Les modèles actuels de prédiction de la sensation thermique et du confort thermique ainsi que les solutions visant à améliorer l’état de bien-être thermique des occupants d’un bâtiment sont insuffisants. Ils ne prennent pas assez en compte les différences interindividuelles de jugement thermosensoriel. Pourtant, ces différences, souvent associées à la sensibilité thermique de chaque individu, existent mais restent inexpliquées sur le plan physiologique. Ces travaux de thèse, qui se sont déroulés en deux étapes, ont pour objectif d'identifier les causes physiologiques potentielles des différences interindividuelles du ressenti thermique, à travers des expérimentations multiparamétriques basées sur des mesurées cutanées. Toutes les mesures ont été réalisées après 30 minutes d’acclimatation en environnement thermique contrôlé. La première étape, exploratoire, a permis d’analyser à la fois l’activité neurosensorielle, les propriétés thermo-vasculaires et les propriétés du film hydrolipidique cutané de deux groupes présentant des sensibilités au froid distinctes (selon leur sensation thermique déclarée). Ainsi, les expérimentations ont montré qu’il était plus pertinent d’analyser davantage les propriétés cutanées thermiques et hydriques (reliées aux mécanismes de thermorégulation) plutôt que l’activité neurosensorielle des volontaires pour caractériser les différences interindividuelles de jugement thermosensoriel. Elles ont également mis en évidence la nécessité de contrôler les facteurs non thermiques des environnements et de sélectionner rigoureusement les sujets. La deuxième étape s’est focalisée sur l’analyse des propriétés thermo-vasculaires et des propriétés du film hydrolipidique de deux groupes de sensibilité au froid. Pour cela, 13 femmes ont été confrontées à 6 environnements de températures modérées comprises entre 17°C et 30°C (avec 2 transitions chaudes et 2 transitions froides) et les groupes ont été construits à partir du degré de frilosité déclaré par les sujets. Des différences sur les paramètres cutanées ont alors pu être relevées entre les deux groupes. Le résultat le plus significatif est que les individus dits « frileux » présentent une activité microcirculatoire plus intense sur les joues avec une vasoconstriction plus forte au froid et une vasodilatation plus forte au chaud que l’autre groupe « non sensible au froid » (p=0,002 d’après le test de l’ANCOVA pour l’effet des groupes). De plus, il a été montré que l’approche multiparamétrique (introduction de variables non thermiques comme variables prédictives) ainsi que la prise en compte des sensibilités thermiques individuelles améliorent la prédiction du confort thermique surtout pour le groupe « frileux » (+ 6,4 %). / Current models for predicting thermal sensation and thermal comfort as well as the solutions to improve the state of thermal well-being of the occupants of a building are insufficient. They do not sufficiently take into account interindividual differences of thermosensory judgment. However, these differences, often associated with thermal sensitivity of each person, exist but remain unexplained physiologically. This work, divided into two stages, is intended to identify the potential physiological causes of interindividual differences of thermal feeling through multiparametric experiments based on skin measurements. All measurements were performed after 30 minutes of acclimatization in controlled environment. The exploratory phase allowed to analyze both neurosensory activity, thermo-vascular properties and properties of the skin hydrolipidic film of two groups with different cold sensitivities (depending on their declared thermal sensation). For example, experiments have shown that it was more appropriate to analyse thermal and hydric skin properties (related to thermoregulation mechanisms) rather than neurosensory activity of volunteers to characterize interindividual differences of thermosensory judgment. They have also highlighted the need to control the non-thermal factors of environments and rigorously select subjects. The second step focused on the analysis of thermo-vascular properties and properties of the hydrolipidic film of two groups of different cold sensitivity. Thirteen women have faced in 6 environments of moderate temperatures between 17 ° C and 30 ° C (with 2 warm transitions and 2 cold transitions). Groups were built according to their degree of cold sensitivity. Differences in skin parameters have been found between the two groups. The most significant result is that cold-sensitive individuals have a more intense microcirculatory activity on cheeks with a stronger vasoconstriction in cold environments and a stronger vasodilation in warm environement than the non cold-sensitive group (p = 0. 002 according to ANCOVA test for groups effect). In addition, it has been shown that the multi-parametric approach (introduction of non-thermal parameters as predictors) as well as taking into account individual thermal sensitivities improve the prediction of thermal comfort especially for the cold-sensitive group (+ 6.4%).

La thérapie par compression médicale est reconnue comme une composante essentielle dans le traitement des pathologies veineuses et demeure incontournable dans la prise en charge des affections veineuses aux différents stades de la pathologie (jambes lourdes, œdèmes, ulcères). Si le bénéfice est reconnu par les patients eux-mêmes ainsi que par les médecins, il n’existe à l’heure actuelle que peu d’éléments permettant de quantifier ce bénéfice. Dans ce contexte, l’objectif de ces travaux de thèse est d’apporter des éléments de compréhension et d’objectiver les effets bénéfiques des bas médicaux de compression (BMC) aux niveaux physiologique, neurophysiologique et comportemental. Trois axes de recherche ont été dégagés. Le premier axe de recherche est l’étude de l’effet de la compression sur l’activité microcirculatoire cutanée dans les membres inférieurs en utilisant le dispositif Hématron, dispositif ambulatoire exclusif d’évaluation de l’activité microcirculatoire cutanée. Les résultats ont montré une amélioration de l’activité microcirculatoire pour différentes classes de BMC et pour différentes positions. Ces résultats tendraient à mettre en cause l’hypothèse, largement admise, que les BMC améliorent le retour veineux principalement en diminuant la section des veines (superficielles voire profondes). La deuxième piste de recherche concerne l’objectivation de l’amélioration de la qualité de vie liée au port des BMC, généralement exprimée subjectivement par les personnes atteintes de pathologie veineuse. Les résultats préliminaires montrent que l’analyse de la variabilité cardiaque permet de mettre en évidence une relation entre le paramètre indicateur de l’activité de la balance sympatho-vagale et le port de la compression médicale au cours d’une journée. Compte tenu de la grande dispersion des résultats, cette étude serait à poursuivre sur une population plus large pour aboutir à des conclusions fiables. Le dernier axe de recherche est lié à l’impact du port des BMC sur le comportement du sujet et plus précisément sur sa déambulation. Les patients déclarent une fatigue physique dans les membres inférieurs moins intense en fin de journée grâce à la compression médicale. Notre hypothèse est que le port des BMC impacterait directement la dynamique de la déambulation. Pour évaluer la cinétique de la marche, nous avons conçu, développé et validé une instrumentation intégrant des capteurs accéléromètres. Des tests préliminaires ont permis de dégager des paramètres pertinents caractéristiques de la déambulation. La prochaine étape sera de conduire une campagne d’expérimentation destinée à objectiver la fatigue comportementale en fin d’après-midi mesurée avec ou sans compression médicale portée au cours de la journée. / Medical compression therapy is recognized as an essential component in the treatment of venous diseases and is indispensable in the treatment of venous diseases at different stages of the disease (heavy legs, edema and ulcers). Although the benefit is recognized by the patients themselves and by physicians, there is at present little evidence to quantify this benefit. Against this background, the aim of this thesis is to provide more understanding and objectify the benefits of compression stockings (MCS) on in terms of physiology, neurophysiology and gait dynamics. Three areas of research were identified and studied. The first line of research is the study of the effect of compression on skin microcirculatory activity in the lower limbs using the Hematron ambulatory device. The results showed an improvement in skin blood flow activity for different classes of MCS and at different positions. These results would tend to challenge the widely accepted assumption that MCS improve venous return primarily by decreasing the cross-sectional area of (superficial or deep) veins. The second line of research involves the objectification of the improvement in the quality of life resulting from the wearing of MCS, usually this is expressed subjectively by people with venous disease. Preliminary results show that the analysis of heart rate variability highlights a relationship between the indicators of sympathovagal balance activity and the use of medical compression during the day. Given the wide dispersion in the results, this study should be carried out on a larger population to draw more reliable conclusions. The last line of research relates to the impact of MCS on the behavior and, in particular, the gait of the subject. Patients report that physical fatigue in the lower limbs is less prevalent at the end of the day with compression therapy. Our hypothesis is that the wearing of MCS has a direct impact on gait. To evaluate the kinetics of walking, we have designed, developed and validated an instrumentation involving accelerometers sensors. Preliminary tests have yielded relevant parameters characteristic of gait dynamics. The next step is to conduct an experimental campaign to objectify behavioral fatigue, with or without the wearing of medical compression, at the end of the afternoon.

Les acyl stéryl glycosides (ASGs) appartiennent à une famille de glycolipides qui possèdent un caractère amphiphile particulier dû à la présence de deux parties hydrophobes, un stéroïde et une chaine grasse. Dans le cadre de nos études des propriétés d’auto-organisation des glycoamphiphiles, ce travail est dédié à l’étude de deux ASGs, α-CAG et BbGL 1, composés naturels présents respectivement dans les membranes des bactéries Helicobacter pylori et Borrelia burgdorferi., présentant des structures similaires mais des activités biologiques différentes. Notre travail a consisté à déterminer les paramètres structuraux qui gouvernent leurs propriétés d’auto-assemblage. Deux séries de 6-O-acyl cholestéryl glycosides (glucosides et galactosides) variant dans leur configuration anomérique et la longueur et le niveau d’insaturation de leur chaine grasse ont été synthétisées et leur capacité à former des cristaux liquides et à promouvoir une ségrégation lipidique dans des monocouches de Langmuir modèles de membrane ont été étudiées. Les relations structure-propriétés établies montrent que la longueur de la chaine grasse est le paramètre le plus discriminant dans le comportement d’auto-assemblage dans les deux types d’expériences. Pour les cristaux liquides thermotropes, l’autre facteur discriminant est la configuration anomérique, deux phases colonnaires successives rectangulaires puis hexagonales étant observées pour les séries α alors qu’une seule a été observée en séries β Changer de sucre n’induit pas de différence significative dans le comportement LC. Concernant la formation de domaines lipidiques, les modifications de la configuration (α/β) et du sucre influencent significativement leur temps d’apparition, apportant pour la première fois une définition claire des paramètres structuraux et physicochimiques qui gouvernent le comportement de l’α-CAG et ses analogues, en lien avec les données commues sur l’augmentation de pathogénicité d’Helicobacter pylori. Ce travail de thèse donne une illustration de l’importance de la structure des carbohydrates dans les processus biologiques et du concept de glycoamphiphilie. / Acyl steryl glycosides (ASGs) are a family of glycolipids which exhibit a peculiar amphiphilic character based on the presence of two hydrophobic appendages, one steroid moiety and one fatty alkyl chain, attached on a polar carbohydrate backbone. In the frame of our studies on the self-organisation properties of carbohydrate-based amphiphiles, this thesis is an investigation of the behavior of ASGs, in particular α-CAG and BbGL 1, two natural compounds found in bacterial membranes, Helicobacter pylori, Borrelia burgdorferi repectively, who exhibit close structures but different bioactivity. Our work has aimed at determining the key structural parameters governing their self-organization behavior. Two series of acyl cholesteryl glycosides (glucosides or galactosides) have been synthesized, with variations in the anomeric configuration, the 6-O-acyl chain length and level of unsaturation, and investigated with respect to their ability to form liquid crystalline mesophases, and to drive lipid domain segregation in Langmuir monolayers as model membranes. Structure-properties relationships have been established, indicating that the fatty chain length showed the most remarkable influence on the self-organization behavior, in LC and model membrane experiments. For the LC mesophases, the other important parameter is the anomeric configuration, two successive columnar phases, rectangular then hexagonal, being observed for the α-anomers, whereas only one was found for the β-anomers. No significant changes were observed when comparing glucosides and galactosides. With respect the formation of domains, configuration modifications at both C-1 (α or β) and C-4 (gluco or galacto) influenced significantly the domains appearance time, giving the first, clear physicochemical proof of the structural influential factors in the behavior of α-CAG and analogues, in the context of the known increased pathogenicity of Helicobacter pylori. Overall, this thesis provides a nice illustration of the subtlety and the importance of carbohydrate structure in biological processes, and of the concept of glycoamphiphilicity.

Les associations symbiotiques constituent un moteur majeur de la diversification écologique et évolutive des organismes métazoaires. Chez les insectes, elles ont conduit, au cours de l’évolution, à l’émergence d’un nouveau type cellulaire spécialisé dans l’hébergement des bactéries symbiotiques, les bactériocytes. Ces cellules demeurent une énigme fascinante de la symbiose, les processus déterminant leur développement, leur morphogenèse et leur dégénérescence restant encore méconnus. Dans cette étude, nous avons utilisé la symbiose entre le puceron Acyrthosiphon pisum et son endosymbiote obligatoire, Buchnera aphidicola, comme système modèle. En combinant des approches inédites de cytométrie en flux et d’imagerie cellulaire, nous avons démontré une régulation fine et coordonnée des dynamiques de croissance et de dégénérescence des bactériocytes et des symbiotes bactériens, en accord avec les besoins physiologiques de l’insecte. De l’embryon à l’âge adulte, les cellules symbiotiques croissent de manière exponentielle, répondant aux besoins nutritionnels de l’hôte qui nécessite pour son développement de grandes quantités d’acides aminés essentiels produits par le métabolisme bactériocytaire. Avec la sénescence du puceron, les bactériocytes diminuent en nombre, en taille et subissent une dégénérescence progressive. Ce processus dégénératif ne montre pas les signes classiques de l’apoptose. Il résulte d’une hypervacuolisation cytoplasmique, dérivée du réticulum endoplasmique, déclenchant une cascade de réponses cellulaires dont l’activation des voies autophagique et lysosomale. Ce phénomène de mort cellulaire non-apoptotique en deux étapes, rappelant la paraptosis, n’a jamais été décrit chez les insectes et sa découverte ouvre la voie à l’étude des régulations agissant sur l’homéostasie bactériocytaire. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons procédé à l’étude fonctionnelle du gène PAH, fortement exprimé dans les bactériocytes et potentiellement impliqué dans la régulation de leur homéostasie. Les résultats obtenus n’ont pas révélé de phénotype bactériocytaire, après ARN interférence, mais ont permis de démontrer un rôle essentiel de ce gène dans la morphogenèse des insectes. / Symbiotic associations constitute a driving force in the ecological and evolutionary diversification of metazoan organisms. Over the evolution, they have led to the emergence, in insects, of a novel eukaryotic cell type, the bacteriocytes, specialized in harboring symbiotic bacteria. These cells constitute a fascinating enigma in cell biology, as the processes underpinning their development, morphogenesis and degeneration remain still unsolved. In my PhD thesis, we have used the nutritional symbiosis between the aphid, Acyrthosiphon pisum, and its obligate endosymbiont, Buchnera aphidicola, as a model system. We have first developed a novel approach for counting symbiotic bacteria, based on flow cytometry, and showed that the endosymbiont population increases exponentially throughout aphid nymphal development, with a growing rate that has never been characterized by indirect molecular techniques. Using histology and imaging techniques, we have shown that bacteriocytes also increase significantly in number and size during nymphal development. Once adulthood is reached, the dynamics of symbiont and host cells is reversed: the number of endosymbionts decreases progressively and bacteriocytes start to degenerate. These results show a coordination of the cellular dynamics between bacteriocytes and primary symbionts, and reveal a fine-tuning of aphid symbiotic cells to the nutritional demand imposed by the host physiology throughout development. Interestingly, the degenerative process that bacteriocytes undergo with aging exhibits morphological features distinct from the evolutionary conserved apoptotic cell deaths. It originates from an extensive ER-derived hypervacuolation, triggering a cascade of cellular stress responses including the activation of autophagy and lysosomal pathways. This stepwise non-apoptotic cell death, sharing several features with paraptosis, has hitherto never been characterized in insects and its discovery opens the way to the identification of the molecular mechanisms acting on bacteriocyte homeostasis. In the last part of this PhD project, we have proceeded to the characterization of the PAH gene functions in aphid physiology, using an RNA interference (RNAi) approach. Our results show that, even though this gene is highly expressed in bacteriocytes, it is not involved in the regulation of their homeostasis. Nevertheless, we have demonstrated a new role for this metabolic gene in insect embryonic development and morphogenesis.

Les bactéries pectinolytiques des genres Pectobacterium (ancien nom Erwinia carotovora) et Dickeya (ancien nom Erwinia chrysanthemi) sont les agents des maladies de la jambe noire et de la pourriture molle. Ils provoquent des dommages aux cultures et des pertes économiques élevées. Les pertes causées par les bactéries pectinolytiques sont évaluées à environ 2 à 10% du rendement de pommes de terre, en fonction de l'année. En 2009, les pertes en pommes de terre en Europe ont été estimées à 250 millions d'euros. Au cours des dernières années, des souches de Dickeya ont été de plus en plus souvent isolées de plantes malades en Pologne, en France et d'autres pays européens. Le genre Dickeya est un groupe très diversifié, qui, selon la nomenclature actuelle contient sept espèces: D. aquatica, D. chrysanthemi, D. dadantii, D. dianthicola, D. paradisiaca, D. solani et D. zeae. Les résultats récents, obtenus dans différents pays européens, indiquent qu'un nouveau groupe de souches de Dickeya peut infecter efficacement les plantes de pomme de terre et causer des symptômes de la maladie en climat tempéré. Les souches de D. solani sont considérés comme plus agressives que les autres bactéries causant la jambe noire. Une analyse préliminaire a suggéré qu’elles ont besoin de plus faibles températures optimales pour le développement de la maladie ainsi que de niveaux d'inoculum inférieurs pour la propagation de l'infection. Elles semblent avoir une plus forte capacité à coloniser les racines de plantes de pomme de terre et à se propager à travers le système vasculaire de la plante. Les souches de D. solani produisent une large gamme d’enzymes dégradant de la paroi cellulaire végétale, qui sont les principaux facteurs de virulence. Les objectifs de l'étude étaient les suivants: 1) la caractérisation phénotypique et génotypique des souches de D. solani isolées dans des pays ayant des conditions climatiques différentes: Pologne, Finlande et Israël, 2) l'étude de l’influence d'extraits de pomme de terre sur l'expression de quelques gènes sélectionnés de D. solani: pelD, pelL, tssk, lfaA, 3) la génomique comparative de dix souches de D. solani, basée sur 4 génomes séquencés pour cette étude et 6 séquences génomiques disponibles dans la base de données GenBank. En conclusion, toutes les études génomiques ont montré que les souches de D. solani forment un groupe très homogène. Cependant, leur analyse phénotypique révèle une certaine variabilité entre les souches provenant de différentes conditions climatiques. La raison des variations observées dans les traits phénotypiques peut être liée à la régulation de l'expression des gènes codant les facteurs de virulence qui peuvent être influencés par la température, le pH, la carence en fer ou en oxygène et la disponibilité en azote, ainsi que par la présence de composés spécifiques des tissus végétaux. / Dickeya solani is a species consisting of newly emerged plant pathogenic bacteria that cause blackleg and soft rot diseases. They are responsible for great damages to potato plantations in most of European countries. D. solani strains produce a wide range of plant cell-wall degrading enzymes which are the main virulence factors. The aims of the study were: 1) phenotypic and genotypic characterizations of the D. solani strains isolated in countries with different climatic conditions: Poland, Finland and Israel, 2) study of the potato tuber extract influence on the expression of a few selected D. solani genes : pelD, pelL, tssK, lfaA,3) comparative genomics of ten D. solani strains, performed on 4 genomes sequenced for this study and 6 genome sequences available in the GenBank databases. The results showed that the strains from different climatic conditions have identical profiles in rep-PCR (with three different primers) and in Restriction Fragments Lenght Polymorphism-Pulse Field Gel Electrophoresis. However, they do differ phenotypically, especially in the activity of plant cell-wall degrading enzymes. Polish strains have higher activities of pectinolytic, cellulolytic and proteolytic enzymes than Finnish and Israeli strains. D. solani mutants in the pelD, pelL, tssK, lfaA genes were constructed by site-specific mutagenesis. The highest induction by plant extracts was observed for the lfaA gene. The expression of pelL is also induced by plant derived signal(s), but not that of pelD and tssK. Comparative genomics helped to elucidate the D. solani pangenome. The 10 D. solani strains genomes are coding for a total of 41 947 proteins which were grouped into 5 045 Orthologous Groups, 3 809 belonging to the core genome, 413 to the accessory genome and 823 to the unique genome. Some pathogenicity-related genes as well as their regulators were selected on the basis of the knowledge available for D. dadantii 3937, the most studied Dickeya strain, which belongs to a closely related species. Analysis of their protein sequence showed no difference in the sequence of those genes within the 10 genomes. All the genetic studies proved that D. solani strains form a very homogenous group. On the other hand, the phenotypic analysis showed some variability among strains from different climatic conditions. The observed variations in the phenotypic traits can results from a different regulation of the expression of the genes encoding virulence factors which are influenced by temperature, pH, iron deprivation, oxygen and nitrogen availability, as well as by the presence of plant compounds.

La bioconversion en méthane de biomasses lignocellulosiques est l’une des alternatives les plus prometteuses pour la production de méthane issu de la digestion anaérobie. Toutefois, les biomasses lignocellulosiques présentent des caractéristiques bio-physico-chimiques très variables en raison leur composition biochimique et de l’organisation structurale très diverses. Par ailleurs, leur faible biodégradabilité en conditions anaérobie nécessite de les prétraiter avant méthanisation pour optimiser la production de méthane. Ce travail vise à évaluer l’influence des caractéristiques d’une large gamme de substrats lignocellulosiques sur leur biodégradabilité anaérobie et les corrélations entre leurs caractéristiques bio-physico-chimiques et le potentiel biométhanogène, et d’étudier les effets du prétraitement fongique en présence de Ceriporiopsis subvermispora sur le potentiel biométhanogène de biomasses lignocellulosiques sélectionnées dans la présente étude et de caractériser les changements de leurs caractéristiques après le prétraitement fongique. La caractérisation de 36 biomasses lignocellulosiques représentatives d’une large gamme de gisements potentiellement mobilisables a permis de mettre en évidence les corrélations linéaires entre le potentiel biométhanogène des biomasses et certaines de leur caractéristiques bio-physico-chimiques, dont la teneur en lignine et la demande biochimique en oxygène. Les biomasses sylvicoles et agricoles ont montré des caractéristiques distinctes de la biodégradabilité aérobie et anaérobie. Les résultats de prétraitement fongique sur les 5 biomasses ont permis de mettre en évidence que le champignon de pourriture blanche Ceriporiopsis subvermispora réagit distinctement selon la biomasse prétraitée. Pour certaines biomasses, le prétraitement fongique conduit à augmenter significativement la production de méthane et la vitesse de bioconversion en méthane. Cette espèce présente la capacité de dégrader sélectivement la lignine sur certaines biomasses et, sur d’autres, celle de dégrader de manière non-sélective des polysaccharides et des lignines. De plus, pour les deux souches de Ceriporiopsis subvermispora testées, des métabolismes différents ont été mis en évidence sur une même biomasse. Les résultats de compositions et ceux de l’analyse structurale des biomasses (initiales, autoclavées, contrôles, et prétraitées par Ceriporiopsis subvermispora) ont montré que leur structure peut être modifiée sans toutefois observer une transformation significative de leur composition biochimique. / Bioconversion to methane lignocellulosic biomass is one of the most promising alternatives for the production of methane from anaerobic digestion. However, lignocellulosic biomass has various bio-physicochemical characteristics due to their biochemical composition and diverse structural organization. Moreover, their low biodegradability in anaerobic condition requires pretreatment before methanation to optimize methane production. This work aims to evaluate the influence of the characteristics of a wide range of lignocellulosic substrates on their anaerobic biodegradability and correlations between their bio-physical-chemical characteristics and biomethane potential, and study the effects of fungal pretreatment in the presence of Ceriporiopsis subvermispora on the biogas potential of lignocellulosic biomass selected in this study and characterize their changes of their characteristics before and after the fungal pretreatment. The characterization of 36 representative lignocellulosic biomass of a wide range of potentially mobilized deposits allowed to highlight the linear correlations between biomethane potential of biomass and some of their bio-physical-chemical characteristics, of which the lignin content and biochemical oxygen demand. The forest and agricultural biomass exhibited distinct characteristics of the aerobic and anaerobic biodegradability. The results of fungal pretreatment of the 5 biomass indicated that the white rot fungus Ceriporiopsis subvermispora reacts distinctly depending on the pretreated biomass. For some biomass, fungal pretreatment leads to significant increase of methane production and the bioconversion rate of methane. This species presents the ability to selectively degrade lignin on some biomasses, in others, the ability to non-selectively degrade polysaccharides and lignins. In addition, for both strains of Ceriporiopsis subvermispora tested, different metabolisms were highlighted on the same biomass. The results of compositions and those of the structural analysis of biomass (initials, autoclaved, controls, and pretreated with Ceriporiopsis subvermispora) showed that their structure can be modified without observing a significant transformation of their biochemical composition.

Afin de mieux comprendre le comportement mécanique de l’os trabéculaire et d’améliorer la prédiction du risque de fracture, l’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique « bio-fidèle » prenant en compte l’hétérogénéité tissulaire, et de déterminer les contraintes mécaniques au sein des travées osseuses, dans le domaine de déformation élastique. À l’échelle tissulaire, une étude par nanoindentation a permis de dissocier les comportements élastiques et plastiques de l’os en fonction de sa composition (minéral/collagène). Ainsi, le comportement élastique du tissu osseux serait principalement lié à sa quantité de minéral alors que ses propriétés plastiques seraient davantage liées à la phase organique. Une loi reliant le degré de minéralisation de l’os (DMB) au module élastique a été déterminée dans l’os humain. La création d’un modèle numérique reproduisant de manière rigoureuse le comportement élastique de l’os trabéculaire, nécessite la prise en compte de l’hétérogénéité de la quantité de minéral (DMB) et donc son acquisition en 3D. Grâce à une méthode de recalage d’image 2D/3D, les acquisitions de microtomographie ont été comparées aux valeurs obtenues par microradiographie quantitative, méthode de référence de mesure du DMB. Sous certaines conditions, la microtomographie permet une évaluation correcte de l’hétérogénéité minérale. La création et l’analyse d’un modèle numérique par éléments finis de l’os trabéculaire, à partir des images de tomographie, a montré l’importance des paramètres du modèle (taille et formulation des éléments) ainsi que le rôle de l’hétérogénéité minérale sur l’évaluation des contraintes locales appliquées aux travées osseuses. / Finite element modeling has become more and more suitable to estimate the mechanical properties of trabecular bone. Such models tend to be used to evaluate bone fracture risk. The main goal of this study was to create a bio-faithful model of trabecular bone to evaluate elastic stresses fields in trabeculae. In a first part, a nanoindentation study lead to a dissociation of elastic and plastic behavior of bone tissue, depending of its composition (mineral/collagen). At osteon level, bone elastic behavior mainly depends on mineral quantity whereas its plastic behavior mainly depends on collagen maturity. The relation between degree of mineralization of bone (DMB) and elastic modulus have been determined for human bone. The purpose of second part of the study was to evaluate DMB heterogeneity inside a 3D model of trabecular bone. Using 2D/3D registration, we compare the results obtain with high resolution microtomography to those from quantitative microradiography, the goldstandard method used to measure DMB. We prove that it was possible to obtain a good evaluation of mineral heterogeneity in trabecular bone by tomography. The last part of this study, is dedicated to the creation of a finite element model of trabecular bone. After analyzing the influence of finite element modeling parameter on the assessment of mechanical response (size and element formulation), we showed that the integration of mineral heterogeneity at the tissue level lead to strong modifications of stress fields in bone trabeculae. The results of this study prove that bone mineral heterogeneity is an important parameter and should be taken into account when evaluating trabecular bone mechanical properties.

Assent, currently defined as “a child’s affirmative agreement”, is a way in which some children are included in the decision-making process regarding their participation in clinical research. Current guidelines for paediatric research do not provide clear directions for how assent should be handled, resulting in confusion among researchers. The goal of this research project was two-fold: to examine the ethical arguments for assent with a view to developing concrete moral justification for its being required, and to develop a framework of significant issues for an investigator to consider when deciding whether to gain assent from an individual child. After an in-depth analysis, it was determined that the ethical justification for assent arises from the researcher’s dual obligations to the child and his parents. A child’s parents are responsible for determining when and how he will develop his decision-making ability. The researcher has an obligation to engage with the child in a manner that complements their pedagogical style, while also treating the child as a being of moral worth. As a child’s family context has an influence on his participation in medical decision-making, further research on children’s daily decision-making within their families is needed. To this end, a three-phase research agenda was designed: a qualitative focus group study, a quantitative questionnaire study, and a discussion panel with paediatric experts. The children in these studies clearly desired to make decisions but did not express an interest in having complete control. They expected their parents to provide them with decision-making guidance in most aspects of their lives. Data collected from parents illustrated that they often tried to involve their children in decisions by providing them with limited options from which to choose and encouraging family discussion. Participants in the discussion panel stated that they did not expect children to make an independent decision regarding medical care, but they might attempt to give children smaller decisions, such as the arm used to provide a blood sample. These results indicate that the definition of assent should be revised, emphasising the child’s involvement in the overall decision making process, without an expectation of an “affirmative agreement”, likely mimicking a familiar decision-making setting from his family context. This could then be documented in the child’s clinical notes through a brief description of all relevant interactions and/or discussions with the child, resulting in an accurate portrayal of the entire assent process.

<p>A central aim in drug development is to ensure that the new drug is efficacious and safe in the intended patient population.</p><p>Mathematical models describing the pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK-PD) properties of a drug are valuable to increase the knowledge about drug effects and disease and can be used to inform decisions. The aim of this thesis was to develop mechanism-based PK-PD-disease models for important safety and efficacy biomarkers used in anti-diabetic drug development. </p><p>Population PK, PK-PD and disease models were developed, based on data from clinical studies in subjects with varying degrees of renal function, non-diabetic subjects with insulin resistance and patients with type 2 diabetes mellitus (T2DM), receiving a peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) α/γ agonist, tesaglitazar.</p><p>The PK model showed that a decreased renal elimination of the metabolite in renally impaired subjects leads to increased levels of metabolite undergoing interconversion and subsequent accumulation of tesaglitazar. Tesaglitazar negatively affects the glomerular filtration rate (GFR), and since renal function affects tesaglitazar exposure, a PK-PD model was developed to simultaneously describe this interrelationship. The model and data showed that all patients had decreases in GFR, which were reversible when discontinuing treatment. </p><p>The PK-PD model described the interplay between fasting plasma glucose (FPG), glycosylated haemoglobin (HbA1c) and haemoglobin in T2DM patients. It provided a mechanistically plausible description of the release and aging of red blood cells (RBC), and the glucose dependent glycosylation of RBC to HbA1c. The PK-PD model for FPG and fasting insulin, incorporating components for β-cell mass, insulin sensitivity and impact of disease and drug treatment, realistically described the complex glucose homeostasis in the heterogeneous patient population. </p><p>The mechanism-based PK, PK-PD and disease models increase the understanding about T2DM and important biomarkers, and can be used to improve decision making in the development of future anti-diabetic drugs. </p>

Dans le cerveau, il est difficile de mettre au point des expériences avec un niveau de contrôle approprié à cause du haut niveau de connectivité. Pour traiter ce problème, les modèles mathématiques sont utilisés pour représenter le cerveau d’une façon plus compréhensible. En effet, les modèles mathématiques peuvent être plus pratiques que les expériences pour tester des hypothèses et chercher à extraire l’essence même du principe étudié, en le simplifiant. De plus, la modélisation computationnelle forme une branche spécifique de la modélisation mathématique, permettant de résoudre de gros calculs numériques. Dans cette thèse, j’ai utilisé la modélisation computationnelle à travers différentes approches pour étudier certaines régions cérébrales. Nous avons collaboré avec des neurobiologistes en appliquant nos modèles à des données expérimentales pour contribuer à mieux comprendre l’action de la dopamine, un neuromodulateur. J’ai étudié la diversité de l’action de la dopamine à trois échelles: la région cérébrale, le niveau cellulaire et le niveau moléculaire. La dopamine a un gros impact sur le cerveau et elle est principalement connue pour son implication dans le système de récompense. En effet, c’est une molécule associée à la prédiction de récompense et de punition. Peu de régions produisent de la dopamine et ces régions sont altérées par la maladie de Parkinson ou perturbées par la dépression. Pour la maladie de Parkinson, j’ai conçu un modèle de type taux de décharge pour reproduire l’activité neuronale des ganglions de la base. Ce modèle montre des réponses neuronales significativement différentes, entre la condition témoin et la condition parkinsonienne. Par ailleurs, avec un modèle de type Hodgin-Huxley prenant en compte la dynamique de l’ion potassium, j’ai pu appuyer l’hypothèse que la région cérébrale appelée l’habenula, lorsqu’elle est hyperactive, induirait la dépression. Cette dépression serait due à un déséquilibre de la concentration en potassium à cause d’une dysfonction de l’astrocyte (surexpression des canaux Kir4.1). Enfin, la dopamine est aussi impliquée dans la plasticité synaptique, un phénomène à la base de la mémoire. Je l’ai étudié avec un troisième modèle, prenant en compte plusieurs résultats expérimentaux relatifs à la plasticité en fonction du timing des potentiels d’action et de sa modulation. / In the brain, the high connectivity level makes it difficult to set up experiments with an appropriate level of control. To address that issue, mathematical models are used to represent the brain in a more comprehensive way. Easier than experiments to test hypotheses, mathematical models can extend them closer to reality and aim to extract the studied principle essence, by simplifying it. Computational modelling is a specific branch of mathematical modelling allowing to solve large numerical calculations. In this thesis, I used computational modelling to study brain parts through different approaches, all in collaboration with neurobiologists and applied to experimental data. A common framework is given by the goal of contributing to a picture of the action of the neuromodulator dopamine. I studied the diversity of dopamine's action at three different scales: the brain region, the cellular level and the molecular level. Dopamine has a large impact on the brain and it is mainly known for its rewarding dimension, it is, indeed, the molecule associated with reward prediction and punishment. Few regions in the brain produce dopamine and these regions are impaired in Parkinson's disease or disrupted in major depressive disorders. Concerning Parkinson's disease, I designed a firing-rate model to fit experimental basal ganglia neural activity, which disclosed significant changes of the neural response between control and Parkinsonian condition. Furthermore, with a Hodgkin-Huxley model accounting for the dynamics of the potassium ion, I could support the hypothesis that the brain region called lateral habenula hyper-activates and induces major depressive disorders because of unbalanced potassium concentration due to astrocyte dysfunction (Kir4.1 channels overexpression). Dopamine is also involved in synaptic plasticity, a phenomenon at the basis of memory that I explored with a third model accounting for several experimental results pertaining to spike-timing-dependent plasticity and its modulation.