L'insuffisance cardiaque (IC) chronique représente la pathologie la plus fréquente nécessitant l'hospitalisation chez les patients de plus de 65 ans. La mortalité à 5 ans est estimée à plus de 50% et les enjeux en terme d’économie et de santé publique sont immenses. Parmi de nombreuses étiologies, les cardiopathies ischémiques sont la cause principale de l’IC. Sur les quinze dernières années, de nombreuses études précliniques et cliniques ont confirmé le potentiel thérapeutique des cellules souches d’améliorer la fonction cardiaque et d’atténuer le remodelage ventriculaire. Néanmoins, beaucoup de questions fondamentales liées à la thérapie régénératrice avec les cellules souches restent à résoudre. Parmi les raisons expliquant l'inefficacité de la thérapie cellulaire figurent l'intégration et la survie compromises des cellules greffées dans un microenvironnement défavorable au sein de tissus infarcis ainsi que la présence d'inflammation, de stress oxydatif, d'hypoxie sévère et de privation des nutriments. Une des approches pour améliorer la thérapie cellulaire serait d’adapter le milieu de culture des cellules in vitro en terme de concentration en oxygène afin qu’il soit plus proche des conditions in vivo. Notre étude a bien montré que le préconditionnement des cellules souches mésenchymateuses (CSMs) à l’hypoxie permettait de promouvoir la croissance cellulaire tout en gardant leur potentiel de différenciation trilignée. De plus, notre étude in vivo montrait que les CSMs cultivées en hypoxie, par rapport à celles cultivées en normoxie, présentaient un meilleur potentiel thérapeutique : amélioration de la viabilité dans la zone infarcie, augmentation de la contractilité intrinsèque et favorisation du processus d’angiogénèse, etc. Force est de constater que la récupération de la fonction cardiaque sous dispositifs d'assistance ventriculaire (bridge to recovery) pose un jalon dans le traitement de l'insuffisance cardiaque. Le phénomène « bridge to recovery » nous a permis d'approfondir la connaissance sur la physiopathologie du remodelage ventriculaire, qui était considéré comme un processus unidirectionnel. Cependant, plusieurs controverse existent sur la stratégie ‘Bridge to Recovery’. Une des questions les plus soulevées est s'il y a une limite à la durée et à l'intensité de la décharge ventriculaire afin d'éviter ses effets secondaires. Pour simuler les décharges mécaniques ventriculaires d'intensités différentes, nous avons mis au point deux modèles de transplantation cardiaque hétérotopique (TCH), cœur seul ou cœur-poumon, mimant respectivement la décharge complète et la décharge partielle. Notre étude montrait que la décharge mécanique résultait d’une atrophie myocardique, d’une réduction du métabolisme glucidique, d’une fibrose cardiaque et d’une altération de fonction cardiaque diastolique. Les effets étaient tous dépendants des intensités de décharge. Notre travail s'insère dans la thématique générale du laboratoire, qui est de développer un programme de recherche sur les approches thérapeutiques innovantes pour traiter l'infarctus du myocarde et l'IC chronique. Dans la première partie de notre projet, nous avons cherché à clarifier les effets de l'injection intramyocardique de CSMs d'origine médullaire dans la zone infarcie sur la perfusion et la fonction cardiaque (étude n°1). Nous avons ensuite étudié l'impact de la culture cellulaire en hypoxie des CSMs dérivées de moelle osseuse sur leurs caractéristiques biologiques et leur potentiel thérapeutique (étude n°2). Enfin, nous avons caractérisé les effets de décharges mécaniques d'intensités différentes sur le remodelage ventriculaire du cœur sain, sur le plan morphologique, fonctionnel et métabolique (étude n°3) / Heart failure (HF) represents one of the most frequent disease requiring hospitalization in the old population (>65 years old). The 5-year survival rates associated with heart failure are less than 50% and it results in a huge cost on social economy and public health. Ischemic heart diseases represent one of the most frequent etiologies of the heart failure. Over the last fifteen years, many preclinical and clinical studies have confirmed the therapeutic potential of stem cells to improve heart function and reduce ventricular remodeling. The failure of cell therapy can be ascribed to some extent to the poor integration and compromised survival of grafted cells in an unfavorable microenvironment in infarcted tissue which is complicated by the presence of inflammation, oxidative stress, hypoxia and severe deprivation of nutriments. Furthermore, bone marrow stem cells are physiologically located in a hypoxic environment. The adaptation of the in vitro culture medium, in terms of oxygen concentration, to the in vivo natural niche as well as the targeted area, might be one of solutions to improve the efficacy of cell therapy. One of our studies has demonstrated that preconditioning of mesenchymal stem cells (MSCs) with hypoxia could promote cell proliferation without altering the differentiation potential. What’s more, our in vivo study showed that hypoxia-preconditioned MSCs, compared with those cultured in normoxia, presented with better therapeutic efficiency, such as improvement of the myocardial viability in the infarcted area, increase of intrinsic contractility and favoring the processes of angiogenesis. The recovery of cardiac function with ventricular assist devices (bridge to recovery) is a milestone in the treatment of heart failure. The phenomenon "bridge to recovery" has enabled us to deepen the knowledge on the physiopathology of ventricular remodeling, which was considered to be a one-way process. However, the strategy of ‘Bridge to Recovery’ causes many controversies. One of the arisen questions is if there exists a limit in terms of the duration and intensity regarding the mechanical unloading in order to minimize its secondary complications. To simulate ventricular mechanical unloading of different intensities, we have developed two models of heterotopic heart transplantation (TCH), namely, heterotopic heart transplantation (HHT) and heterotopic heart-lung transplantation to simulate complete and partial unloading, respectively. Our study revealed that mechanical unloading resulted in myocardial atrophy, cardiac fibrosis and diastolic dysfunction. These secondary effects were dependent on the intensity of unloading. Our work fits into the general theme of the laboratory, which is to develop a research program on innovative therapeutic approaches to treat myocardial infarction and chronic heart failure. In the first part of our study, we sought to clarify the effects of bone marrow-derived MSCs following intramyocardial injection on the perfusion and function of the infarcted myocardium (study 1). We then investigated the impact of long-term hypoxic culture on the biological characteristics and therapeutic potential of MSCs (study 2). Finally, we explored the effects of mechanical unloading of different intensities on the structure, function and metabolism of healthy myocardium (Study 3)

La thérapie cellulaire suscite de grands espoirs dans le domaine cardiovasculaire. Cependant les premières études humaines sont décevantes. Parmi les explications avancées, citons un mauvais choix de cellules, une méthode de délivrance inadéquate, une préparation des cellules et des tissus hôtes insuffisante ou une trop grande mortalité cellulaire après injection.Durant ce travail nous avons voulu explorer 3 pistes d’optimisation de la thérapie cellulaire à visée pro-angiogénique utilisant les cellules souches mésenchymateuses (MSC) et contribué à l’exploration des mécanismes mis en jeu, en particulier en explorant le rôle du système Wnt/Frizzled.Nous avons tout d’abord étudié un système original de délivrance de cellules utilisant un « patch » musculaire cousu en regard d’un myocarde infarci de souris. Puis nous avons étudié l’effet d’une surexpression de sFRP1, inhibiteur de la voie Wnt, sur un modèle de matrice sous cutanée. Enfin, nous avons testé l’hypothèse qu’un préconditionnement hypoxique des cellules permettrait une meilleure survie cellulaire et améliorerait la réparation vasculaire et tissulaire après ischémie de patte chez la souris.Nos résultats permettent notamment de montrer que les MSC ont des capacités d’invasion des tissus ischémiques et qu’elles se différencient en péricytes en formant un réseau tridimensionnel de soutien aux cellules endothéliales. Par ailleurs, via sFRP1, nous mettons en évidence un rôle du système Wnt/Fzd dans l’effet pro-angiogénique. Enfin, nous montrons l’intérêt du préconditionnement hypoxique dont les effets sont médiés par Wnt4.L’ensemble de ces données permet d’envisager des voies d’optimisation de la thérapie cellulaire. / Some of the challenges facing stem-cell therapy for cardiac disease are which type of stem cell or progenitor cell is the best candidate for therapy, how to survive in the low oxygen environment of ischemic myocardium. Here we studied the potential of mesenchymal stem cells (MSCs) as vascular progenitor cells in vitro and in vivo, and we studied the effects of sFRP-1/Wnt signaling modulation or hypoxia on MSC properties. First, we demonstrated the beneficial effect of MSC application on ischemic heart repair using an original surgical model (patch) to deliver stem cells. This study showed that the contribution of the MSCs in the mouse infarcted myocardium was beneficial either on the scar (increase in angiogenesis, in cell proliferation, reduction in ventricular remodeling) or on the trophicity of the patch.Then we characterized the angiogenic properties of MSC in vitro and in vivo. Our data demonstrate that MSCs could be recruited and formed vascular structures around endothelial tubes. We showed in vivo that the surexpression of sFRP-1 (regulating factor of the Wnt system) in MSCs increased their potential of pericyte-like cells correlated with an increased maturation of the vessels via an intracellular GSK-3 dependent pathway in MSCs. Our next objective was to investigate the effects of hypoxia exposure on MSC before implantation for vascular and tissue regeneration in mice with hind limb ischemia. Our data suggest that hypoxic preconditioning has a critical role on MSC dynamic functions, shifting MSC location in situ to enhance ischemic tissue recovery, facilitating vascular cell mobilization and skeletal myoblast regeneration via a paracrine Wnt dependent mechanism.

Le constat des inégalités sociales de santé est aujourd'hui solidement établi dans la majorité des pays industrialisés. Parmi les facteurs susceptibles d'expliquer une partie de ces inégalités ont été avancées les expositions environnementales, notamment celles à la pollution atmosphérique. En effet, les populations socio-économiquement défavorisées peuvent être à la fois plus exposées à la pollution atmosphérique et plus sensibles aux effets sanitaires en résultant. L'objectif de cette thèse était d'explorer la contribution de la pollution atmosphérique aux inégalités sociales de santé, en avançant dans la compréhension des mécanismes en jeu. Dans ce contexte, nous avons choisi de nous intéresser à l'association à court terme entre la pollution atmosphérique et la survenue de l'infarctus du myocarde et d'investiguer cette relation par une approche écologique.<br />Cette étude a été conduite dans la Communauté Urbaine de Strasbourg (CUS, Bas-Rhin) à l'échelle du quartier de résidence (IRIS). Les infarctus du myocarde survenus parmi la population âgée de 35 à 74 ans entre le 1er janvier 2000 et le 31 décembre 2003 (n = 1193) ont été recueillis auprès du registre bas-rhinois des cardiopathies ischémiques. Les concentrations horaires de pollution atmosphérique (NO2, PM10, O3 et CO) ont été modélisées par IRIS à l'aide du modèle ADMS Urban. Le niveau socio-économique des IRIS a été estimé à l'aide d'un indice de défaveur construit par analyse en composantes principales à partir des données du recensement.<br />Nous avons tout d'abord cherché à évaluer le degré d'injustice environnementale qui prévalait sur notre zone d'étude afin de vérifier l'hypothèse d'un différentiel d'exposition à la pollution atmosphérique selon le niveau socio-économique des IRIS. Notre analyse de régression spatiale a démontré l'existence d'inégalités socio-économiques dans l'exposition à la pollution atmosphérique ; les quartiers de défaveur moyenne, localisés aux abords des principales infrastructures routières entourant le centre urbain, étaient les plus exposés à la pollution liée au trafic.<br />Nous nous sommes ensuite intéressés à examiner l'association entre le niveau socio-économique des IRIS et la survenue de l'infarctus du myocarde afin de vérifier l'hypothèse d'inégalités sociales de santé sur notre zone d'étude. Notre analyse bayésienne a montré l'existence de forts gradients socio-économiques du risque d'infarctus du myocarde chez les hommes et les femmes et mis en exergue une vulnérabilité particulière des femmes vivant dans les quartiers les plus défavorisés.<br />Nous avons finalement exploré la contribution de la pollution atmosphérique aux inégalités sociales de santé en examinant si le niveau socio-économique des IRIS modifiait les effets de la pollution atmosphérique sur le risque d'infarctus du myocarde. Notre analyse cas-croisés a révélé un effet plus élevé de la pollution particulaire chez les individus vivant dans les quartiers défavorisés, en particulier les femmes âgées de 55 à 74 ans. Ces résultats, au vu de ceux précédemment rapportés, semblent s'expliquer davantage par un différentiel de sensibilité que par un différentiel d'exposition. La recherche des mécanismes responsables de cette sensibilité exacerbée nécessite d'être poursuivie dans de futurs travaux afin que des actions de santé publique efficaces puissent être mises en œuvre pour protéger ces populations vulnérables.

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

L'un des problèmes fondamentaux de l'imagerie cardiaque par résonance magnétique du tenseur de diffusion (IRM-TD) est sa faible résolution spatiale, à cause des limitations matérielles des scanners IRM actuels. L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer de nouvelles approches pour améliorer la résolution des données d'IRM-TD afin de mieux représenter l'architecture myocardique du coeur humain et de la comparer avec des résultats issus d'autres techniques d'investigation telles que l'imagerie par lumière polarisée. Dans ce cadre, le travail porte sur trois parties principales. La première concerne le développement d'une nouvelle approche pour l'interpolation des champs de vecteurs propres principaux issus de l'IRM-TD cardiaque humaine. Cette approche consiste d'abord à supprimer les vecteurs corrompus par le bruit au lieu de débruiter de manière uniforme le champ entier de vecteurs, et ensuite à interpoler le champ de vecteurs en utilisant la modèle Thin-Plate-Spline (TPS) afin d'exploiter la corrélation entre les composantes du vecteur. La deuxième partie concerne une nouvelle famille de méthodes d'interpolation pour les champs de tenseurs, basée soit sur les angles d'Euler soit sur le quaternion. Ces méthodes exploitent les caractéristiques du tenseur et préservent les paramètres de tenseurs, tels que le déterminant du tenseur, l'anisotropie fractionnelle (FA) et la diffusivité moyenne (MD). En outre, cette partie compare les principales approches d'interpolation au niveau des images pondérées en diffusion et des champs de tenseurs, et les résultats montrent qu'il serait préférable d'effectuer l'interpolation des données d'IRM-TD au niveau des champs de tenseurs. La troisième partie étudie le changement des paramètres MD et FA après un infarctus du myocarde chez les cochons, et l'influence des méthodes d'interpolation sur ces paramètres dans la zone infarctus et la zone distante. Les résultats montrent que la zone infarctus présente une diminution significative de FA et une augmentation significative de MD, comparée avec la zone distante, et que les méthodes d'interpolations du tenseur ont plus d'influence sur FA que sur MD, ce qui suggère que l'interprétation de ces paramètres cliniques après l'interpolation doive être prise avec précaution.

RÉSUMÉ GÉNÉRAL Suite à un infarctus du myocarde, la formation d’une cicatrice, nommée fibrose de réparation, représente un processus adaptatif et essentiel empêchant la rupture du myocarde. La cicatrice est constituée de myofibroblastes, de cellules vasculaires, de fibres sympathiques ainsi que de cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine. Une perturbation au niveau de ces constituants cellulaires résulte en une formation maladaptative de la cicatrice et éventuellement, une diminution de la fonction cardiaque. La compréhension des événements cellulaires ainsi que les mécanismes sous-jacents participant à cette fibrose est alors d’une importance primordiale. Cette thèse est axée sur l’identification du rôle du système sympathique et des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine dans la formation de la cicatrice ainsi que leur interaction potentielle. Nos travaux examinent l’hypothèse que les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont endogènes au cœur et que suite à un dommage ischémique, elles contribuent à la réponse angiogénique et à la réinnervation sympathique du tissu lésé. Les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont retrouvées dans les cœurs de différentes espèces incluant le cœur infarci humain. Elles sont résidentes dans le cœur, proviennent de la crête neurale lors du développement et sont intercalées entre les cardiomyocytes n’exprimant pas la nestine. Suite à leur isolation de cœurs infarcis de rats, les cellules souches neuronales cardiaques prolifèrent sous forme de neurosphères et, dans des conditions appropriées in vitro, se différencient en neurones exprimant le neurofilament-M. Suite à un infarctus du myocarde, les niveaux de l’ARNm de nestine sont significativement augmentés au niveau de la région infarcie et non-infarcie. Nos résultats suggèrent que cette augmentation de l’expression de nestine dans la cicatrice reflète en partie la migration des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine de la région non-infarcie vers la région infarcie. Lors de la fibrose de réparation, ces cellules représentent un substrat cellulaire pour la formation de nouveaux vaisseaux et contribuent aussi à la croissance des fibres sympathiques dans la région infarcie. Finalement, nous démontrons que la formation de la cicatrice est associée à une innervation sympathique de la région infarcie et péri-infarcie. De plus, les fibres sympathiques présentes dans la région infarcie sont observées à proximité de vaisseaux de petits calibres. Ces données suggèrent indirectement que l’innervation de la cicatrice par les fibres sympathiques peut jouer un rôle dans la réponse angiogénique suite à un infarctus du myocarde. Suite à l’administration du corticostéroïde dexaméthasone, nous détectons un amincissement de la cicatrice, associé à une réduction significative des fibres sympathiques exprimant le neurofilament-M dans la région infarcie et péri-infarcie. La diminution de la densité de ces fibres par le dexaméthasone peut être reliée à une diminution de la prolifération des myofibroblastes et de la production de l’ARNm du facteur neurotrophique nerve growth factor. / GENERAL ABSTRACT Following myocardial infarction, scar formation represents an adaptive response required to heal the damaged myocardium and prevent cardiac rupture. Infarct healing requires the coordinated action of scar myofibroblasts, angiogenic cells, sympathetic fibres and nestin positive cardiac neural stem cells. A perturbation of one or more of the aforementioned events could lead to inadequate scar healing and further worsening of ventricular function. A better understanding of the cellular events and the underlying mechanisms involved in scar formation is of a primordial importance. The focus of the following studies consists of elucidating the role of the sympathetic system and cardiac neural stem cells during scar healing and their potential interaction. We tested the hypothesis that nestin positive neural stem cells are endogenous to the heart, contribute to angiogenesis and sympathetic innervation of the infarcted myocardium following ischemic injury. Nestin positive cardiac neural stem cells are found in a number of species including the infarcted human heart. Nestin positive cardiac neural stem cells represent a resident population in the heart, are derived from the neural crest and detected intercalated between nestin negative cardiac myocytes. Following their isolation from the infarcted rat heart, neural stem cells proliferate as a neurosphere and under appropriate in vitro conditions differentiate to a neurofilament-M immunoreactive neuron. Following myocardial infarction, nestin mRNA levels are significantly elevated in the viable left ventricle and infarct region. Our data further suggests that the increased expression of nestin in the infarct region reflects in part the migration of these neural stem cells from the viable myocardium. During cardiac wound healing, neural stem cells may represent a novel substrate for de novo blood vessel formation and further contribute to sympathetic fibre growth and innervation of the infarct region. Lastly, we demonstrate that scar formation and healing is associated with sympathetic fibre sprouting of the peri-infarct/infarct region. In addition, sympathetic fibres in the infarct region were detected in close proximity to small calibre blood vessels. These latter data indirectly suggest that innervating sympathetic fibres may play a role in angiogenesis during cardiac wound healing. Following the administration of the corticosteroid dexamethasone inadequate scar healing was observed and associated with a significant reduction of neurofilament-M immunoreactive fibres in the peri-infarct/infarct region. The loss of sympathetic fibre sprouting in the scar may be related to a dexamethasone-mediated suppression of myofibroblast growth and the concomitant reduction of nerve growth factor mRNA expression.

Une mort cellulaire par apoptose impliquant un processus inflammatoire est observée dans le système limbique, suite à un infarctus du myocarde. Les oméga-3 et ses métabolites, en plus de leurs propriétés bénéfiques pour le système cardiovasculaire, réduisent l’inflammation, contrairement aux oméga-6 qui sont plus pro-inflammatoires. Comme le métabolisme de ces deux acides gras essentiels impliquent les mêmes enzymes, le ratio alimentaire oméga-3/6 aurait donc des impacts importants sur l'état inflammatoire et ainsi indirectement sur l'apoptose. Conséquemment, cette étude a pour but d'évaluer l'effet de différents ratios oméga-3/6 sur la taille de l’infarctus, l’inflammation et l’apoptose dans le système limbique suite à un infarctus du myocarde. Des rats Sprague-Dawley ont été aléatoirement distribués dans trois groupes contenant des ratios 1:1, 1:5 et 5:1 oméga-3/6. Ils ont été nourris pendant 2 semaines, suivie d’une occlusion de l’artère coronaire gauche descendante pendant 40 minutes et d’une période de reperfusion (15 min et 24 h). De hauts ratios d’oméga-3 (5:1 et 1:1) diminuent significativement la taille de l’infarctus de 32 % et augmentent l’activité d’Akt, impliquée dans la voie cardioprotectrice RISK, comparativement au ratio 1:5. Ils diminuent aussi la concentration plasmatique de TNF-D. Dans le système limbique, l’activité de la caspase-3 est augmentée dans la région CA1, après 15 min, et dans les régions du CA1 et du gyrus dentelé (Gd), après 24 h, avec la diète 1:5 en comparaison aux diètes 1:1 et 5:1. L’activité enzymatique de la caspase-8 est augmentée dans le Gd, alors que dans le CA1, il y a une activité plus importante de la caspase-9 aux temps de reperfusion étudiés. Conclusion: Les diètes élevées en oméga-3/oméga-6 réduisent la taille de l'infarctus, l’inflammation et diminuent l’apoptose dans le système limbique après un infarctus du myocarde. / Apoptosis occurs in the limbic system by a mechanism involving inflammation after a myocardial infarction. Omega-3 are essential fatty acids known for their benefits in cardiovascular health and to reduce inflammation, whereas, omega-6 and their metabolites are more inflammatory. Since these two essential fatty acids are metabolized by the same group of enzymes, the resulting competition would affect the inflammation and thus indirectly the apoptosis. Therefore, the aim of this study is to evaluate the effect of different omega-3/6 ratios on the infarct size, inflammation and apoptosis in the limbic system after myocardial infarction. Male Sprague-Dawley rats were divided randomly between three diet groups containing 1:5, 1:1 and 5:1 omega-3/6 ratios. Rats were fed for two weeks followed by a left anterior descending coronary occlusion for 40 min and by reperfusion time (15 min or 24 h). Infarct size was significantly reduced by 32% and Akt activity, implicated in RISK cardioprotection pathway, enhanced by the 5:1 and 1:1 in comparison to the 1:5 diet ratios. They also reduced TNF-D plasma concentration. In the limbic system, caspase-3 enzymatic activity was doubled in CA1 after 15 min and in CA1 and dentate gyrus (Dg), after 24 h, in the 1:5 compared to 1:1 and 5:1 groups. Caspase-8 enzymatic activity was increased in Dg and capase-9 was enhanced in the CA1 at both reperfusion time in the 1:5 against the 1:1 and 5:1 groups. Conclusion: High omega-3 dietary ratio helps to reduce infarct size, inflammation and to prevent apoptosis in the limbic system.

Plusieurs études ont montré que la perturbation des fonctions du système cardiovasculaire constitue un risque majeur de développement du trouble dépressif chez l'homme. De plus, suite à un infarctus du myocarde, 15-30% de la population développe la dépression majeure dans les 6 à 8 mois suivant cet événement suggérant un lien entre les maladies cardiovasculaires et la dépression. Cette dépression est caractérisée par une série de troubles du sommeil. Approximativement 80% des patients hospitalisés et 70% des malades en consultation externe avec une dépression majeure rapportent des difficultés d’initiation et de maintient du sommeil. Les travaux effectués dans les laboratoires de Roger Godbout et Guy Rousseau ont montré que suite à un infarctus aigu du myocarde chez le rat, on observait de l'anhédonie, de la détresse comportementale et de la mort cellulaire par apoptose dans le système limbique. Cette apoptose suivait un décours spatial et temporel et avait été prévenue par l’administration d’antidépresseurs. De plus, le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) serait un composant majeur dans l’activation de la voie extrinsèque conduisant à la mort cellulaire observée dans le système limbique. Les résultats de cette thèse montrent que les rats ayant subi un infarctus du myocarde (IM) présentaient à la fois des troubles du sommeil, de l'anhédonie et de la détresse comportementale comparables à ceux des autres modèles animaux de dépression. Les symptômes de dépression ont été prévenus par l'administration à la fois d'un antidépresseur (escitalopram) et d'un inhibiteur de la synthèse des cytokines proinflammatoires (pentoxifylline). Les troubles du sommeil et l'apoptose avaient aussi été prévenus par l'admistration respective de l'escitalopram et de la pentoxifylline. De plus, les animaux ayant subi un IM présentaient une diminution du nombre de cellules cholinergiques dans le générateur du sommeil paradoxal expliquant en partie la réduction de la durée du sommeil paradoxal observée dans cette thèse. Les animaux ayant subi un IM montraient une augmentation systémique du TNF-α, l'interleukine-1 (IL-1β), et la prostaglandine E2 (PGE2). Le traitement par l'escitalopram bloquait l'augmentation des niveaux plasmatiques du TNF-α, de l'IL-1β, et de la PGE2 sans affecter celui de la corticostérone et de l'IL-6. Finalement, pour la première fois, nous avons mis évidence qu'un traitement autre qu'un antidépresseur (pentoxifylline) pouvait réduire le comportement dépressif dans la dépression post-infarctus du myocarde lorsqu'il est administré quelques minutes avant la période ischémique. Il apparait donc important d’intervenir rapidement chez les patients à la suite d'un IM et ce dès les premiers jours et avant même l’apparition des premiers signes d’insomnie et de dépression. Une combinaison de traitements pharmacologique et comportemental serait une voie intéressante à considérer dans la prise en charge de ces patients. / Several studies have shown that disruption of the cardiovascular system functions is a major risk of developing depressive disorder in humans. In addition, following a myocardial infarction, 15-30% of the population develops major depression within 6 to 8 months after this event suggesting a link between cardiovascular disease and depression. The depression is characterized by a series of symptoms including sleep disorders. Approximately 80% of hospitalized patients and 70% of patients with major depression reported difficulties initiating and maintaining sleep. Work in the laboratories of Roger Godbout and Guy Rousseau showed that following an acute myocardial infarction, the rats displayed anhedonia, behavioral dispair and cell death by apoptosis in the limbic system. This apoptosis follows a spatial and temporal time course and could be prevented by administration of antidepressants. Moreover, tumor necrosis factor alpha (TNF-α) is a major component in the activation of the extrinsic pathway leading to cell death observed in the limbic system. The results of this thesis show that acute myocardial infarction (MI) is accompanied, within 2 weeks, by paradoxical sleep specific insomnia. Moreover, the myocardial infarcted rats have shown a decrease in the number of cholinergic neurons in the paradoxical sleep generator in the central nervous system. The post MI syndrome is accompanied by increase systemic levels of TNF-α, interleukin-1 (IL-1β), prostaglandin E2 and circulating corticosterone. The SSRI antidepressant escitalopram blocks the post MI behavioural syndrome without affecting sleep while it decreased TNF-α, IL-1β, and PGE2 levels but not corticosterone nor IL-6. Finally, the administration of pentoxifylline, a non selective cytokine synthesis inhibitor before the ischemic period attenuates the post-MI depressive behavior. This is the first evidence that a non-antidepressant may reduce the depressive behavior in a post-MI behavioural syndrome. Therefore, it appears important to intervene quickly in patients following a MI and in the earliest days and even before the first signs of insomnia and depression. A combination of pharmacological and behavioral treatments would be an interesting way in the management of these patients.

Objectif : Étudier le risque d’hémorragies intracrâniennes et d’infarctus du myocarde chez les patients vivant avec le VIH. Méthode : J’ai réalisé deux études de cohorte au sein de la banque de données de la Régie de l’assurance maladie du Québec. J’ai défini la cohorte des patients VIH-positifs, y ai étudié l’incidence d’hémorragies intracrâniennes et d’infarctus du myocarde, et l’ai comparée à une cohorte VIH-négative de même âge et de même sexe. J’ai étudié l’association entre ces évènements et l’exposition aux antirétroviraux au moyen d’études cas-témoin nichées dans la cohorte des patients VIH-positifs. Résultats : Le VIH est associé à un risque plus élevé d’hémorragies intracrâniennes, particulièrement au stade SIDA. Les patients VIH-positif sont également plus à risque de subir un infarctus du myocarde, et certains antirétroviraux sont associés à un risque plus grand. Conclusion : Les banques de données médico-administratives représentent un moyen valable d’étudier les comorbidités non-infectieuses chez les patients atteints du VIH. / Objective: To study the risk of intracranial hemorrhage, acute myocardial infarction and their determinants in HIV-infected patients. Methods: I conducted two matched cohort studies within the database of the Régie de l’assurance maladie du Québec. I identified the cohort of HIV-infected patients and compared the incidence of intracranial hemorrhage and myocardial infarction with that in an age and sex matched cohort of HIV-negative patients. To study the association between these events and exposure to antiretrovirals, I conducted two matched case-control studies nested in the HIV-positive cohort. Results: HIV-infected patients had increased risk of developing intracranial hemorrhage, particularly if they had AIDS. They were also at greater risk of suffering from myocardial infarction. Exposure to some antiretroviral drugs was associated with greater risk of myocardial infarction. Conclusion: Administrative health data can be used to study the non-infectious complications of HIV infection, but validation studies are needed to evaluate data quality.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal