, constituyen una fuente de adaptabilidad del virus, pues permiten la disponibilidad de una variante de escape frente una posible presión selectiva en el ambiente (respuesta inmune, fármacos antiretrovirales, etc). A pesar de los grandes avances en el desarrollo de tratamientos eficaces, actualmente no ha sido posible la erradicación de la infección. El tratamiento antirretroviral de gran actividad (TARGA) ha disminuido significativamente la morbi-mortalidad asociada a la infección por el VIH, no obstante, no consigue la eliminación del virus. Consecuencia directa de ello es que, al suspenderlo, el virus reaparece en sangre periférica, siendo necesario mantener el tratamiento de por vida, con sus costes tanto a nivel de efectos secundarios como económicos. Frente esta situación, ha sido necesario el diseño de terapias alternativas como las terapias inmunomediadas (interrupciones estructuradas del tratamiento o vacunas terapéuticas), enfocadas a estimular el sistema inmunológico del paciente para poder suspender el TARGA de forma definitiva o, al menos, durante períodos variables de tiempo. Hoy en día no se conocen con exactitud los efectos que pueda tener la variabilidad del VIH en las terapias inmunomediadas, y el interés de nuestro estudio parte de esta premisa. Por ello, el objetivo de esta tesis es analizar, por primera vez, la evolución del virus en pacientes sometidos a vacunación terapéutica (en nuestro caso, una vacuna terapéutica de células dendríticas pulsadas con el virus autólogo inactivado por calor). / Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection is one of the largest epidemics today. HIV is characterized by high genetic variability throughout its natural history. Multiple variants exist within the same host, which is known as quasispecies. These quasispecies are a source of adaptability of the virus, and allow the availability of alternative escape variants against a possible selective pressure in the environment (immune response, antiretroviral drugs, etc). Despite the great advances in the development of effective treatments, now has not been possible to eradicate the infection. Antiretroviral therapy (HAART) has significantly decreased morbidity and mortality associated with HIV infection, however, it fails to eliminate the virus. Direct consequence is that, when HAART is stopped, virus rebound in peripheral blood, being necessary to maintain treatment for life, with its costs both in terms of side effects and economic burden. Facing this situation, it has been necessary to design alternative therapies such as immune-mediated therapies (structured treatment interruptions or therapeutic vaccines), aimed to stimulate the patient's immune system to permanently remove HAART or, at least, for varying periods of time. Today, effects of the variability of HIV in immune-mediated therapies are not exactly known , and the interest of our study is based on this premise. Therefore, the objective of this thesis is to analyze, for the first time, the evolution of HIV in patients undergoing therapeutic vaccination (in our case, a therapeutic vaccine based on dendritic cells pulsed with autologous heat-inactivated virus).