Type 1 diabetes develops through the progressive destruction of the insulin-producing beta-cells. Regeneration or replacement of beta-cells is therefore needed to restore normal glucose homeostasis. Presently, normoglycemia can be achieved by the transplantation of whole pancreas or isolated islets of Langerhans. Islet transplantation can be performed through a simple laparoscopic procedure, but the long-term graft survival is low due to poor revascularization and early cell death. This thesis examined the possibility of using different auxiliary cells (Schwann cells, endothelial progenitor cells, and neural crest stem cells) to improve the engraftment and function of endogenous and transplanted islets. Co-transplantation of Schwann cells with islets improved islet graft function early after transplantation, and caused an increased islet mass at one month posttransplantation. However, the vascular densities of these grafts were decreased, which also related to an impaired graft function. Islet grafts containing endothelial progenitor cells had a superior vascular density, with functional chimeric blood vessels and substantially higher blood perfusion and oxygen tension than control transplants. By culturing and transplanting islets together with neural crest stem cells it was found that islets exposed to these cells had a higher beta-cell proliferation compared with control islets. At one month posttransplantation, the grafts with neural crest stem cells also had a superior vascular- and neural density. The potential of intracardially injected neural crest stem cells to home to the pancreas and ameliorate hyperglycemia in diabetic mice was investigated. During a three-week period after such cell treatment blood glucose concentrations decreased, but were not fully normalized. Neural crest stem cells were present in more than 10% of the pancreatic islets at two days postinjection, at which time the beta-cell proliferation was markedly increased when compared with islets of saline-treated diabetic animals. Three weeks later, a doubled beta-cell mass was observed in animals receiving neural crest stem cells. In summary, islets can easily be transplanted together with different auxiliary cells. Some of these cells provide the possibility of improving vascular- and neural engraftment, as well as beta-cell growth and survival. Systemic administration of neural crest stem cells holds the potential of regenerating the endogenous beta-cells.

O treinamento físico aeróbio (TF) tem sido utilizado como um importante tratamento não farmacológico da hipertensão arterial (HA), uma vez que ele corrige a rarefação microvascular e reduz a pressão arterial; entretanto, os mecanismos envolvidos são pouco conhecidos. Investigamos se o número e a capacidade funcional das células progenitoras endoteliais (CPE) derivadas da medula óssea, sabidamente diminuídas na HA, melhoram pós TF, potencialmente contribuindo para a neovascularização e regressão da doença. O efeito do TF sobre a pressão arterial, freqüência cardíaca, tolerância ao esforço, consumo de oxigênio (VO2), morfologia e bioquímica da musculatura esquelética foram estudados em ratos espontaneamente hipertensos (SHR, n=28) e Wistar Kyoto (WKY, n=28) com 12 semanas de vida e divididos em 4 grupos: SHR, SHR treinado (SHR-T), WKY e WKY Treinado (WKY-T). O TF promoveu redução da pressão arterial em SHR e bradicardia de repouso acompanhado por um aumento da atividade da citrato sintase muscular, tolerância ao esforço e VO2 nos grupos de animais treinados. Concomitantemente, o TF corrigiu a alteração na distribuição dos tipos de fibra muscular e a rarefação capilar em SHR, mediado em grande parte por um aumento nos níveis protéicos periféricos de VEGF, VEGFR2, eNOS e a desativação das vias de apoptose. O número de CPE (CD34+/Flk1+) no sangue periférico (SP) analisadas por FACS foram aumentadas 115% no grupo WKY-T em comparação ao grupo controle. Em contraste, o grupo SHR reduziu 39% o número de CPE, entretanto o TF normalizou os níveis no grupo SHR-T. Resultado similar foi encontrado na quantificação das CPE na medula óssea (MO) avaliadas por células duplamente positivas para Di-acLDL e Lectina-FITC. A senescência das CPE na MO foi aumentada 126% no grupo SHR vs. WKY, e o TF foi eficiente em reduzir 72% este processo no grupo SHR-T. Além disso, os ensaios funcionais avaliados pelo número de unidades formadoras de colônia mostraram um aumento de 40% na MO e 70% no SP de WKY-T vs. WKY. Em contraste, a HA reduziu 35% na MO e 45% no SP este número de colônias vs. WKY, porém o TF corrigiu esta disfunção das CPE na HA. De fato, o TF recuperou a falha na formação de tubos como capilares sobre matrigel na HA. Os resultados demonstram que o remodelamento vascular acompanhado pela redução da pressão arterial induzido pelo TF na HA ocorreram em sinergia com a recuperação do número e das propriedades funcionais das CPE da MO e SP, bem como de seus fatores mobilizadores e angiogênicos. Estes resultados sugerem que o TF pode participar do reparo vascular por meio da ação das CPE, promovendo a revascularização periférica. Assim, há perspectiva do potencial terapêutico das CPE no tratamento da HA pós TF. / Aerobic exercise training (ET) has been established as an important non-pharmacological treatment for hypertension, since it counteracts microvascular rarefaction and decreased blood pressure; however, underlying mechanisms remain to be further determined. We investigated for the first time if the endothelial progenitor cells (EPC) number and the functional capacity, impaired in hypertension; are improved after ET potentially contributing to neovascularization and disease regression. The effect of ET on blood pressure, heart rate, exercise tolerance, peak VO2 and skeletal muscle morphology and biochemistry was studied in twelve-week old male Spontaneously Hypertensive Rats (SHR, n=28) and Wistar Kyoto (WKY, n=28) assigned into 4 groups: SHR, trained SHR (SHR-T), WKY and trained WKY (WKY-T). The ET promoted a decrease in blood pressure in SHR and resting bradycardia, an increase in exercise tolerance, peak VO2 and citrate synthase activity in trained groups. In parallel, the ET repaired the skeletal muscle fiber type shift and capillary rarefaction in SHR, at least partly, by enhancing protein levels of VEGF, VEGFR-2, eNOS and deactivated apoptosis pathway. Numbers of EPC (CD34+/Flk1+) in the peripheral blood (PB) quantified by FACS analysis were enhanced 115% in WKY-T of control levels. In contrast, the SHR group decreased 39%, but ET normalized in the SHR-T. Similar results were found in the EPC quantification of the bone marrow (BM) by double positive cells to Di-acLDL and Lectin-FITC. BM-EPC senescence was increased 126% in SHR and this process was reduced 72% by ET. Moreover, EPC functional assay by colony-forming units showed an increase of 40% to BM and 70% to PB in WKY-T of control levels. In contrast, the SHR group reduced 35% to BM and 45% to PB; however the ET repaired EPC dysfunction in hypertension. In fact, the ET corrected failure in the capillary-like tube formation on matrigel. The present findings reveal that the vascular remodeling accompanied by reduction of blood pressure induced by ET occurs in synergy with the restoration of the BM and PB- EPC number and functional properties, as well as of their mobilizing and angiogenic factors. These results suggest that the ET can participate in the vascular repair by means of the EPC, promoting the peripheral revascularization in hypertension. In this way, there is perspective of therapeutic potential of the EPC in treatment of hypertension after ET.

Malgré l’efficacité thérapeutique avérée des agents anti-angiogéniques et des agents anti-vasculaires (VDA), le mécanisme d’action précis des stratégies ciblant les vaisseaux sanguins tumoraux, les raisons de leur efficacité ainsi que les mécanismes de résistance à ces drogues sont encore mal compris. Il est rapidement apparu essentiel d’identifier des biomarqueurs capables de refléter l’angiogénèse tumorale ou les effets sur la vascularisation tumorale de ces traitements. Compte tenu de leur importance dans des pathologies vasculaires, les cellules endothéliales matures circulantes (CEC) et les progéniteurs endothéliaux circulants (CEP) ont d’emblée été pressenties comme des candidats intéressants pour être des biomarqueurs de réponse aux stratégies ciblant la vascularisation tumorale. Nous avons exploré l’intérêt de ces cellules en tant que biomarqueurs de l’angiogénèse dans des tumeurs pédiatriques, et leur rôle en tant que biomarqueurs de traitement par des agents anti-angiogéniques chez des sujets adultes atteints de cancer. Ces travaux ont mis en lumière l’intérêt des CEP et ont été à la source d’un travail plus « mécanistique » où nous avons étudié dans différents modèles murins le rôle des CEC et CEP dans le mécanisme d’action des agents anti-vasculaires et plus particulièrement le rôle fonctionnel des CEP dans la résistance à ces molécules. Par des stratégies d’association d’agents anti-angiogéniques aux VDA destinées à inhiber les CEP, nous montrons l’augmentation de l’activité anti-tumorale des VDA et offrons un rationnel mécanistique pour optimiser les schémas thérapeutiques actuels des traitements anti-vasculaires. Nos données apportent des arguments en faveur du rôle potentiel de ces cellules en tant que biomarqueurs de l’angiogénèse, des traitements anti-angiogéniques et de la résistance aux traitements anti-vasculaires. / Despite their therapeutic impact and clinical benefit, the mecanisms of action of anti-angiogenic agents and vascular disrupting agents (VDA), the reasons for their efficacy as well as the mechanisms underlying resistance to these drugs are not fully understood. Thus, identifying surrogate biomarkers of tumor angiogenesis and of the effects of these new therapeutic agents targeting tumor blood vessels has become a crucial objective. Because of their importance in vascular diseases, mature circulating endothelial cells (CEC) and circulating endothelial progenitor cells (CEP) were suggested to be potential candidate biomarkers of disease response and relapse to vascular targeting strategies. We investigated the role of these cells as biomarkers of tumor angiogenesis in pediatric solid tumors, as well as biomarkers of response to anti-angiogenic therapies in adult cancer patients. By revealing the particularly important role of CEP, these initial studies led to a more “mechanistic” study in which the cellular and molecular effects of a VDA were evaluated with regard to CEC and CEP in different mouse models; in particular, the “catalytic” role of CEP was explored as a mechanism of resistance to VDA. By combining anti-angiogenic agents aimed to inhibit CEP mobilized by the VDA, we demonstrate an increase in the anti-tumor activity of the VDA and offer a mechanistic rational to optimize VDA-based therapeutic strategies. Our data support the role of CEC and CEP as biomarkers of angiogenesis, of anti-angiogenic strategies and of resistance to vascular-disrupting therapies.

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques. / Atherosclerosis is the main cause of myocardial infarction, sudden cardiac death, stroke and lower limb ischemia. It is responsible for nearly half of all deaths in industrialized countries. When atherosclerotic arterial obstructions are so important that direct revascularization techniques cannot be successfully performed, the severity of residual tissue ischemia depends on the ability of the organism to spontaneously develop new blood vessels (neovascularization). Postnatal neovascularization is the result of two phenomena: the formation of new bloods vessels from the existing vasculature (angiogenesis) and vessel formation from progenitor cells (vasculogenesis). Our laboratory has demonstrated that several cardiovascular risk factors (smoking, aging, and hypercholesterolemia) also impair the angiogenic response after ischemia. However, the precise mechanisms involved in that pathophysiology are still unknown. A common feature of all the cardiovascular risk factors is increased oxidative stress. Therefore, the purpose of the present work was to elucidate the influence of cardiovascular risk factors and oxidative stress on neovascularization. Our results demonstrate that exposure to cigarette smoke and aging are associated with impaired neovascularization in response to ischemia, and that this is at least in part due to increased oxidative stress. In addition, we demonstrate that fatty acids derived from the diet can modulate the response to tissue ischemia. The first study of the research project evaluated the effect of cigarette smoke exposure on neovascularization in response to ischemia, and the effect of an antioxidant therapy. Exposure to cigarette smoke was associated with a significant reduction in the recovery of blood flow perfusion and vessel density in ischemic muscles. However, a complete recovery of neovascularization was demonstrated in mice exposed to cigarette smoke that were treated with probucol or antioxidant vitamins. We found that antioxidant therapy in mice exposed to cigarette smoke was associated with a significant reduction of oxidative stress levels in the plasma and in ischemic muscles. In addition, endothelial progenitor cells (EPCs) exposed to cigarette smoke extracts in vitro showed a significant decrease in their angiogenic activities (migration, adhesion and homing into ischemic tissues) that was completely rescued by probucol and antioxidants vitamins. The goal of the second study was to investigate the potential role of NADPH oxidase (Nox2) in the modulation of ischemia-induced neovascularization in the context of aging. We found that the expression of Nox2 is increased by aging in ischemic muscles of control mice. This is associated with a significant reduction of blood flow recovery after ischemia in older compared to young control mice. We also demonstrated that the density of capillaries and arterioles is significantly reduced in ischemic muscles of older animals, whereas oxidative stress levels are increased. Nox-2 deficiency reduces oxidative stress levels in ischemic tissues and improves blood flow recovery and vascular densities in older animals. We also demonstrated that the functional activities of EPCs (migration and adhesion to mature endothelial cells) were significantly reduced in older compared to young mice. However, Nox2 deficiency is associated with preserved EPCs functional activities in older animals. We also demonstrated an age-dependent pathological increase of oxidative stress in EPCs that is not found in Nox2-deficient animals. The third study of the research project investigated the effect of fatty acids derived from the diet on postnatal neovascularization. To this end, mice received a diet containing either 20% corn oil (rich in omega-6) or 20% fish oil (rich in omega-3). Our results demonstrate that an omega-3 rich diet increases neovascularization in response to ischemia at the macrovascular, microvascular and clinical level compared to an omega-6 rich diet. This increased postnatal neovascularization is associated with decreased total cholesterol/HDL cholesterol ratio in the serum and improved VEGF/NO pathway in ischemic tissues. In addition, the omega-3 rich diet is associated with a significant increase of central (bone marrow) and peripheral (spleen) EPCs. We also show that the functional activities of EPCs (migration and incorporation into tubules) are improved and oxidative stress level in EPCs is reduced by the omega-3 rich diet. In conclusion, our studies have clarified the impact of cardiovascular risk factors (smoking and aging) and fatty acids derived from the diet (omega-3) on ischemia-induced neovascularization. We have also identified several mechanisms involved in that physiopathology. Globally, our studies should contribute to a better understanding of the effects of cigarette smoking, aging and omega-3 on the evolution of ischemic vascular diseases.

Le faible poids de naissance (FPN) est un facteur de risque indépendant reconnu de maladies cardiovasculaires et d'hypertension à l'âge adulte, mais les mécanismes physiopathologiques sous-tendant cette programmation précoce ne sont que partiellement connus. Chez l'adulte, la dysfonction endothéliale et l'altération tant quantitative que qualitative de la cellule progénitrice endothéliale (PEC) sont un marqueur précoce et sensible de risque cardiovasculaire. Des altérations vasculaires (raréfaction microvasculaire, anomalies de la structure vasculaire) et une dysfonction endothéliale (altération de la vasodilatation endothélium-dépendante) sont retrouvées chez le nouveau-né de FPN. Cependant, l'hypothèse d'une altération de la cellule progénitrice endothéliale chez le nouveau-né de FPN reste à être démontrée. Au cours de notre travail, nous avons montré une altération des capacités clonogéniques et angiogéniques des PECs des nouveau-nés de FPN, tant in vitro qu'in vivo. Cette dysfonction pourrait être liée à un déséquilibre antiangiogénique d'origine environnementale conduisant à un profil antiangiogénique d'expression génique de la PEC. Ainsi, nous avons pu montrer qu'une surexpression du gène de la thrombospondine-1 pouvait en partie expliquer la réduction du potentiel angiogénique des PECs du nouveau-né de FPN via une inhibition de la transduction du signal de la voie Akt/PI3K. D'autre part, une diminution des concentrations circulantes de VEGF, dont le rôle critique dans la néovascularisation est bien connu, peut-être liée à une augmentation de son inhibiteur circulant, sFlt1 (récepteur soluble au VEGF), a été retrouvée chez le nouveau-né de FPN. / Low birth weight (LBW) is a risk factor for cardiovascular disease in adulthood. However, the mechanisms explaining cardiovascular programming are incompletely understood. In adults, a reduced level of circulating endothelial progenitor cells (EPCs) is correlated with cardiovascular disease and independently predicts atherosclerosis disease progression. Recent studies demonstrated an impairment of vascular structure (microvascular rarefaction) and function (impaired vasodilation) in LBW neonates. Thus, we hypothesized that LBW infants display an EPCs impairment.We demonstrated an alteration of clonogenic and angiogenic capacities of EPCs fropm LBW infants, both in vitro and in vivo. This could be due to a fetal antiangiogenic imbalance and a subsequent antiangiogenic gene expression profile in EPCs of LBW infants. Through an inhibition of Akt/PI3K signaling, an upregulation of thrombospondin-1 expression could partially explain such observations. Moreover, VEGF pathway, the main angiogenesis regulator, could be involved as we found reduced circulating levels of VEGF, probably due to an increase of its main inhibitor, sFlt1 (soluble receptor of VEGF 1) in LBW infants. The addition of VEGF reversed the in vitro negative effect of LBW infants' sera on EPCs angiogenic function.This investigation opens the way for more studies of EPCs function in LBW subjects. Indeed, many questions emerged about the impact of such dysfunction on the future health of LBW infants.

Atualmente, existe uma grande necessidade médica por enxertos vasculares de pequeno calibre (< 6 mm), que possam ser utilizados em cirurgias de reconstrução vascular. Nesse trabalho, dois tipos de biomateriais vasculares foram desenvolvidos pela técnica de electrospinning: biomateriais de policaprolactona (PCL) e biomateriais de poli(carbonato de trimetileno – co – ácido lático) (PTMCLLA). Os biomateriais de PCL foram funcionalizados com heparina e com VEGF (PCL/Hep/VEGF). Os biomateriais de PTMCLLA foram desenvolvidos a partir de três razões de carbonato de trimetileno/ ácido lático: 20/80, 30/70 e 40/60. Os biomateriais de PCL apresentaram taxa de degradação lenta e alta elasticidade. A funcionalização dos biomateriais preveniu a coagulação do sangue e também favoreceu o crescimento de células-tronco mesenquimais (CTMs) e de células progenitoras endoteliais (CPEs) nessas estruturas. A análise de PCR demonstrou que o VEGF adsorvido aos biomateriais não foi suficiente para diferenciar as CTMs em células endoteliais. O cultivo das CPEs sobre os biomateriais aumentou a expressão de VE-caderina e a presença de VEGF nas estruturas manteve o nível de expressão de CD31 e CD34 nessas células. Após essas análises, os biomateriais de PCL/Hep/VEGF foram fabricados em formato tubular. As CPEs foram semeadas no lúmen do biomaterial, através de biorreatores de parede rotatória (BPR), e mantidas em cultivo, por biorreatores de perfusão (BP). O BPR favoreceu a distribuição homogênea das CPEs na parede luminal dos biomateriais enquanto que o BP estimulou seu crescimento e otimizou seu metabolismo energético. Os biomateriais produzidos a partir dos copolímeros de PTMCLLA 30/70 e 40/60 exibiram uma alta flexibilidade. Porém, os biomateriais de PTMCLLA 40/60 tiveram um grande enrugamento. Os biomateriais de PTMCLLA 30/70 suportaram a adesão e o crescimento de CTMs, de CPEs e de células musculares lisas. Os resultados obtidos no presente estudo demonstram que biomateriais de PCL/Hep/VEGF apresentam características físico-químicas compatíveis para o uso vascular. Ainda, previnem a formação de trombos em sua superfície e propiciam o desenvolvimento da camada endotelial em seu lúmen. Os biomateriais de PTMCLLA 30/70 exibem alta flexibilidade e suportam o desenvolvimento de células vasculares e de células-tronco mesenquimais. De acordo com esses resultados, é possível concluir que biomateriais de PCL/Hep/VEGF e de PTMCLLA 30/70 são candidatos promissores para aplicação como enxertos vasculares. / Currently, there is a great medical need for small caliber vascular grafts (<6 mm), which can be used in vascular replacement surgeries. In this work, two types of vascular biomaterials were developed by the electrospinning technique: biomaterials of polycaprolactone (PCL) and biomaterials of poly(trimethylene carbonate-co-L-lactide) (PTMCLLA). PCL biomaterials were functionalized with heparin and VEGF (PCL / Hep/VEGF). The PTMCLLA biomaterials were developed from three ratios of trimethylene carbonate/lactide: 20/80, 30/70 and 40/60. The PCL biomaterials presented a slow degradation rate and high elasticity. The functionalization of the biomaterials prevented the blood from clotting and also favored the growth of mesenchymal stem cells (MSCs) and endothelial progenitor cells (EPCs) in these structures. PCR analysis demonstrated that VEGF adsorbed by the biomaterials was not sufficient to differentiate the MSCs into endothelial cells. The cultivation of CPEs on the biomaterials increased their expression of VE-cadherin and the presence of VEGF in the structures maintained the cell expression of CD34 and CD31. After these analyzes, the PCL/Hep/VEGF biomaterials were produced in a tubular geometrical form. The CPEs were seeded into their lumen by rotating bioreactors (RB) and maintained in culture by perfusion bioreactors (PB). The RB favored the homogeneous distribution of the CPEs in the luminal wall of the biomaterials while the BP stimulated their growth and optimized their energetic metabolism. The biomaterials produced from the PTMCLLA 30/70 and 40/60 copolymers exhibited high flexibility. However, the PTMCLLA 40/60 biomaterials exhibited substantial wrinkling. The PTMCLLA 30/70 biomaterials supported the adhesion and growth of MSCs, CPEs and smooth muscle cells. This study has demonstrated that PCL/Hep/VEGF biomaterials have physicochemical characteristics compatible with vascular use. Furthermore, they prevent thrombus formation on their surfaces and promote the development of the endothelial layer in their lumen. Biomaterials of PTMCLLA 30/70 exhibit high flexibility and support the development of vascular and mesenchymal stem cells. According to these results, it can be concluded that PCL/Hep/VEGF and PTMCLLA 30/70 biomaterials are promising candidates for use as vascular grafts.

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Le traitement de pathologies cardiaques ischémiques est limité par labsence de capacité régénérative du myocarde. Plusieurs études ont suggéré le potentiel de régénération du myocarde des cellules souches hématopoïétiques (CSH), mésenchymateuses (CSM) et des cellules progénitrices endothéliales (CPE). Une des stratégies envisageables en thérapie cellulaire est la mobilisation des cellules souches adultes de moelle osseuse (MO) dans le sang périphérique (SP) afin quelles puissent participer aux phénomènes de réparation tissulaire cardiaque. Le G-CSF est une cytokine puissante dont il a été démontré quelle pouvait améliorer la fonction et la perfusion cardiaque après un infarctus du myocarde, non seulement en mobilisant les cellules souches de la MO, mais également, en exerçant des effets cardioprotecteurs directs. Toutefois, des études complémentaires sont requises afin de clarifier lintérêt dun traitement complémentaire par du G-CSF chez les patients souffrant dinfarctus aigu du myocarde. Lobjectif du travail est dévaluer plus précisément la capacité du G-CSF à mobiliser les CSH, les CSM et les CPE et dexaminer la contribution de ces cellules aux phénomènes de réparation tissulaire cardiaque après infarctus du myocarde. Evaluation de la taille de linfarctus chez la souris par µSpect Les modèles murins sont fréquemment utilisés pour étudier les mécanismes physiopathologiques cardiaques et tester les nouvelles stratégies thérapeutiques ; toutefois, lévaluation de la fonction cardiaque reste plus difficile daccès que chez les gros animaux. Cest la raison pour laquelle nous avons mis au point un modèle dinfarctus du myocarde (IM) par occlusion de lartère coronaire chez la souris, mais également les techniques nécessaires à lexploration de la perfusion et de la fonction cardiaque. Afin de suivre lévolution des paramètres hémodynamiques cardiaques fins dans notre modèle dIM, nous avons adapté les techniques déchocardiographie et de sonde à conductance pour leur usage chez la souris. Nous avons ensuite démontré que la technique du µSpect est réalisable chez la souris et permet une détermination précise de la taille de linfarctus. En effet, vu les très petites dimensions du cur de souris, nous avions besoin dune résolution spatiale élevée que nous offre le nouveau système de Spect (Linoview Spect) : celui-ci peut en effet différencier deux points éloignés de 0,35mm. Nous obtenons effectivement des images de qualité équivalente à celles obtenues dans les études cliniques humaines. Nous avons validé cette technique en démontrant une excellente corrélation entre la taille de la zone ischémiée mesurée par µSpect et celle obtenue par les techniques histologiques de coloration au TTC ou trichrome. Nous avons également observé un faible taux de variation des valeurs inter-observation ou inter-observateur. Mobilisation des cellules progénitrices par du G-CSF chez des animaux sains Avant dévaluer la contribution du G-CSF aux phénomènes de réparation du tissu cardiaque lésé suite à une diminution de la perfusion, nous avons tout dabord étudié la capacité du G-CSF à mobiliser les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH), mésenchymateuses (CPM) et endothéliales (CPE). Nous voulions également vérifier limpact dun traitement par du G-CSF sur la perfusion ainsi que sur les performances du muscle cardiaque normal. Nous avons démontré que l'administration de G-CSF chez les souris induit la mobilisation en périphérie de CPH, CPM et CPE, selon une cinétique spécifique à chaque type de cellules progénitrices. Cest après trois jours de traitement par du G-CSF que nous observons un nombre maximum des trois types de progéniteurs dans la SP ; ce serait donc le jour le plus approprié pour collecter par aphérèse une population enrichie en CPH, CPM et CPE. Toutefois, ce jour de collecte est à adapter spécifiquement à chaque type de cellules progénitrices. Lanalyse échocardiographique et les mesures de pression-volume ont démontré que l'administration de G-CSF a un impact sur la fonction hémodynamique cardiaque. Ces données hémodynamiques ont révélé une relaxation anormale du cur, une compliance plus faible du ventricule gauche (VG) et une plus faible déformation du myocarde. Ces résultats pourraient suggérer que le G-CSF exerce un effet rigidifiant sur les parois ventriculaires. De plus, limagerie µSpect montre que la perfusion myocardique chez des souris saines est augmentée de façon importante, peu de temps après l'administration de G-CSF. Mobilisation des cellules progénitrices après la survenue dun IM Nous avons examiné si la survenue dun IM pouvait affecter le nombre de progéniteurs dans la moelle osseuse et le sang périphérique. Nous avons observé que le nombre de CPH et de CFU-GM diminue aussi bien dans la moelle quen circulation, probablement en conséquence de l'inhibition post-inflammatoire de l'hématopoïèse. Les nombres de CPM et la CPE de la moelle ne varient pas, tandis que les CFU-F formées à partir des cellules médullaires diminuent. Ces trois paramètres augmentent considérablement dans le SP, indiquant une mobilisation importante de ces cellules progénitrices, en réponse à l'inflammation myocardique. Il apparaît clairement que les cellules progénitrices sont spécifiquement mobilisées suite à lIM et non pas chez les « sham-operated animals », alors que ces derniers subissent lentièreté de la chirurgie, à lexception de la ligature de lartère coronaire. Mobilisation des cellules progénitrices par du G-CSF chez des animaux souffrant dIM Nous avons étudié la contribution du G-CSF à la réparation du tissu cardiaque dans notre modèle murin de ligature de lartère coronaire. Limpact sur la survie, la fonction hémodynamique cardiaque et la perfusion, de 2 timings de traitement par du G-CSF a été étudiée par lusage complémentaire de léchographie, lévaluation hémodynamique à partir de boucle pression-volume et limagerie µSpect. Pour ce faire, les animaux ligaturés sont traités par du G-CSF, soit pendant 5 jours après linfarctus, soit pendant 5J avant et 5J après la chirurgie. Une semaine après linduction de lIM, les modifications fonctionnelles et structurelles induites par linfarctus et le traitement au G-CSF sont évaluées. Les résultats que nous avons obtenus montrent que les CPM et les CPE sont davantage mobilisées dans le sang périphérique chez les souris souffrant dIM et traitées par du G-CSF que chez les animaux non traités. De plus, ladministration du G-CSF est nécessaire à la mobilisation des CPH après un IM aigu. Ladministration de G-CSF améliore la survie des animaux. En effet, la mortalité évolue de 30% chez les animaux non traités à 18% chez les animaux traités par du G-CSF dans les 5J qui suivent la ligature, et 0% de survie si les animaux sont traités 5J avant la ligature et 5J après. Le remodelage du VG est également amélioré par le G-CSF, comme le montre la diminution du poids du coeur et de la taille du VG. Nous avons alors évalué l'impact de l'administration de G-CSF sur le déficit de la perfusion et avons observé que ce paramètre, ainsi que la taille de linfarctus, sont sensiblement diminués après 10 jours de G-CSF. Nous obtenons également une évolution favorable de la perfusion entre les jours 1 et 7 chez les animaux recevant du G-CSF. Le nombre d'artérioles CD31 positives dans le coeur est également augmenté après un traitement par du G-CSF. Afin dévaluer plus précisément l'impact du traitement par du G-CSF sur la physiopathologie cardiaque chez des souris souffrant dIM, une évaluation hémodynamique de fonction cardiaque a été réalisée. Nous pouvons observer une amélioration de certains paramètres de la fonction cardiaque mais non de tous. En effet, 7 jours après la survenue de lIM, le débit cardiaque est presque totalement corrigé mais la fraction déjection du VG reste inchangée. Les paramètres de déformation du VG ne sont pas normalisés une semaine après linfarctus. Dun point de vue hémodynamique, la constante de relaxation augmente au-delà des valeurs normales après ladministration de G-CSF. De même, en fin de diastole, la pression augmente fortement, alors que le volume reste inchangé. Ces données indiquent à nouveau une altération de la relaxation du muscle cardiaque et une diminution de la compliance du VG chez les animaux traités par du G-CSF. Ces résultats confirment le potentiel du G-CSF à mobiliser les cellules progénitrices dans le sang périphérique et leur possible contribution aux phénomènes de réparation cardiaque. Le développement dun traitement par du G-CSF dans les pathologies ischémiques cardiaques est un thérapeutique non invasive qui suscite un vif intérêt, mais qui nécessite des évaluations approfondies au travers détudes fondamentales et cliniques en double aveugle et randomisées. Il faut maintenant déterminer les mécanismes par lesquels le G-CSF exer

Thesis (Ph.D.)--Indiana University, 2009. / Title from screen (viewed on February 2, 2010). Department of Biochemistry and Molecular Biology, Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI). Advisor(s): Mervin C. Yoder, Jr., David A. Ingram, Jr., Lawrence A. Quilliam, Mark D. Pescovitz. Includes vitae. Includes bibliographical references (leaves 171-194).

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