La recherche et les questions abordées dans cette thèse sont de type inverse : la reconstitution d'une source ponctuelle ou la complétion d'une donnée à la limite inconnue à l'extrémité du domaine dans les modèles paraboliques de transport de contaminants. La modélisation mathématique des problèmes de pollution des eaux fait intervenir deux traceurs, l'oxygène dissous (OD) et la demande biochimique en oxygène (DBO) qui est la quantité d'oxygène nécessaire à la biodégradation de la matière organique. En effet, au cours des procédés d'autoépuration, certaines bactéries aérobies jouent un rôle principal. Ces micro-organismes décomposent les matières organiques polluantes en utilisant l'oxygène dissous dans le milieu. Afin de compenser ces données manquantes, les champs, solutions du problème, sont observés directement ou indirectement. Les problèmes inverses qui en résultent sont quasi certainement mal-posés voire même sévèrement mal-posés pour la plupart. Dans cette thèse, nous proposons justement une analyse aussi poussée que possible sur la question de l'identifiabilité pour les deux problèmes inverses décrits ci-dessus. Nous avons démontré un résultat d'unicité pour des sources fixes dans le cas d'observations décalées. La réalité pour l'observation est nuancée et l'idéal n'est pas acquis ; des mesures directes sur la DBO sont difficiles à obtenir. En revanche collecter des données sur l'OD est possible en temps réel et avec un faible coût. La DBO est donc observée de façon indirecte, grâce au couplage dans le système de Streeter et Phelps, l'information passe de l'OD à la DBO. Pour ce problème aussi, nous avons produit un résultat d'unicité pour la reconstruction de la source ou puits ponctuel qui serait présent dans l'équation de transport sur l'OD. Nous avons ensuite examiné des questions annexes à l'identifiabilité telles que le degré d'instabilité des équations à résoudre. De ce type d'informations dépendent le comportement des méthodes numériques et des algorithmes de calcul à utiliser. / The research and the questions approached on this thesis are inverse type : the reconstruction of point-wise source or the data completion problem in parabolic models of transport of contaminants. The mathematical modelling of the problems of water pollution includes two tracers, the dissolved oxygen (DO) and the biochemical demand in oxygen (BDO) which is the quantity of oxygen necessary for the biodegradation of organic matter. Indeed, during the biodegradation process, aerobic bacteria play a leading part. These micro-organisms decompose polluting organic matters by using the dissolved oxygen in the middle. To compensate these missing data, fields, solutions of the problem, are observed directly or indirectly. The resulting inverse problems are ill-posed. Their mathematical study rises big complications and their numerical treatment isn't easy. We demonstrated a uniqueness result for fixed sources in the case of moved observations. The reality for the observation is qualified and the ideal is not acquired; direct measures on the BOD are difficult to obtain. On the Other hand to collect data on the DO is possible in real time With a moderate cost. The BOD is thus observed in indirect way, thanks to the coupling in the system of Streeter and Phelps, the information passes from the DO to the BOD. For this problem, we produced a uniqueness result for the reconstruction of source. Then, we examined the degree of instability of the equation to be solved. The behaviour of numerical methods depend on this type of information.

Les systèmes publics de santé nécessitent des capteurs miniaturisés pour l'amélioration des diagnostics médicaux. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était de simuler, réaliser et caractériser des résonateurs à ondes acoustiques de volume à base de couches minces, vibrant en mode de cisaillement à 800 MHz et montés sur miroir acoustique (SMR), et de démontrer leur capacité à fonctionner comme capteurs gravimétriques en milieu liquide.<br /><br />Trois procédés de dépôt par pulvérisation de couches de ZnO à axe c incliné ont été développés. De telles couches sont nécessaires pour l'excitation d'ondes de cisaillement et essentielles pour un fonctionnement en milieu liquide. Des inclinaisons jusqu'à 16° ont été obtenues avec une incidence oblique des particules en utilisant des caches additionnels. Des couches homogènes ont été déposées sur la surface entière d'un wafer 4“. Des outils de simulation et de caractérisation ont permis d'optimiser les SMRs, améliorant le coefficient de couplage de 0.012 à 0.149 et le facteur de qualité de 3.5 à 230. Leur application dans des solutions de glycérol a montré qu'ils se prêtent à la détection gravimétrique et comme viscosimètres. Des mesures de liaisons anticorps-antigènes en milieu liquide ont été réalisées avec succès. Comparées à des microbalances à quartz vibrant à 10 MHz, la sensibilité est 1000 fois plus grande et la résolution est 4 fois meilleure.<br /><br />Les SMRs sont hautement sensibles, peuvent être intégrés à des systèmes électroniques, et permettent des mesures quantitatives avec de bonnes résolutions. Ces nanobalances à couche piézoélectrique pourront former le noyau de systèmes portables et bon marché pour le diagnostic médical.

La plupart des conditions détectées par le dépistage néonatal sont reliées à l'une des enzymes qui dégradent les acyls-CoA mitochondriaux. Le rôle physiopathologique des acyls-CoA dans ces maladies est peu connue, en partie parce que les esters liés au CoA sont intracellulaires et les échantillons tissulaires de patients humains ne sont généralement pas disponibles. Nous avons créé une modèle animal murin de l'une de ces maladies, la déficience en 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL), dans le foie (souris HLLKO). HL est la dernière enzyme de la cétogenèse et de la dégradation de la leucine. Une déficience chronique en HL et les crises métaboliques aigües, produisent chacune un portrait anormal et distinct d'acyls-CoA hépatiques. Ces profils ne sont pas prévisibles à partir des niveaux d'acides organiques urinaires et d'acylcarnitines plasmatiques. La cétogenèse est indétectable dans les hépatocytes HLLKO. Dans les mitochondries HLLKO isolées, le dégagement de 14CO2 à partir du [2-14C]pyruvate a diminué en présence de 2-ketoisocaproate (KIC), un métabolite de la leucine. Au test de tolérance au pyruvate, une mesure de la gluconéogenèse, les souris HLLKO ne présentent pas la réponse hyperglycémique normale. L'hyperammoniémie et l'hypoglycémie, des signes classiques de plusieurs erreurs innées du métabolisme (EIM) des acyls-CoA, surviennent de façon spontanée chez des souris HLLKO et sont inductibles par l'administration de KIC. Une charge en KIC augmente le niveau d'acyls-CoA reliés à la leucine et diminue le niveau d'acétyl-CoA. Les mitochondries des hépatocytes des souris HLLKO traitées avec KIC présentent un gonflement marqué. L'hyperammoniémie des souris HLLKO répond au traitement par l'acide N-carbamyl-L-glutamique. Ce composé permet de contourner une enzyme acétyl-CoA-dépendante essentielle pour l’uréogenèse, le N-acétylglutamate synthase. Ceci démontre un mécanisme d’hyperammoniémie lié aux acyls-CoA. Dans une deuxième EIM des acyls-CoA, la souris SCADD, déficiente en déshydrogénase des acyls-CoA à chaînes courtes. Le profil des acyls-CoA hépatiques montre un niveau élevé du butyryl-CoA particulièrement après un jeûne et après une charge en triglycérides à chaîne moyenne précurseurs du butyryl-CoA. / Most conditions detected by expanded newborn screening result from deficiency of one of the enzymes that degrade acyl-CoA esters in mitochondria. The role of acyl-CoAs in the pathophysiology of these disorders is poorly understood, in part because CoA esters are intracellular and samples are not generally available from human patients. We created a mouse model of one such condition, deficiency of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL), in liver (HLLKO mice). HL catalyses a reaction of ketone body synthesis and of leucine degradation. Chronic HL deficiency and acute crises each produced distinct abnormal liver acyl-CoA patterns, which would not be predictable from levels of urine organic acids and plasma acylcarnitines. In HLLKO hepatocytes, ketogenesis was undetectable. Measures of Krebs cycle flux diminished following incubation of HLLKO mitochondria with the leucine metabolite 2-ketoisocaproate (KIC). HLLKO mice also had suppression of the normal hyperglycemic response to a systemic pyruvate load, a measure of gluconeogenesis. Hyperammonemia and hypoglycemia, cardinal features of many inborn errors of acyl-CoA metabolism, occurred spontaneously in some HLLKO mice and were inducible by administering KIC. KIC loading also increased levels of several leucine-related acyl-CoAs and reduced acetyl-CoA levels. Ultrastructurally, hepatocyte mitochondria of KIC-treated HLLKO mice show marked swelling. KIC-induced hyperammonemia improved following administration of carglumate (N-carbamyl-L-glutamic acid), which bypasses an acetyl-CoA-dependent reaction essential for urea cycle function, thus demonstrating an acyl-CoA-related mechanism for this complication. In a second animal model of an inborn error of acyl-CoA metabolism, short chain acyl-CoA dehydrogenase (SCAD)-deficient mice, the main finding in liver acyl-CoAs is increased butyryl-CoA, particularly during fasting or after enteral loading with medium chain triglyceride precursor of butyryl-CoA.

La plupart des conditions détectées par le dépistage néonatal sont reliées à l'une des enzymes qui dégradent les acyls-CoA mitochondriaux. Le rôle physiopathologique des acyls-CoA dans ces maladies est peu connue, en partie parce que les esters liés au CoA sont intracellulaires et les échantillons tissulaires de patients humains ne sont généralement pas disponibles. Nous avons créé une modèle animal murin de l'une de ces maladies, la déficience en 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL), dans le foie (souris HLLKO). HL est la dernière enzyme de la cétogenèse et de la dégradation de la leucine. Une déficience chronique en HL et les crises métaboliques aigües, produisent chacune un portrait anormal et distinct d'acyls-CoA hépatiques. Ces profils ne sont pas prévisibles à partir des niveaux d'acides organiques urinaires et d'acylcarnitines plasmatiques. La cétogenèse est indétectable dans les hépatocytes HLLKO. Dans les mitochondries HLLKO isolées, le dégagement de 14CO2 à partir du [2-14C]pyruvate a diminué en présence de 2-ketoisocaproate (KIC), un métabolite de la leucine. Au test de tolérance au pyruvate, une mesure de la gluconéogenèse, les souris HLLKO ne présentent pas la réponse hyperglycémique normale. L'hyperammoniémie et l'hypoglycémie, des signes classiques de plusieurs erreurs innées du métabolisme (EIM) des acyls-CoA, surviennent de façon spontanée chez des souris HLLKO et sont inductibles par l'administration de KIC. Une charge en KIC augmente le niveau d'acyls-CoA reliés à la leucine et diminue le niveau d'acétyl-CoA. Les mitochondries des hépatocytes des souris HLLKO traitées avec KIC présentent un gonflement marqué. L'hyperammoniémie des souris HLLKO répond au traitement par l'acide N-carbamyl-L-glutamique. Ce composé permet de contourner une enzyme acétyl-CoA-dépendante essentielle pour l’uréogenèse, le N-acétylglutamate synthase. Ceci démontre un mécanisme d’hyperammoniémie lié aux acyls-CoA. Dans une deuxième EIM des acyls-CoA, la souris SCADD, déficiente en déshydrogénase des acyls-CoA à chaînes courtes. Le profil des acyls-CoA hépatiques montre un niveau élevé du butyryl-CoA particulièrement après un jeûne et après une charge en triglycérides à chaîne moyenne précurseurs du butyryl-CoA. / Most conditions detected by expanded newborn screening result from deficiency of one of the enzymes that degrade acyl-CoA esters in mitochondria. The role of acyl-CoAs in the pathophysiology of these disorders is poorly understood, in part because CoA esters are intracellular and samples are not generally available from human patients. We created a mouse model of one such condition, deficiency of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL), in liver (HLLKO mice). HL catalyses a reaction of ketone body synthesis and of leucine degradation. Chronic HL deficiency and acute crises each produced distinct abnormal liver acyl-CoA patterns, which would not be predictable from levels of urine organic acids and plasma acylcarnitines. In HLLKO hepatocytes, ketogenesis was undetectable. Measures of Krebs cycle flux diminished following incubation of HLLKO mitochondria with the leucine metabolite 2-ketoisocaproate (KIC). HLLKO mice also had suppression of the normal hyperglycemic response to a systemic pyruvate load, a measure of gluconeogenesis. Hyperammonemia and hypoglycemia, cardinal features of many inborn errors of acyl-CoA metabolism, occurred spontaneously in some HLLKO mice and were inducible by administering KIC. KIC loading also increased levels of several leucine-related acyl-CoAs and reduced acetyl-CoA levels. Ultrastructurally, hepatocyte mitochondria of KIC-treated HLLKO mice show marked swelling. KIC-induced hyperammonemia improved following administration of carglumate (N-carbamyl-L-glutamic acid), which bypasses an acetyl-CoA-dependent reaction essential for urea cycle function, thus demonstrating an acyl-CoA-related mechanism for this complication. In a second animal model of an inborn error of acyl-CoA metabolism, short chain acyl-CoA dehydrogenase (SCAD)-deficient mice, the main finding in liver acyl-CoAs is increased butyryl-CoA, particularly during fasting or after enteral loading with medium chain triglyceride precursor of butyryl-CoA.

Le carcinome intracanalaire de la prostate (intraductal carcinoma of the prostate, IDC-P) est un variant histologique agressif du cancer de la prostate retrouvé dans environ 20% des spécimens de prostatectomie radicale. L’incidence de l’IDC-P augmente avec l’évolution de la maladie, elle passe de 2% chez les patients avec des cancers localisés à faible risque à plus de 50% chez les patients avec des cancers métastatiques ou récurrents. Malgré l'association de l'IDC-P à la récidive biochimique, au développement de métastases, au décès lié au cancer et à une mauvaise réponse aux traitements standards, environ 40% des hommes avec des IDC-P n’ont pas encore récidivé après cinq ans de suivi. Une portion des hommes avec des IDC-P auraient donc une forme moins agressive de la maladie qui ne nécessite pas de traitement immédiat. Nous avons émis l’hypothèse que l’IDC-P possède des caractéristiques qui permettent de stratifier les patients en catégories pertinentes pour la prise en charge. Nos objectifs étaient de (1) comparer l’infiltration leucocytaire de l’IDC-P à celui du cancer invasif habituel et le tissu bénin et (2) identifier des critères morphologiques dans l’IDC-P qui sont associés à la récidive. La première étude a été réalisée sur les spécimens de prostatectomie radicale provenant d’une cohorte de 96 patients avec des cancers de la prostate localement avancés. Nous avons marqué par immunohistochimie les cellules exprimant CD3 (lymphocytes T), CD8 (lymphocytes T cytotoxiques), CD45RO (lymphocytes T mémoires), FoxP3 (lymphocytes T régulateurs), CD68 (macrophages), CD163 (macrophages M2), CD209 (cellules dendritiques immatures) et CD83 (cellules dendritiques matures). Le nombre de cellules positives par mm2 a ensuite été calculé dans le tissu bénin, au niveau des marges tumorales, dans le cancer et dans l’IDC-P. L’IDC-P a été retrouvé chez 33 patients (34%). Dans l'ensemble, l'infiltrat immunitaire était similaire chez les patients IDC-P-positifs et IDC-P-négatifs. Cependant, les lymphocytes T FoxP3+ (p < 0,001), les macrophages CD68+ et CD163+ (p < 0,001 pour les deux) et les cellules dendritiques CD209+ et CD83+ (p = 0,002 et p = 0,013, respectivement) étaient moins abondants dans l'IDC-P que dans le cancer invasif adjacent. De plus, les patients ont été stratifiés selon la densité de cellules immunitaires dans l’ensemble de l’IDC-P ou dans les points chauds immunitaires, en patients avec des IDC-P immunologiquement « froids » ou « chauds », avec une tendance vers un meilleur pronostic pour les patients avec des IDC-P « froids ». Un point chaud immunitaire a été défini comme la densité de cellules immunitaires la plus élevée dans les plus grandes lésions d’IDC-P. Par ailleurs, les points chauds immunitaires CD68/CD163/CD209 sont associés au développement de métastases (p = 0,014) et aux décès liés au cancer de la prostate (p = 0,009). Dans la deuxième étude, la morphologie de l’IDC-P a été examinée sur des tissus, colorés à l’hématoxyline et l’éosine, provenant de spécimens de prostatectomies radicales de 108 hommes avec des IDC-P. Dans la cohorte test (n = 39), nous avons trouvé cinq critères morphologiques associés à une récidive biochimique précoce (avant 18 mois) : les canaux plus larges (> 573 µm de diamètre), la présence de cellules avec des noyaux à contours irréguliers, un score mitotique élevé (> 1,81 mitoses/mm2), la présence de petits vaisseaux sanguins et la présence de comédonécrose. Dans la cohorte de validation (n = 69), deux de ces critères, la présence de cellules avec des noyaux à contours irréguliers et de vaisseaux sanguins, étaient indépendamment associés à un risque accru de récidive biochimique (rapport de risque = 2,32, intervalle de confiance à 95% = 1,09–4,96, p = 0,029). De plus, lorsque nous combinons les critères, la présence de cellules avec des noyaux à contours irréguliers, de vaisseaux sanguins, de scores mitotiques élevés ou de comédonécrose est plus fortement associée à la récidive biochimique (rapport de risque = 2,74, intervalle de confiance à 95% = 1,21–6,19, p = 0,015). Notre étude sur l’infiltration leucocytaire de l’IDC-P est la première étude décrivant l’environnement immunitaire de l'IDC-P. Nos résultats suggèrent que l’infiltration immunitaire des IDC-P est distinct de celui du cancer invasif habituel. Nous avons montré que l’IDC-P peut être classé comme immunologiquement « froid » ou « chaud », selon les densités de cellules immunitaires. Dans notre étude, les points chauds immunitaires CD68/CD163/CD209 ont prédit la progression vers une maladie métastatique et la survie spécifique au cancer. D'autres études dans de plus grandes cohortes sont nécessaires pour évaluer l'utilité clinique d'analyser l’infiltration immunitaire de l'IDC-P pour mieux prédire le pronostic des patients et améliorer l'immunothérapie chez les patients avec des cancers de la prostate mortels. Par ailleurs, nos résultats sur les critères morphologiques de l’IDC-P suggèrent que l'IDC-P peut être classé comme à faible ou à haut risque de récidive. Nous proposons de combiner deux à quatre critères, dont la présence sont des prédicteurs indépendants de récidive biochimique, pour stratifier les hommes avec des IDC-P en fonction de leur statut de risque. Les critères morphologiques délétères identifiés peuvent être facilement évalués et devront être intégrés pour une application clinique après validation dans de plus grandes cohortes. / Intraductal carcinoma of the prostate (IDC-P) is an aggressive histological variant of prostate cancer detected in approximately 20% of radical prostatectomy specimens. The incidence of IDC-P increases with disease progression, from 2% in patients with low-risk localized cancers to more than 50% in patients with metastatic or recurrent disease. Despite the association of IDC-P with biochemical recurrence, the development of metastases, cancer-related death, and poor response to standard treatments, roughly 40% of men with IDC-P remain biochemical recurrence-free after 5 years of follow-up, therefore not necessarily needing the “aggressive” label. We hypothesized that IDC-P possesses features that allow patients to be stratified into relevant categories for cancer management. Our objectives were to (1) compare the leukocyte infiltration in the IDC-P to the one found in invasive cancer and in benign tissues and (2) identify morphological features in IDC-P that are associated with recurrence. The first study included radical prostatectomy specimens from a cohort of 96 patients with locally advanced prostate cancer. Immunohistochemical staining of CD3 (T lymphocytes), CD8 (cytotoxic T lymphocytes), CD45RO (memory T lymphocytes), FoxP3 (regulatory T lymphocytes), CD68 (macrophages), CD163 (M2 macrophages), CD209 (immature dendritic cells) and CD83 (mature dendritic cells) was performed. For each slide, the number of positive cells per mm2 in the benign tissues, tumor margins, cancer and IDC-P was calculated. IDC-P was found in a total of 33 patients (34%). Overall, the immune infiltrate was similar in the IDC-P-positive and the IDC-P-negative patients. However, FoxP3+ T cells (p < 0.001), CD68+ and CD163+ macrophages (p < 0.001 for both), and CD209+ and CD83+ dendritic cells (p = 0.002 and p = 0.013, respectively) were less abundant in the IDC-P than in the adjacent invasive cancer. Moreover, the patients were classified as having immunologically “cold” or “hot” IDC-P, according to the immune-cell densities averaged in the total IDC-P or in the immune hotspots. An immune hotspot was defined as the highest immune-cell density in the largest IDC-P lesions. Interestingly, the CD68/CD163/CD209-immune hotspots predicted metastatic dissemination (p = 0.014) and PCa-related death (p = 0.009) in a Kaplan–Meier survival analysis. In the second study, IDC-P morphology was analyzed on tissues, stained with hematoxylin and eosin, from radical prostatectomy specimens of 108 men with IDC-P. In the test cohort (n = 39), we found five morphological criteria associated with early biochemical recurrence (before 18 months): larger duct size (> 573 µm in diameter), the presence of cells with irregular nuclear contours, a high mitotic score (> 1.81 mitoses/mm2), the presence of small blood vessels and the presence of comedonecrosis. In the validation cohort (n = 69), two of these criteria, the presence of cells with irregular nuclear contours and blood vessels, were independently associated with an increased risk of biochemical recurrence (hazard ratio = 2.32, 95% confidence interval = 1.09–4.96, p = 0.029). Additionally, when combining the criteria, the presence of any cells with irregular nuclear contours, blood vessels, high mitotic score, or comedonecrosis showed a stronger association with biochemical recurrence (hazard ratio = 2.74, confidence interval = 1.21–6.19, p = 0.015). Our study on the leukocyte infiltration of IDC-P is the first report describing the immune cell landscape of IDC-P. Our results suggest that the immune infiltrate of IDC-P is distinct from the one in the associated invasive prostate cancer. We showed that IDC-P can be classified as immunologically “cold” or “hot”, depending on the immune-cell densities. In our study, CD68/CD163/CD209-immune hotspots predicted progression to metastatic disease and cancer-specific survival. Further studies in larger cohorts are necessary to evaluate the clinical utility of assessing specific immune infiltrates in IDC-P with regards to patient prognosis and outcomes, and eventually, the use of immunotherapy for patients with lethal prostate cancers. Furthermore, our study on the morphology of IDC-P suggests that IDC-P can be classified as low versus high-risk of recurrence. We propose combining two to four criteria, whose presence are independent predictors of biochemical recurrence, to stratify men with IDC-P according to their risk status. The defined morphologic criteria can be easily assessed and should be integrated for clinical application following validation in larger cohorts.