Le laser femtoseconde constitue un outil de découpe chirurgicale de grande précision. Son usage est en particulier très fréquent en ophtalmologie dans le cadre de la découpe de cornées transparentes. Cependant la découpe de cornées diffusantes nécessite le développement de nouvelles sources à impulsions courtes optimisées. La région spectrale comprise entre 1,6 μm et 1,7 μm a été identifiée comme optimale pour réduire l'impact de la diffusion tout en minimisant l'absorption des tissus. Dans ce manuscrit de thèse, une source laser d'impulsions courtes à 1,6 μm adaptée à la greffe de cornée est présentée. La combinaison de composants fibrés monomodes et d'une fibre à large aire modale, dans une architecture d'amplification à dérive de fréquence, a permis d'extraire des impulsions de forte énergie tout en conservant une bonne qualité temporelle. Un modèle numérique a également été développé afin d'étudier et d'optimiser l'amplification à haute énergie à 1,6 μm dans les fibres dopées à l'erbium en régime femtoseconde. Les premiers tests de découpe sur cornées humaines ont confirmé le potentiel de la source développée. Comparativement aux sources traditionnelles, les études menées montrent en effet une nette augmentation de la profondeur de découpe.

Thesis--København Tandlægehøjskole. / Summary in Danish. Bibliography: p. 179-194.

Thesis--København Tandlægehøjskole. / Summary in Danish. Bibliography: p. 179-194.

Thèse (M.A.)--Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 165-171. Publié aussi en version électronique.

Ce travail explore l’impact des microparticules (MPs) sur la réponse vasculaire dans les conditions d’ischémie reperfusion (IR) associées à la dysfonction du greffon. Il décrit les effets pro-sénescents paracrines de MPs d’origine endothéliales (EMPs) et leucocytaires (LMPs) dans un modèle de communication intercellulaire et sur l’îlot pancréatique de rat, qui constitue une entité fonctionnelle multicellulaire. Nos résultats indiquent que les LMPs induisent une sénescence endothéliale prématurée associée à une dysfonction endothéliale, identifiée dans les cellules et les anneaux d’artères coronaires. De plus, cette dysfonction est caractérisée par une signalisation redox sensible pro-inflammatoire et un phénotype thrombogénique avec la libération secondaire d’EMPs pro-coagulantes. La deuxième étude indique que les EMPs pro-sénescentes provoquent une sénescence prématurée des îlots pancréatiques et altèrent leur fonctionnalité sans affecter leur viabilité. De ce fait, les MPs sont des cibles thérapeutiques intéressantes pour limiter l’IR et la dysfonction du greffon, notamment en greffe d’îlots pancréatiques. / This work explores the impact of microparticles (MPs) on vascular response under conditions of ischemia reperfusion (IR) associated with graft dysfunction. It describes the pro-senescent paracrine effects of endothelial- (EMPs) and leukocyte-derived MPs (LMPs) in a cellular cross-talk model and in rat pancreatic islets, which are multicellular functional units. Our results indicate that LMPs induce premature endothelial senescence associated with endothelial dysfunction, identified in coronary artery rings and endothelial cells. In addition, such endothelial dysfunction is characterized by a pro-inflammatory redox-sensitive signaling and a thrombogenic phenotype typified by a secondary release of pro-coagulant EMPs. The second study indicates that pro-senescent EMPs cause the premature senescence of islets and impair their functionality without affecting their viability. As a result, MPs are promising therapeutic targets for limiting IR and graft dysfunction, particularly in pancreatic islets transplantation.

Le tissu osseux a la capacité de se régénérer suite à une fracture. Cependant, des consolidations incomplètes concernent aujourd’hui environ un million de personnes par an. L’approche d’ingénierie tissulaire associant des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) à des biomatériaux émerge comme une stratégie prometteuse pour réparer ces défauts. Par ailleurs, l’efficacité de la régénération osseuse semble varier en fonction du donneur mais aussi du support associé. L’objectif de mon travail de thèse a été de comprendre les mécanismes à l’origine de ces variabilités. Pour cela, nous nous sommes intéressés à deux mécanismes : (i) l’impact des biomatériaux sur le devenir et les fonctions des CSM et (ii) l’impact de l’hétérogénéité inter-donneur des CSM sur les mécanismes moléculaires in vitro et in vivo, à l’origine des différences du potentiel ostéoformateur de ces cellules.Dans un premier temps, deux types de biomatériaux largement utilisés en clinique ont été comparés dans un modèle murin de greffe ectopique : une céramique biphasique d’hydroxyapatite/béta-tricalcium-phosphate (HA/bTCP) et une matrice osseuse humaine gamma-irradiée (Tutoplast® process Bone [TPB]). Nos résultats ont montré une meilleure formation osseuse lorsque les CSM sont combinées au TPB par rapport au HA/bTCP. Ceci est associé à une meilleure adhésion des CSM in vitro et in vivo ainsi qu’à une différentiation ostéoblastique supérieure sur le TPB. La contribution directe des CSM à former l’os est associée à un effet paracrine sur la chémoattraction et/ou la différentiation ostéogénique des cellules de l’hôte. Cet effet est indépendant des chimiokines PDGF et SDF-1 mais semble être régulé par la voie d’IGF-1. Un autre effet paracrine des CSM est observé sur l’activité ostéoclastique, qui est plus importante sur la céramique HA/bTCP et qui semble être régulée par le facteur RANKL. L’augmentation de l’activité ostéoclastique pourrait être à l’origine d’un déséquilibre de la balance résorption/formation osseuse sur le HA/bTCP.Ainsi, nos résultats montrent que le support impacte la persistance des CSM au niveau du site de la greffe ainsi que leur rôles directs et paracrines, l’ensemble étant à l’origine d’une variabilité de la formation osseuse.Cette formation osseuse a été observée avec seulement 70% des donneurs de CSM. Nous avons donc décidé dans la deuxième partie de ce projet d’évaluer les différences entre ces deux groupes de donneurs. In vitro aucune différence de prolifération, de différentiation ou de phénotypie des CSM n’a été observée. De plus, les analyses transcriptomique et sécrétomique réalisées in vitro n’ont montré aucune variabilité entre les deux groupes. In vivo, la persistance des CSM sur le site de la greffe est donneur dépendante et n’est pas liée à un défaut de vascularisation ou à une mort cellulaire par apoptose augmentée. Par ailleurs, nos résultats soutiennent l’existence d’une corrélation entre la formation osseuse et la capacité des CSM greffées à adhérer au support, survivre ainsi qu’à participer à la formation osseuse via une action directe et un effet paracrine.En conclusion, ce travail montre que l’efficacité de la formation osseuse dépend du devenir et des fonctions des CSM greffées. L’origine (donneur) ainsi que le microenvironnement (support associé) impactent l’adhésion, la survie et les mécanismes d’action de ces cellules au cours de la régénération osseuse. De plus, nous avons constaté que le potentiel ostéogénique des CSM est dû à leur participation directe à former l’os qui est synergique à un effet paracrine de chémoattraction et/ou de différentiation ostéogénique des cellules de l’hôte. / Despite bone capacity to regenerate after injury, incomplete consolidation concerns 1 million persons per year. Bone tissue engineering involving human bone marrow mesenchymal stromal cells (hBMSCs) loaded on biomaterials emerges as a new strategy to repair large bone defects. Nevertheless, efficacy of bone regeneration seems variable depending on the donor as well as on the associated scaffold. The aim of my PhD work was to understand mechanisms responsible for these variabilities. To this end, we focused on two objectives: (i) the impact of biomaterials on hBMSCs behavior and (ii) the impact of hBMSCs heterogeneities on molecular mechanisms in vitro and in vivo, resulting in variable bone-forming potential of these cells.First, two scaffolds widely used clinically were compared in an ectopic mouse model: the synthetic hydroxyapatite/beta-tricalcium-phosphate bioceramic (HA/βTCP) and the gamma-irradiated-processed human bone allograft (Tutoplast® Process Bone [TPB]). Our results showed that bone formation is higher when hBMSCs are loaded on TPB compared to HA/bTCP. This was correlated to a better hBMSCs adhesion in vitro as well as in vivo and to their higher osteoblastic differentiation on TPB. The direct participation of hBMSCs to form bone was associated to a paracrine effect of hBMSCs by inducing host cell chemoattraction and/or osteogenic differentiation, mediated probably by the IGF-1 pathway but independently from PDGF or SDF-1. Another paracrine effect was also observed on osteoclastic activity which was more important on HA/bTCP and could be RANKL dependent. This may impact the bone resorption/formation balance. Taken together, our results show that the associated scaffold impact MSCs persistence on the graft site, as well as their direct and paracrine effects leading to a variability in new bone amount.As bone formation was observed with only 70% of our donors, we then evaluated differences between the two groups. In vitro, no differences in cell proliferation, differentiation or phenotype were detected. Furthermore, transcriptomic and secretomic analysis in vitro did not identify any variability. The assessment of cell behavior in vivo showed that persistence of grafted cells was donor dependent and was not linked to a vascularization failure or a higher apoptosis. However, our results highlighted a correlation between bone formation and the ability of hBMSCs to attach and survive on the biomaterial as well as to contribute to bone formation by direct and paracrine effects.In conclusion, this work show that the efficacy of bone formation depend on the behavior of grafted hBMSCs. The origin (donor) and the microenvironment (associated scaffold) will impact their adhesion, survival and mechanisms of action during bone regeneration. Moreover, we identified that the osteogenic potential of hBMSCs act through a direct contribution that is synergic to a paracrine effect for host cell chemoattraction and differentiation.

La greffe de cellules souches hématopoïétiques est parfois le seul traitement curatif dans certaines pathologies pédiatriques telles que les leucémies, les sarcomes, les dédicits immunitaires ou les thalassémies. Le busulfan, un alkylant myéloablatif, fait partie de nombreux protocoles de conditionnement de greffe. C'est un médicament à marge thérapeutique étroite doté d'une forte variabilité pharmacocinétique, qui fait souvent l'objet d'un suivi thérapeutique pharmacologique afin d'optimiser la prise de greffe et d'éviter les risques de maladie veino-occlusive, principale toxicité du busulfan et responsable d'une morbidité et d'une mortalité importante. L'aire sous la courbe, dont il existe un intervalle cible recommandé, est aujourd'hui le paramètre pharmacocinétique utlisé pour effectuer le suivi thérapeutique du busulfan et l'adaptation posologique pendant le conditionnement.L'objectif de notre travail est d'étudier les relations entre la pharmacocinétique du busulfan et ses effets thérapeutiques et toxiques, en particulier la maladie veino-occlusive, et de développer des méthodes d'adaptation posologique pour optimiser l'usage de ce médicament chez l'enfant. Nos travaux ont conduit à plusieurs innovations méthodologiques, avec le développement et la validation d'un modèle pharmacocinétique de population non-paramétrique pour l'adaptation Bayésienne des posologies de busulfan en pédiatrie, et le développement d'une nouvelle méthode de détermination de la dose initiale maximisant la probabilité d'atteindre un intervalle cible d'exposition. Sur le plan clinique, nous avons pu mettre en évidence l'absence de bénéfice clinique de l'utilisation d'un intervalle cible d'exposition plus restreint que celui recommandé. Par ailleurs, nous avons identifié que la survenue de la MVO était liée à la concentration maximale de busulfan, et non à l'aire sous la courbe des concentrations en fonction du temps.L'ensemble de ces résultats est une contribution à l'amélioration de l'utilisation et du suivi thérapeutique pharmacologique du busulfan en onco-hématologie pédiatrique / Hematopoietic stem cell transplantation remains the only curative treatment in many pediatric diseases as leukemia, sarcoma, immunodeficiencies or thalassemia. Busulfan, a myeloablative alkylant, is the cornerstone of pre-transplant conditioning. It has a narrow therapeutic index and a large pharmacokinetic variability. For these reasons, therapeutic drug monitoring is required in order to optimize engraftment and avoid veno-occlusive disease, the main toxicity of busulfan which is responsible of significant morbidity and mortality. Today, the area under the curve, of which there is a target range recommended, is the pharmacokinetic parameter used to carry out therapeutic drug monitoring and dose adjustment during conditioning. Our objective is to investigate relationships between busulfan PK and clinical outcomes, especially veno-occlusive disease, and to develop methods of dose adjustment in order to optimize the use of this medication in children.Our work leaded to several methodological innovations, with the development and the validation of a non-parametric pharmacokinetic model for Bayesian dose adjustment of busulfan in pediatrics, and the development of a new method for the first dose determination maximizing the probability of achieving an exposure target range. From a clinical point a view, we highlighted the lack of clinical benefit in using an exposure target range narrower than those recommended. Furthermore, we identified that veno-occlusive incidence was correlated to the maximal concentration of busulfan, contrary to the area under the concentration-time curve.All of these results contribute to improving use and therapeutic monitoring of busulfan in pediatric onco-hematology

This work discusses the role of CT in the etection and quantification of chronic allograft rejection in patients after lung transplantation and provides solutions to the technical challenges involved with this approach. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les thérapies géniques et cellulaires ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement de pathologies très diverses. Cependant, l’adressage à un organe cible, le contrôle non invasif de l’expression d’un transgène et le suivi par imagerie constituent encore des défis majeurs pour le développement de ces approches thérapeutiques. L’utilisation d’un vecteur cellulaire modifié génétiquement pour exprimer un transgène spécifique semble une solution prometteuse mais il convient aussi de restreindre l’expression du transgène à la région cible et de contrôler l’expression génique dans le temps. Pour le contrôle spatio temporel de l’expression, nous proposons une approche in vivo originale qui consiste à placer le gène thérapeutique sous le contrôle d’un promoteur thermo-inductible et à contrôler l’expression par une hyperthermie localisée induite à l’aide d’Ultrasons Focalisés guidés par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) de température (MRgHIFU).La stratégie expérimentale consiste à générer une souris chimère par greffe de moelle osseuse. La souris donneuse est une souris transgénique qui exprime le gène rapporteur bioluminescent de la luciférase Firefly (lucF) et le gène rapporteur fluorescent de la protéine mPlum sous le contrôle du promoteur thermosensible Hsp70a1b. La souris receveuse est une souris congénique prétraitée au Busilvex® pour créer une aplasie médullaire. Deux mois après, le pourcentage de greffe est déterminé par cytométrie de flux puis une tumeur sous-cutanée est induite sur la patte arrière gauche des souris par injection sous-cutanée de cellules tumorales (Carcinoma Mouse Tumor: CMT-93). Pendant la période de croissance tumorale (1 mois) les processus physiologiques conduisent au recrutement des cellules sanguines circulantes dans la zone péri-tumorale sans expression des transgènes. L’activation du promoteur Hsp70 est alors réalisée en créant une hyperthermie locale par MRgHIFU. L’IRM permet d’obtenir des cartes thermiques utilisées pour asservir un générateur d’ultrasons et pour contrôler le chauffage (45°C, 8 min, +/- 1°C). L’expression de la lucF est détectée in vivo 6 H après chauffage par imagerie de bioluminescence (BLI) alors que l’expression de la protéine mPlum est révélée 30 H après chauffage par imagerie de fluorescence par réflectance (FRI). A la suite de l’imagerie, les souris sont sacrifiées et une analyse histologique de la tumeur et des tissus périphériques est réalisée grâce à l’expression de la protéine mPlum. Les gènes rapporteurs lucF et mPlum sont exprimés après thermo-induction principalement par les macrophages de la souris chimère et l’expression intervient, comme attendu, dans les zones péri-tumorales chauffées. Parfois, l’expression des gènes rapporteurs est détectée dans des zones non ciblées et résulte de l’expression par les progéniteurs myéloïdes situés au niveau de la moelle osseuse en réponse à l’échauffement des os par les ultrasons.Nous avons ainsi pu démontrer in vivo la faisabilité de l’approche thérapeutique proposée et mis en évidence certaines limites de la procédure expérimentale essentiellement inhérentes à la taille du modèle animal et aux méthodes physiques utilisées pour l’activation in vivo du transgène.Nous proposons également une stratégie in vivo afin d’évaluer les performances de la tomographie moléculaire de fluorescence 3D pour suivre in vivo, le devenir d’une nano-émulsions fluorescentes (LNP) chez des souris porteuses de tumeurs intracrâniennes. / Gene and cell therapies offer new perspectives for the treatment of various pathologies. However, the efficiency of the delivery method to targeted organs, the control of gene expression and imaging gene expression remain major challenges for the development of these therapeutic approaches. The combination of a cell vector and a gene modification of this vector to express a specific transgene seems a promising strategy. But even addressed, it remains very difficult to restrict and control gene expression to the target region in time and space. That is why we investigate an in vivo strategy to deliver transgenes under the transcriptional control of a thermosensitive promoter and induce “on demand” expression by local hyperthermia using Magnetic Resonance guided High-Intensity Focused Ultrasound (MRgHIFU).This strategy consisted of engraftment of transgenic bone marrow cells (BMC) to create a chimera. The donor mouse was a transgenic mouse expressing the firefly luciferase (lucF) and the fluorescent reporter of the mPlum protein under the transcriptional control of the thermosensitve promoter Hsp70a1b. The mouse receiver was a congenic mouse pre-treated with Busilvex® to induce medular aplasia. Engraftment efficiency was measured 2 months later by flux cytometry, after which a tumor was implanted on the left leg of mice by subcutaneous injection carcinoma mouse tumor-93 cells. During tumor growth (1 month) circulating blood cells accumulated in and around the tumor as part of an inflammatory process without transgene expression. Local activation of the thermosensitive promoter Hsp70 was induced by hyperthermia using MRgHIFU. MRI temperature maps were used to provide feedback to an ultrasound generator and to control heating (45°C, 8 min, +/-1°C). The expression of lucF was detected by in vivo imaging of bioluminescence (BLI) 6 H after heating while mPlum expression was revealed by fluorescence that appeared 30 H post heating. After imaging, mice were sacrified and immunohistochemical analysis on tumors and tissues performed to identify mPlum expressing cells. Local heating of tumors induced expression of transgenes placed under control of the Hspa1b promoter in bone marrow-derived cells. Most of these cells remained in the vicinity of or within the tumor as both luciferase activity 6 H and mPlum fluorescence 30 H post-heating were concentrated at the tumor site. LucF and mPlum expression were caracterized in vivo and in vitro. In some cases, unexpected signal appear in non-heated specific areas corresponding to bone. Histology revealed the presence of mPlum in tumor macrophages and bone marrow myeloid progenitors. Having demonstrated the feasibility of this approach, our results also reveal some limits of these approaches that are inherent to the size of the animal model and the physical methods for in vivo activation of the transgene. We now propose an in vivo strategy to evaluate the performances of 3D fluorescent molecular tomography to follow in vivo the presence of intracerebral tumors in nude mice by using a fluorescent nano-emulsion (LNP).

Contexte : La greffe osseuse alvéolaire est désormais considérée comme une étape clé du traitement chirurgical des fentes labio-palatines. La particularité de cette greffe réside dans sa géométrie particulière car l’os spongieux est alors placé entre deux surfaces corticales. Méthodes : L’objectif de cette recherche est d’abord d’obtenir, à l’aide d’une revue de la littérature, une meilleure compréhension de l’histoire de la greffe, des matériaux utilisés et des facteurs influençant son résultat. Ce travail se porte ensuite sur le développement d’un modèle permettant de simuler les résultats de la greffe en fonction de l’influence de différents paramètres, en particulier l’effet du compactage mécanique sur la greffe osseuse. Les caractéristiques de la greffe sont observées en fonction de la magnitude de la force appliquée (0 à 50 N). L’os spongieux fémoral et iliaque est utilisé. Une analyse par microscanner et des cultures de CFU-F sont effectuées. Résultats : Le micro-scanner permet une caractérisation précise de la structure du greffon en fonction de la force de compaction appliquée 0, 5, 20 et 50N. Le nombre de CFU-F (Colony Forming Units-Fibroblats) révèle que l’application d’une force de compaction a un impact positif sur la prolifération cellulaire. Conclusion : Cette recherche tend à mieux comprendre le remodelage osseux influencé par les forces de compaction dans le cas particulier de la fente alvéolaire, l'objectif ultime étant de guider le chirurgien vers un résultat optimisé. / Background and purpose: Alveolar cleft bone grafting is now widely accepted as one step of cleft surgical treatment. The peculiarity of this graft stands in its particular geometry: bone is placed in between two cortical surfaces. Methods: The objective of this research is first to get, trough literature, a better comprehension of graft history, graft materials and influencing factors of bone graft integration. Then this work aims to develop a model to simulate graft results according to the influence of different parameters, especially the effect of mechanical compaction on bone graft. Graft features are observed relying on magnitude of the applied force (0 to 50N). Cancellous human femoral and iliac bones are used. Micro-CT scanning and CFUs culture are performed. Results: Micro-CT scan gives a precise characterization of the structure of the graft depending of the applied compaction forces 0, 5, 20 and 50N. The number of CFUs (Colony Forming Units) shows a positive impact of compaction force on mesenchymal stem cells proliferation. Conclusion: This research tends to better understand the bone remodeling influenced by compaction forces in the alveolar cleft particular environment, with the ultimate objective to guide the surgical procedure.