Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Pour rentabiliser la technologie des cellules solaires, une réduction du coût d'exploitation et de fabrication est nécessaire. L'utilisation de matériaux photovoltaïques a un impact appréciable sur le prix final par quantité d'énergie produite. Une technologie en développement consiste à concentrer la lumière sur les cellules solaires afin de réduire cette quantité de matériaux. Or, concentrer la lumière augmente la température de la cellule et diminue ainsi son efficacité. Il faut donc assurer à la cellule un refroidissement efficace. La charge thermique à évacuer de la cellule passe au travers du récepteur, soit la composante soutenant physiquement la cellule. Le récepteur transmet le flux thermique de la cellule à un système de refroidissement. L'ensemble récepteur-système de refroidissement se nomme module de refroidissement. Habituellement, la surface du récepteur est plus grande que celle de la cellule. La chaleur se propage donc latéralement dans le récepteur au fur et à mesure qu'elle traverse le récepteur. Une telle propagation de la chaleur fournit une plus grande surface effective, réduisant la résistance thermique apparente des interfaces thermiques et du système de refroidissement en aval vers le module de refroidissement. Actuellement, aucune installation ni méthode ne semble exister afin de caractériser les performances thermiques des récepteurs. Ce projet traite d'une nouvelle technique de caractérisation pour définir la diffusion thermique du récepteur à l'intérieur d'un module de refroidissement. Des indices de performance sont issus de résistances thermiques mesurées expérimentalement sur les modules. Une plateforme de caractérisation est réalisée afin de mesurer expérimentalement les critères de performance. Cette plateforme injecte un flux thermique contrôlé sur une zone localisée de la surface supérieure du récepteur. L'injection de chaleur remplace le flux thermique normalement fourni par la cellule. Un système de refroidissement est installé à la surface opposée du récepteur pour évacuer la chaleur injectée. Les résultats mettent également en évidence l'importance des interfaces thermiques et les avantages de diffuser la chaleur dans les couches métalliques avant de la conduire au travers des couches diélectriques du récepteur. Des récepteurs de multiples compositions ont été caractérisés, démontrant que les outils développés peuvent définir la capacité de diffusion thermique. La répétabilité de la plateforme est évaluée par l'analyse de l'étendue des mesures répétées sur des échantillons sélectionnés. La plateforme démontre une précision et reproductibilité de ± 0.14 ° C/W. Ce travail fournit des outils pour la conception des récepteurs en proposant une mesure qui permet de comparer et d'évaluer l'impact thermique de ces récepteurs intégrés à uri module de refroidissement.

Les prostaglandines sont de petites molécules qui jouent d'importants rôles immunomodulateurs au niveau du système immunitaire. Elles contribuent notamment à l'établissement de l'inflammation et à la résolution de celle-ci. La prostaglandine J 2 (15d-PGJ2 ) est d'ailleurs l'une des prostaglandines les plus étudiées en vertu de ses activités anti-inflammatoires. En effet, il a été démontré que celle-ci peut inhiber plusieurs molécules dont plusieurs cytokines et le facteur de transcription NF-?B. D'un autre côté, l'effet de la 15d-PGJ 2 sur l'interleukine-13 (IL-13) est encore inconnu à ce jour. L'IL-13 est une cytokine produite principalement par les cellules T et qui module plusieurs types de cellules immunitaires, tant au niveau de leur différentiation que de leur activation. De plus, cette cytokine contribue à l'établissement de certaines pathologies telles que l'asthme et la colite ulcéreuse lorsqu'elle est surexprimée. L'objectif principal de ce mémoire est de vérifier l'effet de la 15d-PGJ 2 sur l'expression et la production de l'IL-13 par les cellules T. Les résultats obtenus dans ce projet démontrent que la I 5d-PGJ2 inhibe la production de l'IL-13 par les cellules T. En effet, autant la lignée cellulaire de lymphocytes T CD4+ Jurkat E6.1 que les cellules mononucléaires circulant dans le sang (de l'anglais PBMCs ) stimulés par des agents mimant l'activation des cellules T tels que le PMA et la ionomycine, puis traités à la 15d-PGJ 2 ont montré une inhibition dans l'expression et la production de l'IL-13. Les résultats ont également révélé un effet similaire lorsque les cellules étaient pré-traitées à I 5d-PGJ2 , puis stimulées avec PMA/ionomycine. Par ailleurs, plusieurs éléments sont essentiels pour activer la transcription de l'IL-13, dont le facteur de transcription NF-?B. D'un autre côté, il est connu que la 15d-PGJ2 inhibe la cascade de signalisation de NF-?B. Ainsi, nous avons voulu vérifier si NF-?B était impliqué dans le mécanisme d'inhibition de l'IL-13 par la 15d-PGJ2 . Pour ce faire, des extraits nucléaires ont été réalisés avec les Jurkat E6.1 et les PBMCs traitées à la 15dPGJ2 puis un essai de retard sur gel (de l'anglais EMSA, Electromobility shift assay ) a été fait avec une sonde NF-?B consensus ou une sonde d'un site de liaison putatif de NF-?B dans le promoteur IL-13. Les résultats ont révélé que le facteur de transcription NF-?B était effectivement activé lors de la transcription de l'IL-13 et inhibé lors d'un traitement à la 15d-PGJ 2 . Par la suite, puisqu'il a déjà été démontré que la 15d-PGJ2 active le récepteur nucléaire PPAR-?, nous avons voulu vérifier si le mécanisme d'inhibition de l'IL-13 dépendait ou non de ce dernier. Un antagoniste irréversible de PPAR-? a donc été utilisé dans les expériences, et l'essai a permis d'établir que le mécanisme d'inhibition de l'IL-13 parla 15d-PGJ 2 était indépendant de PPAR-?. Finalement, ces résultats dévoilent que la 15d-PGJ 2 inhibe l'expression et la production de l'IL-13, que cet effet serait indépendant de PPAR-?, et qu'il impliquerait probablement une inhibition du facteur de transcription NF-xB. Ces résultats pourraient avoir des implications cliniques où l'IL-13 joue un rôle d'importance, tels que l'asthme et la colite ulcéreuse. L'utilisation de cette prostaglandine en combinaison avec les traitements habituels, par exemple les corticostéroïdes, pourrait être envisagée.

Au cours des dernières décennies, nous avons progressivement vu augmenter un certain nombre d'anomalies de la fonction de reproduction masculine dans les pays industrialisés. Ces constatations ont fait émerger l'hypothèse selon laquelle certains polluants de notre environnement pourraient altérer le développement du testicule fœtal et ainsi être responsables de ces anomalies. Parmi les composants incriminés se trouvent les phtalates, largement répandus dans l'environnement. Ces composés ont été décrits comme reprotoxiques, ils altèrent le développement de la lignée germinale dans différentes espèces et entraînent une diminution de la production de testostérone chez le rat. Toutefois, très peu de données sont disponibles quant à leurs effets chez l'Homme. Dans cette étude, nous avons analysé les effets d'un phtalate, le MEHP, sur le développement du testicule fœtal humain au premier trimestre de la grossesse, dans un modèle de culture organotypique qui permet le maintien des différentes structures de l'organe. Nous avons tout d'abord démontré que le MEHP (10-4M) n'altère pas la production de testostérone du testicule fœtal humain, contrairement aux résultats décrits chez le rat. En revanche, nous avons montré que l'exposition au MEHP entraîne une rapide diminution du nombre de cellules germinales par apoptose. A la suite de ces résultats, nous avons testé l'effet de doses plus faibles de MEHP afin de se placer à des concentrations de phtalates ayant été mesurées dans les liquides biologiques. Nous avons ainsi démontré que les cellules germinales du testicule fœtal humain sont altérées suite à l'exposition à des doses de MEHP de 10-5M. Enfin, dans la 3ème partie de ce travail, nous nous sommes intéressés aux mécanismes d'action des phtalates. Différentes études, notamment dans le foie, démontrent l'implication des récepteurs nucléaires dans les effets de ces composés. Il nous a donc semblé important de rechercher leur implication dans les effets des phtalates sur le testicule fœtal. Nous avons démontré que LXRα est très certainement impliqué ces effets puisque l'expression des ARNm de ce récepteur est augmentée. Par ailleurs, ce récepteur nucléaire contrôle deux voies métaboliques, la synthèse de cholestérol et la synthèse des acides gras qui semblent toutes deux modulées par les phtalates dans le testicule fœtal humain. Enfin, nous avons montré que l'implication de ces voies métaboliques est commune entre la gonade mâle et la gonade femelle, sans pour autant que l'effet sur les cellules germinales mâles ai pu être mis en évidence dans l'ovaire fœtal. En conclusion, cette étude a contribué à caractériser les effets des phtalates sur la mise en place des fonctions de reproduction chez le fœtus humain. Nous avons également pu mettre en évidence un nouveau mécanisme de ces composés, impliquant la superfamille des récepteurs nucléaires ainsi que la synthèse du cholestérol et des acides gras.

Les cellules exerçert des forces sur la matrice extra cellulaire sur laquelle elles adhérent impliquant une boulle de régulation biomécanique. Cependant les sous-jacents de par lesquelles les cellules sentent et transmettent les forces restent encore m^echaniemes à elucider. Dans la premiére partie nous allons comment le modulations géométrique les forces de tractions et la distributions des tensions dans le cytosquelette d'actine ainsi que localisation des adhésions focales sur une cellule unique en combinant l'utilisation de la technique de micropatterning et de microscopie à traction de force. Nous avons mesuré la force de traction cellulaire sur différentes formes géométriques mocropatterns (comme un U, flieche ou H) recouvert de protéines sur des gels mous de polyacrilamide 2D dans lequl sont intégrés des nanobilles fluorescenes. Nous avons montré que la géométrie influencait la distribution des forces de tractions localement tandis que l'aire projetée des differentes formes restait conservée (pour une celule). Puis nous avons comparé la force de traction cellulaire développée quand les cellules sont sur des motif contirees circulaire 2D avec des motifs discrets en forme de micropiliers 3D de la me^me rigidité . Nous avons aussi étudie comment les forces varies en fonction de la rigidité de la matrice extracellulaire dans les deux cas précédents une mesure quantitative a été faite sur la localisation spatiale des protéines d'adhésion sur les formes circulaires et aussi sur l'organisation de l'actine. Afin d'ovoir une compréhension systématique de la distribution des forces nous nous sommes concentré sur la localisation et l'orientation des forces sur différentes géométrics de motifs (V, T, Tripod et plus). Nous avons corrélé la distribution avec celle des dibers de stesses et la localisation des adhésions focales. Ensuite nous nous sommes intéressés la distribution des centrosome en corrélation avec la forces et l'organisation d'autres eléments internes. Nous avons égolement essayé de prédire la force de traction en utilisant un modele théorique. Pour finir, nous avons developpé une novelle méthode de micropatterning fabriqué à partir de brosses de polymeres de PNIPAM qui sont thermosensibles. La fonctionalisation de surface et l'adhésion des cellules sur la surface sont aussi décrites. Nous discutons également de la dépendance en température des propriétés du PNIPAm et de l' utilisation desbrosses de polymeres comme actuateur pour induire les détachments des cellules. Nous avons aussi regardé la distribution des fibres de stress quand la cellule est cultivée sur différent types de motif thermosensible.

Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l'homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d'analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l'échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l'humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d'analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n'implique pas de technique d'isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l'analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L'intérêt de ce travail est d'étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l'infection par VIH chez l'homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d'autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies.

Le vascular endothelial growth factor (VEGF) un facteur de croissance essentiel du système vasculaire exerce des fonctions multiples sur les cellules nerveuses en favorisant la neurogenèse, la plasticité synaptique ou encore l'apprentissage et la mémoire. Cependant, les mécanismes impliqués dans son action régulatrice de la transmission et la plasticité synaptiques restent à élucider. Nous avons récemment mis en évidence une nouvelle interaction entre VEGFR2, le récepteur principal du VEGF, et les récepteurs NMDA (NMDAR) au cours de la migration des neurones pendant le développement du cervelet. Comme les NMDAR sont des acteurs clés de la transmission et de la plasticité synaptique, nous avons exploré le rôle du VEGF dans la régulation de l'expression et de la fonction des NMDAR synaptiques dans l'hippocampe. Nos résultats révèlent que le VEGF et son récepteur sont exprimés dans les régions CA1 et CA3 de l'hippocampe et le domaine extracellulaire de VEGFR2 peut se lier à la sous-unité GluN2B des NMDAR. Le VEGF est capable d'augmenter la transmission synaptique dépendant des NMDAR en régulant l'adressage synaptique des récepteurs exprimant la sous-unité GluN2B. Il se produit également une augmentation du nombre de synapses en présence du VEGF. Ces effets du VEGF requièrent la co-activation des récepteurs VEGFR2 et NMDAR et conduisent à un enrichissement synaptique en récepteurs glutamatergiques de type AMPA qui dépend de l'activation de la CaMKII. Nos travaux démontrent pour la première fois un rôle direct de la signalisation VEGF/VEGFR2 dans la fonction de la synapse excitatrice glutamatergique

En 1889, le clinicien Stefen Paget proposa l'hypothèse de " la graine et du terroir " pour expliquer la progression tumorale. La graine - la tumeur - ne peut pousser que dans le bon terroir - le microenvironnement tumoral. Durant le développement du cancer, la tumeur et ce microenvironnement sont en constant dialogue biochimique. Nous nous sommes intéressés durant cette thèse à l'hypothèse de Paget d'un point de vue mécanique : le terroir mécanique peut-il influencer la progression tumorale ? Nous avons choisi une approche in vitro afin de découpler les influences biochimiques et mécaniques. Nous avons travaillé avec des sphéroïdes multicellulaires, petites boules de cellules tumorales qui imitent remarquablement bien une tumeur. Nous avons développé une méthodologie nous permettant d'exercer des contraintes mécaniques sur des sphéroïdes, et nous avons étudié l'influence de telles contraintes. Nous avons montré qu'une contrainte mécanique influence le développement tumoral. Une contrainte mécanique réduit fortement la croissance d'un sphéroïde, et ce de manière réversible. Le volume des cellules au centre est diminué, ce qui semble déclencher un arrêt de la prolifération. Nous avons également montré que la division cellulaire est source de flux cellulaires à l'intérieur d'un sphéroïde, et que ces flux peuvent être inhibés par l'application d'une contrainte. Enfin, nous avons observé qu'une contrainte mécanique peut promouvoir l'envahissement d'une matrice de collagène par un sphéroïde. En conclusion, qu'un dialogue mécanique restreigne la progression tumorale ou la promeuve, il en est un élément intrinsèque.

La cellule photovoltaïque à porteurs chauds se caractérise par une population électronique hors équilibre thermique avec le réseau, ce qui se traduit par une température électronique supérieure à la température du matériau. Il devient alors possible de récupérer non seulement l'énergie potentielle des porteurs, mais également leur énergie cinétique, et donc d'extraire un surcroît de puissance qui n'est pas exploitée dans des cellules conventionnelles. Cela permet d'atteindre des rendements potentiels proches de la limite thermodynamique. L'extraction des porteurs hors équilibre se fait au moyen de membranes sélectives en énergie afin de limiter les pertes thermiques. Dans cette thèse, l'influence de la sélectivité des contacts sur les performances de la cellule est analysée par des simulations de rendement. Il apparaît que ce paramètre est moins critique qu'annoncé dans la littérature, et que des rendements élevés sont possibles avec des contacts semi-sélectifs, permettant l'extraction de porteurs au dessus d'un seuil d'énergie. De tels contacts sont non seulement beaucoup plus facilement réalisables en pratique que des contacts sélectifs, mais sont également plus compatibles avec les densités de courant élevées qui sont attendues dans de tels dispositifs. Une méthodologie expérimentale est également proposée pour analyser la vitesse de thermalisation des porteurs hors équilibre. Des porteurs sont photogénérés par un laser continu et leur température en régime stationnaire est sondée par photoluminescence en fonction de la densité de puissance excitatrice. Un modèle empirique est obtenu reliant la puissance dissipée par thermalisation à la température électronique. Ce modèle est ensuite utilisé pour simuler le rendement de cellules présentant une thermalisation partielle des porteurs. Enfin, un rendement de cellule réaliste présentant une absorption non idéale, une vitesse de thermalisation mesurée sur des matériaux réels et des contacts semi-sélectifs est calculé. Il ressort qu'une augmentation substantielle de rendement est possible en comparaison d'une simple jonction ayant le même seuil d'absorption, mais que la vitesse de thermalisation observée est néanmoins trop élevée pour permettre de dépasser les records de rendement actuels. Des idées sont proposées afin d'améliorer les performances des structures étudiées.