Thèse de doctorat : Médecine : Nancy 1 : 2000. / 2000NAN11310. Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse (D. en psychologie)--Université du Québec à Montréal, 2005. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Bibliogr.: f. [232]-244. Publié aussi en version électronique.

Les nouvelles technologies d’assistance offrent aux personnes âgées avec des troubles cognitifs comme la maladie d’Alzheimer la possibilité de prolonger leur autonomie. Cependant, leur utilisation dans la vie quotidienne par cette population reste faible. L’inadéquation entre les caractéristiques des technologies et les spécificités de cette population, ainsi que la course aux fonctionnalités rendent ces technologies toujours plus complexes à apprendre à utiliser. Une des pistes de solution est d’aider le concepteur à comprendre les spécificités de la population, afin de concevoir des technologies d’assistance facile à apprendre. Cette thèse vise à contribuer à l'apprentissage des nouvelles technologies en proposant un cadre de conception de technologies d’assistance faciles à apprendre pour des personnes âgées avec la maladie d’Alzheimer. Dans cette optique, un outil d'assistance a été développé : un calendrier interactif pour faciliter l'organisation quotidienne. Deux expérimentations ont été ensuite menées afin de déterminer les facilitateurs et les barrières qui pourraient influencer l’apprenabilité d’une technologie d’assistance pour des personnes âgées avec la maladie d’Alzheimer. La première expérimentation se décomposait en deux séances où sept personnes âgées et cinq personnes avec Alzheimer ont interagi avec le calendrier et ont exprimé sous forme de dessin et de questionnaire comment elles étaient familières avec l'usage de son homologue traditionnel, le calendrier mural. La deuxième expérimentation, réalisée au domicile de deux personnes âgées avec Alzheimer, a duré entre 5 et 6 mois selon les participants pendant lesquels le calendrier était appris puis laissé au domicile de la personne âgée pour qu'elle l'utilise à sa guise. Une modalité d’affichage de l’interface utilisateur dite multicouches a été utilisée chez un des participants afin de l’accompagner dans son apprentissage. Cette approche consiste à diviser l’interface utilisateur en plusieurs couches dont chacune contient un ensemble de fonctionnalités. Tandis que l’autre modalité est sans multicouches et donne accès à toutes les fonctionnalités de la technologie d’assistance durant l’apprentissage. Les résultats de ces expérimentations ont montré que cette population était capable d’apprendre à utiliser une technologie d’assistance. Cependant, il est nécessaire que le concepteur prenne en considération l’expérience antérieure, les capacités physiques, perceptuelles et cognitives résiduelles de cette population afin d’adapter les caractéristiques de l’interface utilisateur de la technologie d’assistance. Les contributions de ce travail de recherche s’articulent autour de la conception de technologies d’assistance pour les personnes âgées atteintes de la maladie d’Alzheimer. La première contribution porte sur l’identification des facilitateurs et des barrières jouant un rôle dans l’apprenabilité de ce type de produit technologique. La seconde contribution porte sur la conception et l’implémentation de l’approche par multicouches dans une technologie d’assistance pour des personnes âgées atteintes de la maladie d’Alzheimer. Et enfin la dernière contribution porte sur la proposition d’un cadre de conception pour améliorer l’apprenabilité des technologies d’assistance pour personnes âgées atteintes de la maladie d’Alzheimer.

La métabolomique consiste en l'analyse exhaustive du métabolome d'un système biologique qui est réalisée par l'utilisation conjointe d'une ou plusieurs techniques analytiques et d'outils chimiométriques. Elle permet une mesure globale de la réponse métabolique grâce à la caractérisation et à la quantification de métabolites dans un échantillon donné. Ici, la technique analytique utilisée a été la RMN du proton. Ce travail de thèse a permis d'appliquer la démarche métabolomique à quatre pathologies en se focalisant sur un aspect précis de chaque maladie. Un large éventail d'échantillons a été étudié, allant de lignées cellulaires à des échantillons humains en passant par des cerveaux de souris. La première pathologie étudiée a été le mélanome. Pour cela, des études ont été effectuées sur une lignée cellulaire de mélanome dans laquelle la protéine HIF-1a a été réprimée et sur des tumeurs de souris xénogreffées avec et sans traitement au vémurafénib. Enfin, une étude préliminaire a été réalisée sur des mélanomes de patients. Ces trois études ont montré d'importants désordres au niveau du métabolisme bio-énergétique. Une étude métabolomique sur la maladie d'Alzheimer constitue la deuxième partie de notre travail. Les profils métaboliques de liquides céphalo-rachidiens de sujets sains et de patients ont été comparés afin de mettre en évidence d'éventuelles modifications métaboliques. Dans la troisième partie, nous nous sommes intéressés à une maladie orpheline, l'hypophosphatasie, à travers la première analyse métabolomique de cerveaux d'un modèle murin de cette pathologie. La dernière partie décrit les différences métaboliques provoquées par des modifications structurales de la protéine IRE1 dans une lignée cellulaire de glioblastome. / Metabolomics consists in the general analysis of the metabolome of a biological system which is achieved by the use of one or more analytical techniques combined with chemometric tools. It allows an overall measurement of the metabolic response through the characterization and quantification of metabolites in a given sample. Herein, proton NMR was chosen as the analytical technique. This work allowed us to apply metabolomic study to four diseases. Our research focused on a specific aspect of each disease. A wide range of samples has been studied here, from cell lines to human samples through biopsies mouse brain. The first chapter is dedicated to the study of melanoma and deals with a human melanoma cell line in which the HIF-1a protein was restrained. Melanoma tumors of xenograft mice were studied with and without vemurafenib treatment. Thanks to these results, we were able to start a preliminary study concerning the tumors of human patients. These three studies show melanoma disorders within the bioenergetic metabolism. The second part of this work is related to the metabolomic study of Alzheimer's disease. Cerebrospinal fluids of healthy and diseased patients were compared to highlight any metabolic modification. In the third part, we present the first metabolomic study of a rare disease: hypophosphatasia. Furthermore, unlike the previous work concerning this disease, we chose to use murine model to detect any metabolic modification within mice brain. In the last part, a study of glioblastoma was performed to show metabolic differences due to changes in IRE1 protein in a glioblastoma cell line.

La maladie d’Alzheimer (MA) est un désordre neurologique progressif et irréversible caractérisé par l’accumulation de peptides β-amyloïdes, de plaques amyloïdes et de dégénérescence neurofibrillaires. L’inflammation et des altérations du système immunitaire ont été reliées à la MA, suggérant que le système immunitaire périphérique pourrait jouer un rôle pendant la phase asymptomatique de la maladie. Les lymphocytes natural killer et les neutrophiles (PMN) participent à la surveillance immune innée et leurs rôles demeurent controversés dans la MA. Nous avons étudié les changements phénotypiques et fonctionnels des cellules NK et des PMN du sang périphérique dans une cohorte de patients composée de personnes âgées en bonne santé, de patients amnestic mild cognitive impairment (aMCI) et de personnes atteintes de la MA à un stade léger (mMA). L’analyse phénotypique des lymphocytes NK a révélé des différences d’expression de CD16 (augmenté chez les patients mMA), de NKG2A (diminué chez les patients aMCI), et des TLR2 et TLR9 (tous deux diminués chez les patients mMA). Les tests fonctionnels ont révélé que l’activité cytotoxique des lymphocytes NK ainsi que leur capacité de dégranulation étaient inchangés dans les 3 groupes de patients. Au contraire, l’expression du récepteur CD95 était augmentée chez les aMCI et mMA et l’expression de granzyme B et la production de cytokines telles que TNFα et IFNγ étaient augmentées chez les aMCI mais pas chez les patients mMA. Le chimiotactisme induit par la chimiokine CCL19 et non par CC21 était diminué chez les aMCI et mMA, malgré l’augmentation de l’expression du CCR7 chez les patients aMCI. L’analyse des PMN révèle une augmentation spécifique de l’expression de CD177 chez les patients mMA. La stimulation à l’IL-8 entraine l’augmentation attendue de l’intégrine CD11b à la surface des PMN des patients âgés contrôles, mais les patients aMCI et mMA ne répondent pas. La baisse de l’expression des récepteurs CD14 et CD16 a été observée sur les PMN des patients mMA uniquement. Au contraire, seul les PMN des patients aMCI présentent une baisse de l’expression du marqueur CD88 et du TLR2. La phagocytose est différentiellement diminuée dans les PMN des patients aMCI et mMA tandis que l’ingestion de particules de Dextran est absente uniquement chez les patients mMA. Le killing contre Candida albicans est sévèrement diminué dans les groupes aMCI et mMA, alors que la production de radicaux libres est seulement diminuée au stade mMA. La production de cytokines inflammatoires (TNFα, IL-6, IL-1β, IL-12p70) et de chimiokines (MIP-1α, MIP-1β, IL-8) en réponse à une stimulation au LPS est très basse chez les patients aMCI et absente chez les mMA. Ces résultats suggèrent un état d’activation des cellules NK chez les patients aMCI qui pourrait refléter une réponse immunitaire active dirigée contre une agression encore non identifiée. L’altération différentielle des capacités de réponse à des agressions pathologiques des PMN des patients aMCI et mMA pourrait se traduire par une baisse progressive de la réponse immune associée au développement de la MA.

En à peine plus de deux décennies, la maladie d’Alzheimer est devenue un objet de préoccupation majeure du monde de la prise en charge professionnelle des personnes âgées. Une démographie croissante des personnes concernées parmi le public du secteur ainsi qu’une mobilisation de l’action publique autour du phénomène ont contribué à en faire un problème de santé publique prioritaire. La thèse analyse la manière dont les pratiques professionnelles, en particulier dans les établissements d’hébergement pour personnes âgées, se sont réorganisées autour de cet enjeu. Elle éclaire le processus de spécialisation que connaissent ces institutions, dès lors qu’elles circonscrivent une partie de la population hébergée en la considérant comme spécifique et en développant pour elle des traitements particuliers. L’analyse repose sur une enquête ethnographique mobilisant observations, entretiens et analyse documentaire, menée dans deux établissements, l’un sanitaire, l’autre médico-social. Elle permet de documenter les cadres de compréhension des difficultés qui se font jour dans l’accompagnement de certaines personnes, ainsi que les solutions et adaptations qui sont développées pour y répondre. L’enquête met en évidence un processus de spécialisation affectant les pratiques professionnelles à trois niveaux différents. Au niveau de l’institution, elle montre qu’il se traduit par une évolution de l’organisation institutionnelle, qui prend en particulier la forme de dispositifs de prise en charge temporaire dédiés à la maladie d'Alzheimer et spatialement séparés du reste des lieux d’hébergement. Cette apparente mise à l’écart prend son sens dans la perspective du temps long : l’histoire des établissements d’hébergement pour personnes âgées permet en effet d’appréhender ce que la spécialisation institutionnelle doit à l’évolution contemporaine du mandat de ces institutions. Le mouvement de spécialisation autour de la maladie d'Alzheimer est ensuite saisi au niveau de l’éthique professionnelle qui s’organise autour du soin. Les épreuves produites aux yeux des professionnels par les particularités d’un public qui ne semble pouvoir s’inscrire dans les modalités ordinaires de la relation de soin amènent à des modulations de cette éthique, voire même à une remise en cause du sens que donnent les soignants à l’accompagnement et au soin. Enfin, le processus de spécialisation affecte les métiers impliqués dans la prise en charge. L’enquête fait apparaître l’évolution de leur contenu, mais aussi les réorganisations des relations entre les métiers que la spécialisation Alzheimer induit dans l’écologie professionnelle du secteur gérontologique. / Over the last two decades, Alzheimer's disease has become a major preoccupation for those working within the sector of aged care. The number of persons concerned as well as a growing public concern and policy interventions by the French public authorities have contributed towards maling the treatment of Alzheimer's disease a significant public health priority. This

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 2023) / L'objet de cette thèse est l'étude de différents modèles mathématiques décrivant le vieillissement du cerveau et l'évolution de la maladie d'Alzheimer. Je porte un regard critique sur les différents modèles publiés et j'en développe un nouveau qui corrige les lacunes des modèles existant. Il n'existe pour l'instant aucun traitement efficace pour les patients atteints de la maladie d'Alzheimer. De plus, étant donné le vieillissement de la population et la perte d'autonomie des personnes atteintes, les coûts humains et sociaux de cette maladie sont dramatiques et ne cessent d'augmenter. Les causes et les mécanismes biologiques impliqués dans le développement de cette maladie sont nombreux et semblent interagir de manière non linéaire. Les recherches se concentrant sur une cause ou un facteur unique n'ont pas donné les résultats escomptés. Pour ces raisons, les modèles mathématiques peuvent nous aider à comprendre l'impact des différents facteurs impliqués et de tester in silico l'impact de différentes stratégies thérapeutiques. Dans un premier temps, j'ai effectué une revue systématique des différents articles publiés contenant des modèles mathématiques décrivant le développement de la maladie d'Alzheimer, ce qui constitue le chapitre 1 de cette thèse. Les modèles utilisent pour la plupart des systèmes d'équations différentielles ordinaires(EDOs) et/ou des systèmes d'équations aux dérivées partielles (EDPs). Dans le chapitre 2, je présente les outils mathématiques nécessaires pour résoudre ces modèles. Il existe de nombreuses recettes numériques pour résoudre des systèmes d'EDOs ou d'EDPs. Étant donné les différentes échelles de temps impliquées dans la développement de la maladie d'Azheimer, le système résultant d'ÉDOs peut être délicat à résoudre numériquement. Je discute des méthodes adaptées à la résolution de notre problème. Au chapitre 3, je donne une introduction à l'analyse de sensibilité. L'analyse de sensibilité est importante pour plusieurs raisons que ce soit pour quantifier l'incertitude ou pour l'identification de paramètres critiques. Du point de de vue mathématique, il existe plusieurs outils pour calculer les sensibilités et le choix de la méthode dépend du contexte. Dans ce chapitre, je discute de l'importance d'effectuer des analyses de sensibilité et je présente les méthodes les plus appropriées pour notre cas. Au chapitre 4, je présente en détail le modèle développé par Hao et Friedman. Ce modèle comporte un système de 18 EDOs. Je discute des forces et des faiblesses de ce modèle et en particulier des facteurs qui rendent les résultats impossibles à reproduire. Je développe finalement une version améliorée de ce modèle avec une description plus réaliste des différents facteurs impliqués dans le développement de la maladie d'Alzheimer. / The main objective of this thesis is to study different mathematical models describing brain aging and the progression of Alzheimer's disease (AD). I critically review different published papers with mathematical models of AD and I develop a new one improving upon existing works. There exists no efficient treatment to help patients suffering from AD. Given the worldwide population aging and the loss of autonomy caused by AD, the human and social economical costs of AD are staggering and keep increasing. The causes and mechanisms involved in the development of AD are numerous and seem to interact in a nonlinear fashion. Research focusing on a single factor has not yielded the expected results. Given all this, mathematical modeling can be a useful tool to help us understand how the different elements of interest interact with each other and play a role in AD progression. Mathematical models can also be used to test in silico different potential therapeutic strategies. I first performed a scoping review of different published papers describing mathematical models of AD on set and progression. This corresponds to chapter 1 of this thesis. For the most part, mathematical models use either systems of ordinary differential equations (ODEs) or systems of partial differential equations (PDEs). In chapter 2, I present and discuss the different mathematical tools needed to solve these models. There exist numerous numerical recipes to solve systems of ODEs or PDEs. Given the different temporal scales implied in AD, the resulting ODE system can be delicate to handle numerically. I discuss numerical methods which are well-suited to the resolution of our particular problem. In chapter 3, I give an introduction to sensitivity analysis and present different methods with which one can assess which parameters or factors have a significant impact on the prediction of the models. Sensitivity analysis is important for many reasons, be it to quantify uncertainty or to identify critical parameters. From a mathematical point of view, several tools exist to compute sensitivities and the choice of a particular technique depends on the context and objectives. I discuss the importance of sensitivity analysis and present different algorithms with which one can perform this analysis. I discuss which methods are the most appropriate for our specific problem. In chapter 4, I present in detail the model developed by Hao and Friedman. This model has 18 ODEs. I discuss the strengths and weaknesses of this model and in particular the reasons making the results of Hao and Friedman impossible to reproduce. Finally, I develop an improved version of this model with a more realistic description of the different factors involved in the onset and progression of AD.

Des études récentes ont montré qu'avec l'aide des scènes créées à partir d'environnements naturels tels que les forêts, nous pouvons avoir un impact significatif sur la réduction voire l'amélioration des symptômes de diverses maladies, dont la plus importante est la maladie d'Alzheimer. Les effets de ces études ont été recherchés au fil des ans et des résultats très prometteurs ont été obtenus. De nos jours, l'une des choses qui peut être très étonnante et intéressante est l'expérience de ces environnements naturels par la synthèse des scènes informatiques, notamment via les environnements de réalité virtuelle. Plus le niveau d'immersion de ces environnements naturels conçus en réalité virtuelle est élevé et meilleur, plus il peut contribuer à améliorer les symptômes du patient. L'une des méthodes nouvelles et innovantes pour concevoir et construire des environnements naturels tels que les forêts est l'utilisation de données des scanners laser, qui nous fournissent des résultats très réalistes. Pour cette raison, dans cette étude, nous présentons une forêt virtuelle dérivée de données LiDAR terrestre et améliorée grâce à des techniques d'effets spéciaux.

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par un déficit du métabolisme énergétique cérébral. À la surface des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), GLUT1 constitue le principal transporteur de glucose au cerveau. Cette protéine serait sous-exprimée dans les CECC de patients atteints de la MA, limitant ainsi la capacité d’utilisation du glucose par le cerveau. L’objectif général de ce projet était de surexprimer GLUT1 dans les CECC afin de corriger ce déficit. Six plasmides ont été conçus et transfectés sur des cellules en culture. Nous avons mis au point un essai pour mesurer la captation d’un analogue fluorescent du glucose. Nous avons ensuite encapsulé deux des plasmides pour les injecter chez des souris témoins. Même si nos résultats ne permettent pas encore de confirmer le potentiel de GLUT1 comme cible thérapeutique dans la MA, nous avons des plasmides fonctionnels pour poursuivre les essais in vivo futurs. / Impaired brain glucose metabolism is known to be one of the best predictors of cognitive decline in patients with Alzheimer’s disease (AD). A decrease in glucose transporter 1 (GLUT1) in the brain capillary endothelial cells (BCECs) of the blood-brain barrier (BBB) is observed in AD patients and animal models and might contribute to impaired brain glucose uptake in the disease. The main objective of the present work was to upregulate GLUT1 in the BCECs with a targeted delivery approach using plasmids encoding for GLUT1. Six plasmids were assembled and transfected in two cell lines. GLUT1 activity was assessed with a fluorescent glucose analog. Two plasmids were then encapsulated within an immunoliposome formulation and injected to Balb/c mice. We have generated well-characterized GLUT1-expressing plasmids for future work to confirm GLUT1 as a potential therapeutic target for AD.

Titre de l'écran-titre (visionné le 31 juillet 2023) / Depuis 2019, un nouvel outil biologique a le potentiel de faciliter le champ d'application du système CRISPR-Cas9. Le Prime editing utilise un pegRNA (prime editing guide RNA) et une protéine fusionnée (SpCas9n-RT) comprenant une transcriptase inverse (un synthétiseur de brin) et une SpCas9n (un coupeur de brin) pour éditer le génome sans nécessiter une cassure double de l'ADN. La protéine SpCas9n-RT reconnaît une séquence d'amarrage spécifique PAM (Protospacer Adjacent Motif) et le pegRNA, une séquence précise de 20 nucléotides qui peut être modifiée selon un modèle prédéterminé. Cette technologie semble être un candidat idéal pour de futures thérapies géniques visant les mutations ponctuelles en raison de sa capacité à corriger spécifiquement les mutations ponctuelles souhaitées tout en diminuant les mutations hors cibles en raison des étapes supplémentaires requises lors de l'édition. Dans un premier temps, la première partie de ce mémoire vise principalement à démontrer que le Prime editing est une avenue thérapeutique intéressante pour la dystrophie musculaire de Duchenne, soit en modifiant directement le gène de la dystrophine. Les expériences ont été réalisées sur des cellules HEK293T, puis sur des modèles murins. Nous avons déterminé que le gène de la dystrophine est facilement modifiable, et ce, efficacement sur des cellules HEK293T avec le Prime editing optimisé. La deuxième partie de ce mémoire est constitué d'un article traitant sur l'introduction de la mutation protectrice de l'Alzheimer (A673T) avec le Prime editing. Les expériences ont été réalisées sur des cellules HEK293T. Plusieurs techniques d'optimisation du système dérivé de CRISPR-Cas9 ont été comparées dans le but d'obtenir une édition génique efficace et avec un bas taux d'indels (insertion-deletion). Les résultats obtenus sur la dystrophie musculaire de Duchenne et la maladie d'Alzheimer seront des éléments importants dans le développement d'une approche unique, efficace et reproductible pour corriger différentes mutations ponctuelles responsables de milliers de maladies génétiques. / Since 2019, a new biological tool has the potential to facilitate the scope of the CRISPR-Cas9 system. Prime editing, consisting of a pegRNA (a guide for editing) and a fusion protein (SpCas9n-RT) including a reverse transcriptase (a strand synthesizer) and a SpCas9n (a strand cutter) enables editing of the genome without requiring a double DNA break. The SpCas9n-RT protein recognizes a specific PAM (adjacent protospacer motif) docking sequence and the pegRNA, a precise sequence of 20 nucleotides that can be modified according to a predetermined pattern. This technology appears to be an ideal candidate for future gene therapies targeting point mutations due to its ability to specifically correct desired point mutations while decreasing off-target mutations due to the additional steps required during editing. The first part of this thesis mainly aims to demonstrate that Prime editing is an interesting therapeutic avenue for Duchenne muscular dystrophy by directly modifying the dystrophin gene. The experiments were carried on HEK293T cells and then on mouse models. We have determined that the dystrophin gene was efficiently editable on HEK293T cells with the optimized Prime editing. The second part of this thesis consists of an article about the introduction of a protective mutation of Alzheimer's (A673T) with Prime editing. The experiments were carried on HEK293T cells. Several techniques for optimizing the CRISPR-Cas9-derived system were compared in order to obtain efficient gene editing with a low indel rate. The results obtained on Duchenne muscular dystrophy and Alzheimer's disease will be important elements in the development of a unique, effective and reproducible approach to correct various point mutations responsible for thousands of genetic diseases.