La prévalence du Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) a augmenté de façon dramatique dans les dernières années chez les patients atteints de fibrose kystique. Quoique le rôle du SARM dans la pathogénèse de l’atteinte respiratoire de la fibrose kystique ne soit pas clairement déterminé, certaines études récentes ont suggéré une association entre la persistance du SARM et le déclin accéléré de la fonction respiratoire. Cependant, l’importance clinique des diverses souches qui colonisent les patients atteints de fibrose kystique n’a pas encore été élucidée. Les objectifs de ce mémoire étaient de déterminer les effets d’une colonisation persistante par un SARM sur le statut clinique et respiratoire des enfants atteints de fibrose kystique. Également, nous tenions à étudier les caractéristiques des différentes souches de SARM dans cette population. Nous avons réalisé une étude rétrospective en analysant les données cliniques ainsi que les mesures de la fonction respiratoire chez les enfants atteints de fibrose kystique suivis à la Clinique de fibrose kystique du CHU Sainte-Justine entre 1996 et 2008 et ayant une colonisation persistante par un SARM. Afin de déterminer les souches qui colonisent cette population, nous avons effectué une caractérisation moléculaire des isolats du SARM. Nous avons identifié 22 patients avec une colonisation persistante par un SARM. Les résultats n’ont démontré aucun changement significatif en ce qui concernait le taux de déclin de la fonction respiratoire avant ou après l’acquisition du SARM. Cependant, la colonisation persistante par un SARM était associée à une augmentation du nombre d’hospitalisations pour une exacerbation pulmonaire. La plupart de nos patients étaient colonisés par le CMRSA-2, une souche épidémique au Canada. La présente étude suggère que la souche épidémique CMRSA-2 pouvait affecter l’évolution clinique des enfants atteints de fibrose kystique. / Over the last several years, the prevalence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has increased dramatically among cystic fibrosis (CF) patients. Although the exact role of MRSA in the pathogenesis of lung disease has not been clearly established, some studies suggest an association between persistent infection with MRSA and a more rapid rate of decline in lung function. It is uncertain whether all MRSA strains that infect CF patients are clinically important. The objectives of this thesis is to determine the effects of persistent MRSA on the clinical status and the lung function in children followed at the CF clinic at CHU Sainte-Justine and to characterize the MRSA strains in this population. We reviewed lung function measurements from subjects with persistent MRSA followed at our clinic between years 1996 and 2008. The first isolate from each patient was further characterized by molecular analysis. The results of the present study showed no significant difference for the rate of decline in lung function prior to and after MRSA colonization. However MRSA colonization was associated with an increased number of severe respiratory exacerbations requiring hospitalization. CMRSA-2, an epidemic clone in Canada, was found in the majority of our patients. This study suggests that persistent colonization with CMRSA-2 may affect the clinical outcome of children with cystic fibrosis.

La fibrose kystique (FK) est la maladie autosomique récessive la plus fréquente chez les individus de race caucasienne. Elle est secondaire à la mutation du gène Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR). Grâce à des traitements plus agressifs, la médiane de l’espérance de vie des individus atteints de la FK a augmenté et cette augmentation est associée à l’émergence du diabète secondaire ou associé à la FK (DAFK), une complication associée à une augmentation du taux de mortalité. La pathophysiologie du DAFK n’est pas parfaitement comprise. Par exemple, la cause de l’accélération de la perte de la fonction pulmonaire, qui débute des années avant l’apparition du DAFK, n'est pas élucidée. Tous les patients atteints de la FK, même ceux sans le DAFK, présentent de l’hyperglycémie et des fluctuations glycémiques. D’ailleurs, une étude a démontré que la réactivité immunitaire est affectée par l’hyperglycémie dans un modèle animal de la FK et il y a des évidences que les lymphocytes sans CFTR fonctionnel ou en présence d’un excès de glucose ont des réactions inflammatoires anormales. Donc, nous avons émis l’hypothèse que les patients atteints de la FK, surtout ceux non-diabétiques et pré-diabétiques, auront une plus grande proportion de lymphocytes Th17 et Treg produisant la cytokine pro-inflammatoire IL-17A comparativement aux sujets sains et que l’augmentation de cette cytokine pourrait influencer la chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition du DAFK. Des niveaux élevés d’IL-17A sont retrouvés dans les poumons des patients atteints de la FK et dans le sang périphérique des patients avec le diabète de type 1 (DT1) et de type 2 (DT2). L’IL-17A peut aussi être produite par les lymphocytes Treg dysfonctionnels. Habituellement, ces lymphocytes atténuent les réponses inflammatoires excessives, mais lorsqu’ils sont dysfonctionnels, ils peuvent produire de l’IL-17A, contribuant ainsi à l’état inflammatoire. De plus, nous avons supposé que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A seront associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK et que l’alimentation, l’activité physique et la composition corporelle influenceraient ces relations. Les résultats de cette thèse ont montré que, malgré une association entre la proportion de lymphocytes dans le sang périphérique et les indices de fluctuations glycémiques, celles-ci n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A lorsqu’ils étaient mis en culture pour 24 ou 48 heures dans des milieux contenant soit 5 mM ou 25 mM de glucose et stimulés par le phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) et le phytohemagglutinine (PHA) ou, encore, non stimulés. De plus, ces proportions étaient semblables entre les patients atteints de la FK et les individus en santé. Toutefois, les proportions de lymphocytes Treg stimulés produisant de l’IL-17A des sujets sains étaient plus élevées que les proportions de lymphocytes Treg non stimulés de tous les participants (patients atteints de la FK et individus en santé). Tout ceci suggérant donc que les Treg des sujets sains et atteints de la FK ne réagissaient pas de la même façon à la stimulation. D’ailleurs, la durée d’incubation affectait les proportions de Th17 produisant de l’IL-17A, mais elle n’avait aucun effet sur les proportions de Treg produisant cette cytokine. Donc, ces types cellulaires réagissaient différemment dans les mêmes milieux de culture. De plus, nous avons observé que seulement l’énergie provenant des glucides affectait modestement les indices de fluctuations glycémiques et que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A n’étaient pas associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK. En conclusion, les patients atteints de la FK avaient plus d’hyperglycémie et de fluctuations glycémiques, mais elles n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A ex vivo. Dans des études futures, il faudrait étudier le rôle de l’IL-17A dans les poumons des patients avec et sans le DAFK et réaliser une étude prospective pour déterminer si une augmentation des niveaux d’IL-17A chez les patients sans le DAFK se traduit par une chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition de cette complication. / Cystic fibrosis (CF) is the most common autosomal recessive genetic disease among Caucasians and it is cause by a mutation in the Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR) gene. With the emergence of more aggressive therapies to treat CF, the median life expectancy of patients with CF has increased and new complications, such as CF-related diabetes (CFRD), have emerged. CFRD is associated with increased mortality. The physiopathology of this complication is not fully understood. For instance, the reason why people with CF have an accelerated decline in lung functions years before the diagnosis of CFRD is not known. Patients with CF, even those without CFRD, have increased hyperglycemia and glucose fluctuations. In addition, a study has reported that hyperglycemia affected immune reactivity in a mouse model of the disease. Furthermore, studies have shown that lymphocytes without a functional CFTR or that have increased uptake of glucose have abnormal immune responses. Therefore, we hypothesized that patients with CF, specifically those with normal and impaired glucose tolerance, would have increased proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing the pro-inflammatory cytokine IL-17A and that the increase in IL-17A levels would contribute to the accelerated decline of lung functions before the onset of CFRD. Increased levels of IL-17A have been found in the lungs of patients with CF and the peripheral blood of patients with type 1 (T1D) and 2 diabetes (T2D). Dysfunctional Treg lymphocytes can also produce IL-17A. These lymphocytes usually attenuate excessive immune responses but, in certain cases, can be dysfunctional and produce the pro-inflammatory cytokine IL-17A. Moreover, we hypothesized that the proportions of these cells producing IL-17A would be associated to lung functions in patients with CF and that nutrition, physical activity and body composition could influence the relationship between inflammation and glucose fluctuations. Although an association between the proportion of lymphocytes in the peripheral blood of participants and glucose fluctuations was observed, glucose fluctuations did not affect the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A stimulated with PHA and PMA or not stimulated in media containing either 5 or 25 mM of glucose for 24 or 48 hours. Furthermore, these proportions were similar between healthy individuals and patients with CF with the exception of the proportion of stimulated Treg lymphocytes producing IL-17A of healthy individuals that was greater than the proportions of non-stimulated Treg lymphocytes producing IL-17A of all participants (patients with CF and healthy individuals). This suggests that Treg lymphocytes of healthy individuals and CF patients do not respond in the same manner to stimulation by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and phytohemagglutinin (PHA). Also, the duration of incubation affected the proportions of Th17 cells producing IL-17A but did not affect the proportion of Treg producing this cytokine. Therefore, these two types of lymphocytes are differently affected in the same culture media. Also, only the proportion of calories from carbohydrates affected modestly glucose fluctuations and the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A were not associated to lung functions in CF patients. To conclude, patients with CF had increased hyperglycemia and glucose flucutations when compared to healthy individuals but this glucose variability did not affect the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A ex vivo. Future studies are needed to explore the role of IL-17A in the lungs of patients with CFRD and a prospective study would be important in order to determine if an increase in IL-17A in patients without CFRD is associated to an accelerated decrease in lung functions before the onset of this complication.

La prévalence du Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) a augmenté de façon dramatique dans les dernières années chez les patients atteints de fibrose kystique. Quoique le rôle du SARM dans la pathogénèse de l’atteinte respiratoire de la fibrose kystique ne soit pas clairement déterminé, certaines études récentes ont suggéré une association entre la persistance du SARM et le déclin accéléré de la fonction respiratoire. Cependant, l’importance clinique des diverses souches qui colonisent les patients atteints de fibrose kystique n’a pas encore été élucidée. Les objectifs de ce mémoire étaient de déterminer les effets d’une colonisation persistante par un SARM sur le statut clinique et respiratoire des enfants atteints de fibrose kystique. Également, nous tenions à étudier les caractéristiques des différentes souches de SARM dans cette population. Nous avons réalisé une étude rétrospective en analysant les données cliniques ainsi que les mesures de la fonction respiratoire chez les enfants atteints de fibrose kystique suivis à la Clinique de fibrose kystique du CHU Sainte-Justine entre 1996 et 2008 et ayant une colonisation persistante par un SARM. Afin de déterminer les souches qui colonisent cette population, nous avons effectué une caractérisation moléculaire des isolats du SARM. Nous avons identifié 22 patients avec une colonisation persistante par un SARM. Les résultats n’ont démontré aucun changement significatif en ce qui concernait le taux de déclin de la fonction respiratoire avant ou après l’acquisition du SARM. Cependant, la colonisation persistante par un SARM était associée à une augmentation du nombre d’hospitalisations pour une exacerbation pulmonaire. La plupart de nos patients étaient colonisés par le CMRSA-2, une souche épidémique au Canada. La présente étude suggère que la souche épidémique CMRSA-2 pouvait affecter l’évolution clinique des enfants atteints de fibrose kystique. / Over the last several years, the prevalence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has increased dramatically among cystic fibrosis (CF) patients. Although the exact role of MRSA in the pathogenesis of lung disease has not been clearly established, some studies suggest an association between persistent infection with MRSA and a more rapid rate of decline in lung function. It is uncertain whether all MRSA strains that infect CF patients are clinically important. The objectives of this thesis is to determine the effects of persistent MRSA on the clinical status and the lung function in children followed at the CF clinic at CHU Sainte-Justine and to characterize the MRSA strains in this population. We reviewed lung function measurements from subjects with persistent MRSA followed at our clinic between years 1996 and 2008. The first isolate from each patient was further characterized by molecular analysis. The results of the present study showed no significant difference for the rate of decline in lung function prior to and after MRSA colonization. However MRSA colonization was associated with an increased number of severe respiratory exacerbations requiring hospitalization. CMRSA-2, an epidemic clone in Canada, was found in the majority of our patients. This study suggests that persistent colonization with CMRSA-2 may affect the clinical outcome of children with cystic fibrosis.

Mémoire en recherche-création. Master in research-creation / Vers l’âge de 7 ans, les patients atteints de fibrose kystique (FK) sont amenés à suivre une thérapie par pression expiratoire positive (PEP). Celle-ci consiste à réaliser une série d’exercices respiratoires répétitifs et méthodiques. Cependant, ces exercices peuvent être ennuyeux et démotivants pour des jeunes enfants et entrainent un taux d’adhésion quotidien de moins de 50%. Ce faible résultat affecte grandement la qualité et l’espérance de vie à long terme des patients, en plus d’avoir un impact social et familial considérable. Ces derniers utilisent les aspects ludiques et interactifs des jeux vidéo pour motiver et susciter l’engagement des sujets envers l’activité et son contenu. Ils ont déjà faits leurs preuves dans le domaine de la santé et de l’éducation en favorisant l’apprentissage ou la réhabilitation par exemple. Ce projet de recherche-création cherche à valider la possibilité d’utiliser des jeux spécialement conçus pour la thérapie PEP ainsi que l’intérêt des jeunes atteints de FK à les utiliser dans le cadre de leurs exercices thérapeutiques. L’objectif est de favoriser l’adhésion des jeunes envers cette thérapie et faciliter l’apprentissage et l’application des techniques associées. Cette approche ludique vise ultimement à améliorer la qualité de vie des jeunes atteints de FK dans la durée. Grâce à une collaboration entre des étudiants de l’Université de Montréal et des spécialistes en santé de la clinique de FK du CHU Ste-Justine, trois prototypes de jeux et un prototype d’interface électronique, utilisé pour contrôler les jeux et pour être compatibles avec l’appareil PEP le plus utilisé en Amérique du Nord (le PariPEP®), ont été conçus dans le cadre de ce projet. Les prototypes ont été testés sur place, à la clinique FK de l’hôpital pour enfants, dans le cadre d’une étude pilote effectuée auprès de 10 jeunes patients, toutes et tous âgés entre 8 et 10 ans. / At around the age of 7 years old, younger patients diagnosed with cystic fibrosis (CF) are usually prescribed a new therapy using positive expiratory pressure (PEP). For PEP therapy, patients are required to perform a series of repetitive and methodical breathing exercises to improve lung capacity among other health benefits. However, these exercises can be boring and demotivating for young children. As a result, daily adherence rate to PEP therapy is less than 50%. In turn, this affects the quality of life and long-term health of patients as well as directly impacting their families. In the education and health sectors, serious games are already used with children to help them with learning, therapy and even physical rehabilitation. Serious games leverage the fun and interactive aspects of video games to motivate and improve the commitment of the player to learn the targeted material or adhere to a specific health behaviour. This research-creation project seeks to validate the efficacy of using games specially designed to help patients adhere to PEP therapy exercises more regularly. The objective is to encourage them to get involved in their daily exercises and to facilitate the learning and application of the breathing techniques. This playful approach ultimately aims to improve the quality of life of CF children over time. Leveraging a multi and interdisciplinary collaboration between students from University of Montreal and specialists from the CF clinic at CHU Ste-Justine, three games prototypes and an electronic device prototype, used to control the games, were developed for the most popular PEP device in North America (PariPEP®). The games and electronic device prototypes were tested at the CF clinic, within the hospital for children, as part of a pilot study with 10 young patients, aged from 8 to 10 years old.

L’espérance de vie des personnes atteintes de la fibrose kystique (FK) ne cesse d’augmenter. Cette dernière, dépassant maintenant les 50 ans au Canada, est associée à l’émergence de nouvelles complications secondaires de la maladie; la plus importante étant le diabète associé à la FK (DAFK). Près de 50% des patients adultes en sont atteints. Le DAFK a été associé à une diminution de la fonction pulmonaire, à une perte de poids et à une morbidité accrue. La maladie pulmonaire terminale est la première cause de mortalité en FK, alors que la perte de poids est associée à une diminution de la fonction pulmonaire. Ainsi, le DAFK augmente le risque de mortalité précoce. Il est avant tout causé par une diminution de la sécrétion d’insuline secondaire aux pancréatites chroniques. Toutefois, une sécrétion d’insuline minimale est maintenue, permettant généralement à la glycémie à jeun de demeurer normale longtemps. La présence ou non de résistance à l’insuline est controversée. Notre groupe de recherche a émis l’hypothèse que, dans un contexte de sécrétion d’insuline réduite, une variation dans la résistance à l’insuline (secondaire aux infections pulmonaires, à l’inflammation, à la médication, à une diète riche en gras, etc.) peut entrainer une dégradation de la tolérance au glucose. Un test de dépistage annuel est recommandé dès l’âge de 10 ans. L’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO) nécessite que le patient soit à jeun, ait un accès veineux et que le test soit d’une durée de deux heures. Ce test est largement critiqué dans la littérature scientifique, puisque les seuils diagnostiques sont basés sur le risque de complications micro-vasculaires (seuils du diabète de type 2) et non sur les complications pulmonaires de la FK. Notre groupe de recherche vise donc à étudier les tests de dépistage alternatifs du DAFK. La glycémie à une heure du test d’HGPO est actuellement à l’étude en FK, puisqu’elle serait associée au déclin clinique propre à la FK. Notre groupe de recherche a émis l’hypothèse que la glycémie à 1-h de l’HGPO peut prédire l’évolution du poids et de la fonction pulmonaire sur plusieurs années. Les travaux de cette thèse se divisent en deux volets. Dans un premier temps, nous souhaitions étudier l’impact de la résistance à l’insuline sur l’évolution de la tolérance au glucose sur deux ans et l’impact des niveaux de la glycémie et de l’insuline à 1-h de l’HGPO sur les paramètres cliniques de la FK sur 4 ans. Dans un deuxième temps, une revue de la littérature sur les méthodes de dépistages actuelles et alternatives du DAFK a été réalisée. Des études de validation de certains biomarqueurs du diabète ont également été réalisées dans notre cohorte de patients atteints de la FK (plus de 300 patients). Deux cohortes de patients atteints de la FK sont à l’étude. D’abord, la Montreal Cysctic Fibrosis Cohort (MCFC) regroupe les patients adultes suivis au Centre Hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). Établie en 2004, cette cohorte observationnelle regroupe plus de 300 patients qui font une visite d’HGPO chaque 12 à 24 mois. Ensuite, les données des patients de la cohorte MCFC ont été regroupées à celles d’une cohorte similaire établie à Lyon en France (150 patients). La nouvelle cohorte nommée GLYCONE vise à étudier l’impact des niveaux de la glycémie et de l’insuline à 1-h de l’HGPO sur l’évolution clinique (suivi prospectif de 4 ans). Les principales conclusions de cette thèse sont : 1. La résistance à l’insuline est impliquée dans le changement de tolérance au glucose sur 2 ans chez nos patients adultes; 2. Les patients de notre cohorte montréalaise ont une meilleure fonction pulmonaire et un poids plus élevé que les patients de la cohorte française. Toutefois, l’incidence de diabète et de pré-diabète est plus élevée dans la population canadienne; 3. La cohorte internationale GLYCONE montre que les niveaux de la glycémie à 1-h et à 2-h de l’HGPO n’influencent pas l’évolution clinique du poids et de la fonction pulmonaire sur 4 ans, suggérant que des mécanismes survenant plus tôt dans la vie permettent l’apparition des différences cliniques en fonction de la glycémie; 4. Une revue de la littérature scientifique montre que l’HGPO de 2-h doit demeurer le test standard de dépistage du DAFK, puisque les autres méthodes alternatives à l’étude n’ont pas démontré leur efficacité et; 5. Les biomarqueurs de dépistage alternatifs du DAFK tels que l’hémoglobine glyquée, la glycémie à jeun et les marqueurs de sensibilité à l’insuline ne permettent pas de cibler les patients diabétiques dans notre cohorte montréalaise. Toutefois, l’utilisation de ces marqueurs pourrait permettre de réduire le nombre de tests d’HGPO requis annuellement. / The life expectancy of people living with cystic fibrosis (CF) is increasing and is now over 50 years old in Canada. Higher life expectancy is associated with the emergence of new secondary complications of the disease; the most important being CF-related diabetes (CFRD). Almost half of adults with CF have CFRD. It has been associated with lung function decrease, weight loss and increased morbidity. End-stage lung disease is the leading cause of death in CF, while weight loss is associated with decreased lung function. Thus, CFRD increases the risk of early mortality. It is primarily caused by a decrease in insulin secretion secondary to chronic pancreatitis. However, minimal insulin secretion is maintained, usually allowing fasting blood glucose to remain normal for a long time. Whether or not there is insulin resistance is controversial. Our research group hypothesized that in a context of low insulin secretion, a change in insulin resistance (secondary to pulmonary infection, medication, a high fat diet, etc.) can lead to glucose intolerance. An annual screening test, the oral glucose tolerance test (OGTT), is recommended from the age of 10. The OGTT requires fasting, venous access, and lasts for two hours. This test is widely criticized in the scientific literature, since the diagnostic thresholds are based on the risk of microvascular complications (thresholds for type 2 diabetes) and not on pulmonary complications of CF. Our research group therefore aims to study alternative screening tests for CFRD. Glycemia at 1-hour of the OGTT is currently being investigated in CF, as it is believed to be associated with clinical decline specific to CF. Our research group hypothesized that the 1-h OGTT blood glucose can predict changes in weight and lung function over several years. The work of this thesis is divided into two sections. First, we wanted to study the impact of insulin resistance on the evolution of glucose tolerance over two years and the impact of 1-h glycemia and insulin of the OGTT on the CF clinical parameters over 4 years. Secondly, a review of the literature on current and alternative CFRD screening methods was carried out. Validation studies on diabetes biomarkers were also performed in our cohort of CF patients (over 300 patients). Two cohorts of CF patients are being studied. First, the Montreal Cystic Fibrosis Cohort (MCFC) includes patients followed at the Centre Hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). Established in 2004, this observational cohort includes over 300 patients with an OGTT every 12 to 24 months. Then, data from the MCFC were pooled with those of a similar cohort established in Lyon, France (150 patients). The new cohort named GLYCONE aims to study the impact of 1-h glycemia and insulin of the OGTT on the clinical course of CF patients (prospective follow-up of 4 years). The main conclusions of this thesis are: 1. Insulin resistance is implicated in the change in glucose tolerance over 2 years in our adult patients; 2. The patients of the MCFC have better lung function and a higher weight than the French patients. However, the incidence of diabetes and pre-diabetes is higher in the Canadian population; 3. The GLYCONE international cohort shows that 1-hour and 2-hour glucose levels of the OGTT do not influence the clinical course of weight and lung function over 4 years, suggesting that mechanisms occurring earlier in life allow the onset of clinical differences in blood glucose levels; 4. A scientific literature review shows that the 2-h OGTT blood glucose should remain the standard test for CFRD, since other alternatives methods have not been shown to be effective and; 5. Alternative screening biomarkers for CFRD such as glycated hemoglobin, fasting blood glucose and insulin sensitivity index do not allow us to target diabetic patients in our MCFC. However, the use of these markers could reduce the number of required annual OGTT.