L'efficacité du rtPA dans le traitement de l’ischémie aigue est bien reconnue avec des effets secondaires graves nécessitant l’évaluation d’autres stratégies. Un modèle d’ischémie cérébrale focale a été décrit, réalisé par injection in situ de thrombine. Dans notre première étude, nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique multimodale pour documenter les lésions et les zones de pénombre dans ce modèle. Malgré une occlusion de l’artère reproductible et une hypoperfusion marquée chez tous les sujets, une reperfusion spontanée est constatée dans 38% des cas, rendant l’IRM incontournable dans l’évaluation de ce modèle. La deuxième étude a comparé l'efficacité d’un TAFI inhibiteur seul ou en combinaison avec le rtPA à faible dose. Nous avons montré que la combinaison du TAFI inhibiteur avec le rtPA à faible dose n'est pas aussi efficace que la dose standard de rtPA, avec une tendance positive, tandis que le TAFI inhibiteur seul n'est pas efficace du tout. Le modèle thromboembolique présente un intérêt particulier dans l'évaluation des stratégies thérapeutiques associées au rtPA pour améliorer la thrombolyse, surtout lorsqu'il est évalué par un suivi longitudinal en IRM / The benefit of recombinant tissue plasminogen activator (rtPA) treatment in stroke is well known with serious side effects requiring the evaluation of alternative strategies. Injection of thrombin in the middle cerebral artery of mice has been proposed as a new model of thromboembolic stroke. In the first study, we used multiparametric Magnetic Resonance Imaging (MRI), performed immediately after thrombin injection, to document occlusion and area at risk in this model. Despite similar MCA occlusion and marked hypoperfusion, half of animals showed a cortical lesion on DWI, while the other half demonstrated no or very limited lesion. Therefore, MRI measurement of basal lesion size is required to use this animal model in therapeutic studies. The second study compared efficacy between TAFI inhibitor alone and TAFI inhibitor in combination with low-dose rtPA. In conclusion, we showed that the combination of TAFI-I with low-dose rtPA is not as effective as the standard dose of rtPA, with a positive trend, while TAFI inhibition alone is not effective at all. The present thromboembolic model is of particular interest in assessing strategies rtPA association to improve thrombolysis, especially when coupled with longitudinal MRI assessment

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est un problème majeur de santé publique car les troubles fonctionnels associés ont des répercussions délétères sur la qualité de vie des patients. Deux axes de recherche portant sur l’ischémie cérébrale chez le rat sont abordés. Pour le premier, il s’agira d’étudier les modifications de la régulation des réflexes somatiques qui peuvent contribuer à expliquer en partie les déficits fonctionnels. Nos résultats montrent une fatigue précoce au cours d’un exercice isométrique du triceps brachial et une perturbation de l’inhibition du réflexe-H post-exercice. Nous avons précisé que la perturbation de l’activité des voies réflexes est associée à une modification de l’action inhibitrice des afférences musculaires des groupes III et IV pouvant expliquer la fatigue précoce observée. L’axe 2 concerne l’optimisation de l’entrainement d’endurance, stratégie prometteuse pour traiter les déficits. L’objectif est de définir la stratégie d’endurance la plus appropriée en nous focalisant sur l’intensité de l’exercice. Pour cela, les effets des exercices d’intensité modérée (classiquement recommandés) ont été confrontés avec ceux des exercices intermittents de haute intensité (HIT) en analysant la récupération fonctionnelle et la neuroplasticité cérébrale. Nos résultats montrent que l’intensité de travail, déterminée à partir du seuil lactique, est un paramètre crucial car les HIT se révèlent être plus efficaces en termes de récupération de la force, d’aptitude aérobie et de neuroplasticité. Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives où ces 2 axes pourraient se rejoindre en approfondissant les effets des HIT au niveau cérébral et spinal. / Stroke is a major public health issue because associated functional disorders have detrimental impacts on life quality and independence of patients as well as on economic state. This thesis work is focused on 2-research axis concerning cerebral ischemia in rat. The aim of the first axis is to study plasticity at spinal level by investigating the alteration of somatic reflex regulation that could contribute to partially explain functional deficits. Ours results show early fatigue of triceps brachii during an isometric contraction and H-reflex inhibition perturbation post-exercise. We also observed that the disturbance of reflex pathway activity is associated with a decrease of the inhibitory effect induced by muscular metabosensitive afferents that might explain early fatigue and observed functional deficits. The second axis treats about endurance training that is a promising strategy to reduce stroke-induced disorders but remains to improve. In that way, the purpose is to determine which endurance strategy is the most suitable by focusing on exercise intensity. In order to ensure this, the effects of moderate intensity exercise (classically recommended) have been compared to high intensity interval training (HIT) by analysing the functional recovery and cerebral neuroplasticity. Our data show that work intensity, based on lactic threshold, is a critical parameter. Indeed, HIT is more effective for increasing grip strength recovery, aerobic capacity as well as promoting neuroplasticity. The results of these 2 lines of research could be now associated by deepening the HIT effects at cerebral and spinal level that lead to numerous perspectives.

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent un problème majeur de santé publique, puisqu’ils représentent la 3ème cause de mortalité dans les pays industrialisés. À l’heure actuelle, l’activateur tissulaire du plasminogène recombinant (rt-PA) est le seul traitement pharmacologique à la phase aiguë des AVC ischémiques. Il s’agit d’un thrombolytique dont l’utilisation reste très limitée (<2% des patients). En effet, quand le rt-PA est administré au-delà de 4h30, aucune récupération fonctionnelle n’est observée chez le patient. De plus, les données cliniques et expérimentales ont montré que l’administration du rt-PA augmente fortement la survenue de transformations hémorragiques. Il apparaît donc indispensable de développer des stratégies permettant, d’une part, de s’opposer à ces transformations hémorragiques, et d’autre part, d’augmenter la fenêtre thérapeutique du rt-PA. Au vu de ces données, mon travail a consisté à préciser l’intérêt thérapeutique d’inhiber une enzyme, la poly(ADP-ribose)polymérase (PARP) pour s’opposer aux effets délétères du rt-PA au niveau vasculaire. Ces études ont été menées sur un modèle d’ischémie cérébrale thromboembolique réalisé chez la souris, consistant en une injection de thrombine dans l’artère cérébrale moyenne. Dans un 1er temps, nous avons caractérisé ce modèle, récemment décrit dans la littérature (2007) et nouveau dans notre laboratoire. Nos travaux ont montré pour la première fois que, dans ce modèle, le rt-PA à la dose de 0,9 mg/kg (dose utilisée chez l’homme) reproduit fidèlement les « 2 visages » du thrombolytique en clinique : la thrombolyse précoce (30 min après l’ischémie) est associée à des effets bénéfiques, en réduisant le déficit neurologique, le volume de la lésion et l’œdème cérébral, alors que l’administration tardive de rt-PA (4h après l’ischémie) entraîne une aggravation des transformations hémorragiques et une perte de l’amélioration fonctionnelle. Dans un 2ème temps, nous avons étudié l’implication de la PARP dans les transformations hémorragiques induites par l’administration tardive de rt-PA. Le traitement par le PJ34(1 et 3 mg/kg), un puissant inhibiteur de cette enzyme, réduit la dégradation des protéines de jonction de la barrière hémato-encéphalique et les transformations hémorragiques induites par le rt-PA. De plus, le PJ34 s’oppose non seulement à la toxicité vasculaire du rt-PA, mais réduit également le déficit neurologique, le volume de la lésion et l’œdème cérébral. En conclusion, l’ensemble de ce travail montre que l’inhibition de la PARP prolonge la fenêtre thérapeutique du rt-PA et permet une thrombolyse « sécurisée ». Cette stratégie pourrait être mise en place de manière précoce après l’ischémie (avant même l’arrivée du patient à l’hôpital) et augmenter le nombre de patients pouvant bénéficier d’une thrombolyse. / Stroke is the third leading cause of death worldwide and a major cause of disability. Tissue plasminogen activator (rt-PA) is the only approved treatment in the United States and Europe for acute ischemic stroke. Clinical data show that beyond its therapeutic time window (4.5 hours after stroke onset), rt-PA exerts no more neuroprotective effects. Furthermore, clinical data showed that rt-PA increases the hemorrhagic transformations. Therefore, there is a critical need to develop a novel drug that can reduce rt-PA’s deleterious effects and extend its therapeutic window. The aim of the present study was to examine whether Poly(ADP-ribose)polymerase (PARP) mediates the hemorrhagic transformations induced by rt-PA administration. We used a mouse model of thromboembolic stroke, which consists of a microinjection of thrombin in the middle cerebral artery. First, we showed that in the mouse thrombin stroke model, the "human" dose of rt-PA exhibits effects close to those observed in clinic. Later, we showed PARP is implicated in the vascular toxicity of rt-PA after cerebral ischemia. PJ34, a PARP inhibitor, preserves the blood brain barrier integrity, reduces rt-PA-induced hemorrhagic transformations, improves neurological outcomes and reduces brain infarction and edema. In conclusion, this work showed that PARP inhibitors could be relevant candidates to extend the therapeutic time window of rt-PA after stroke without increasing the risk of hemorrhagic transformations.

De plus en plus souvent, les études médicales utilisent simultanément de multiples modalités d'acquisition d'image, produisant ainsi des données multidimensionnelles comportant beaucoup d'information supplémentaire dont l'interprétation et le traitement deviennent délicat. Par exemple, les études sur l'ischémie cérébrale se basant sur la combinaison de plusieurs images IRM, provenant de différentes séquences d'acquisition, pour prédire l'évolution de la zone nécrosée, donnent de bien meilleurs résultats que celles basées sur une seule image. Ces approches nécessitent cependant l'utilisation d'algorithmes plus complexes pour réaliser les opérations de filtrage, segmentation et de clustering. Une approche robuste pour répondre à ces problèmes de traitements de données multidimensionnelles est le Mean Shift qui est basé sur l'analyse de l'espace des caractéristiques et l'estimation non-paramétrique par noyau de la densité de probabilité. Dans cette thèse, nous étudions les paramètres qui influencent les résultats du Mean Shift et nous cherchons à optimiser leur choix. Nous examinons notamment l'effet du bruit et du flou dans l'espace des caractéristiques et comment le Mean Shift doit être paramétrés pour être optimal pour le débruitage et la réduction du flou. Le grand succès du Mean Shift est principalement du au réglage intuitif de ces paramètres de la méthode. Ils représentent l'échelle à laquelle le Mean Shift analyse chacune des caractéristiques. En se basant sur la méthode du Plug In (PI) monodimensionnel, fréquemment utilisé pour le filtrage Mean Shift et permettant, dans le cadre de l'estimation non-paramétrique par noyau, d'approximer le paramètre d'échelle optimal, nous proposons l'utilisation du PI multidimensionnel pour le filtrage Mean Shift. Nous évaluons l'intérêt des matrices d'échelle diagonales et pleines calculées à partir des règles du PI sur des images de synthèses et naturelles. Enfin, nous proposons une méthode de segmentation automatique et volumique combinant le filtrage Mean Shift et la croissance de région ainsi qu'une optimisation basée sur les cartes de probabilité. Cette approche est d'abord étudiée sur des images IRM synthétisées. Des tests sur des données réelles issues d'études sur l'ischémie cérébrale chez le rats et l'humain sont aussi conduits pour déterminer l'efficacité de l'approche à prédire l'évolution de la zone de pénombre plusieurs jours après l'accident vasculaire et ce, à partir des IRM réalisées peu de temps après la survenue de cet accident. Par rapport aux segmentations manuelles réalisées des experts médicaux plusieurs jours après l'accident, les résultats obtenus par notre approche sont mitigés. Alors qu'une segmentation parfaite conduirait à un coefficient DICE de 1, le coefficient est de 0.8 pour l'étude chez le rat et de 0.53 pour l'étude sur l'homme. Toujours en utilisant le coefficient DICE, nous déterminons la combinaison de d'images IRM conduisant à la meilleure prédiction. / Medical studies increasingly use multi-modality imaging, producing multidimensional data that bring additional information that are also challenging to process and interpret. As an example, for predicting salvageable tissue, ischemic studies in which combinations of different multiple MRI imaging modalities (DWI, PWI) are used produced more conclusive results than studies made using a single modality. However, the multi-modality approach necessitates the use of more advanced algorithms to perform otherwise regular image processing tasks such as filtering, segmentation and clustering. A robust method for addressing the problems associated with processing data obtained from multi-modality imaging is Mean Shift which is based on feature space analysis and on non-parametric kernel density estimation and can be used for multi-dimensional filtering, segmentation and clustering. In this thesis, we sought to optimize the mean shift process by analyzing the factors that influence it and optimizing its parameters. We examine the effect of noise in processing the feature space and how Mean Shift can be tuned for optimal de-noising and also to reduce blurring. The large success of Mean Shift is mainly due to the intuitive tuning of bandwidth parameters which describe the scale at which features are analyzed. Based on univariate Plug-In (PI) bandwidth selectors of kernel density estimation, we propose the bandwidth matrix estimation method based on multi-variate PI for Mean Shift filtering. We study the interest of using diagonal and full bandwidth matrix with experiment on synthesized and natural images. We propose a new and automatic volume-based segmentation framework which combines Mean Shift filtering and Region Growing segmentation as well as Probability Map optimization. The framework is developed using synthesized MRI images as test data and yielded a perfect segmentation with DICE similarity measurement values reaching the highest value of 1. Testing is then extended to real MRI data obtained from animals and patients with the aim of predicting the evolution of the ischemic penumbra several days following the onset of ischemia using only information obtained from the very first scan. The results obtained are an average DICE of 0.8 for the animal MRI image scans and 0.53 for the patients MRI image scans; the reference images for both cases are manually segmented by a team of expert medical staff. In addition, the most relevant combination of parameters for the MRI modalities is determined.