Reproduction de : Thèse de doctorat : Ingenierie de la santé. Biophysique : Reims : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliographie f.238-255.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Pharmacie. Ingénierie de la santé. Biophysique : Reims : 2009. / Bibliogr. p.151-162.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 avril 2024) / $\bf{\underline{Introduction :}}$ Le traitement des patients souffrant de brûlures extensives constitue un défi au niveau médical puisqu'ils font face à une paucité de sites donneurs pour réaliser le traitement conventionnel de greffe cutanée d'épaisseur partielle (STSG : split-thickness skin graft). La peau reconstruite bilamellaire autologue (PRBA), un produit développé au Laboratoire d'Organogenèse Expérimentale (LOEX) et évalué précédemment dans une série de cas, est une alternative potentielle. Les qualités physiques de la PRBA suivant sa greffe chez le patient brûlé doivent être évaluées. <br>$\bf{\underline{Methode :}}$ Dans le cadre de l'étude clinique SASS-2 (*Self-Assembled Skin Substitute for the Autologous Treatment of Severe Burn Wounds in Acute Stage of Burn Trauma*), la PRBA a été greffée côte à côte à la STSG. La qualité de la cicatrice a été évaluée quantitativement à l'aide de trois instruments de mesure : le Dermascan (épaisseur du derme), le Cutomètre® (élasticité et fermeté de la peau), et le Mexamètre® (érythème et mélanine). Les cicatrices ont aussi été évaluées par l'échelle de Vancouver modifiée. Les patients ont été évalués à trois, six, 12, 24 et 36 mois post-greffe. Chaque donnée recueillie par les appareils de mesure était obtenue à trois reprises. <br>$\bf{\underline{Resultats :}}$ Aucune différence de l'érythème, l'épaisseur du derme, et des propriétés viscoélastiques n'a été objectivée entre les deux greffes. Le contenu en mélanine était significativement plus bas suite aux greffes de PRBA. Le score de Vancouver était similaire pour les deux substituts. Aucune cicatrice pathologique n'a été diagnostiquée cliniquement. <br>$\bf{\underline{Conclusion :}}$ La peau à la suite des greffes de PRBA avait une épaisseur et des propriétés viscoélastiques similaires à celle obtenue suite à la greffe de STSG. Le contenu de mélanine était inférieur, comme on pouvait s'y attendre en raison de la croissance limitée des mélanocytes pendant la production des PRBA. Ces résultats indiquent que la PRBA pourrait être une alternative intéressante à la STSG chez les patients souffrant de brûlures graves. / $\bf{\underline{Introduction:}}$ Severely burned patients present great medical challenges as viable skin used for conventional Split Thickness Skin Graft (STSG) gets scarce. Self-Assembled Skin Substitute (SASS), a skin substitute created at the Laboratoire d'Organogenèse Expérimentale (LOEX) and used in a previous case series, could become an alternative for such patients. The physical properties of SASS following its graft in burn victims must be evaluated. <br>$\bf{\underline{Methods:}}$ Within the SASS-2 clinical trial (*Self-Assembled Skin Substitute for the Autologous Treatment of Severe Burn Wounds in Acute Stage of Burn Trauma*), SASS has been grafted next to the STSG. Long term scar quality was evaluated using three devices: the Dermascan (dermal thickness), the Cutometer® (firmness and elasticity), and the Mexameter® (melanin and erythema). Measurements of both test sites and other sites were performed at three-, six-, 12-, 24- and 36-months post-graft. All measurements were repeated 3 times. The modified Vancouver Scar Scale (mVSS) was also used in the follow-up appointments. <br>$\bf{\underline{Results:}}$ No difference has been detected in dermal thickness, skin firmness or elasticity between the scars of the areas grafted with SASS and the areas grafted with STSG. Erythema values were similar between sites and diminished with time in all patients. Melanin levels were significantly lower in the sites grafted SASS than the sites grafted withSTSG. mVSS scores were lower in the sites grafted with STSG. No skin graft met the required criteria for pathologic scar at the end of their evaluation. <br>$\bf{\underline{Conclusion:}}$ Following graft, SASS shows a similar thickness, and viscoelastic properties when compared to STSG. Its melanin content was inferior, which was to be expected owing to the poor growth of melanocytes during production of SASS. These results show that SASS could provide a good alternative to STSG in severely burned patients.

Le défi actuel des chercheurs est d’élaborer de nouveaux modèles de substituts cutanés plus perfectionnés et d’optimiser leur méthode de production afin d’améliorer leur reproductibilité. Cette étude a évalué l’impact de la congélation des substituts cutanés à -20°C pendant 2 mois via leurs propriétés physico-chimiques et leur fonctionnalité. Les analyses d’ATR-FTIR montrent que la cryopréservation n’affecte pas l’organisation des lipides de la couche cornée tandis que les analyses d’absorption percutanée montrent que la congélation affecte la perméabilité des substituts cutanés. De plus, le modèle de peau a été optimisé par l’incorporation de lymphocytes T permettant ainsi d’étudier le rôle des lymphocytes sur la différenciation cellulaire des kératinocytes et de mieux comprendre le rôle de la fractalkine dans le développement du psoriasis. Ces résultats nous incitent à penser que la fractalkine se démarque des autres cytokines inflammatoires dans le développement du psoriasis et se doit d’être mieux connue. / The current challenge for researchers is to develop new models for more advanced skin substitutes and optimize their production methods to improve reproducibility. This study evaluates the impact of the freezing of skin substitutes at -20°C for 2 months via their physicochemical properties and functionality. The ATR-FTIR analysis show that the cryopreservation did not affect the lipid organization of the stratum corneum while percutaneous absorption analysis show that the freezing of the permeability affects skin substitutes. In addition, the skin model was optimized by incorporating T lymphocytes and to study the role of lymphocytes in cell differentiation of keratinocytes and better understand the role of fractalkine in the development of psoriasis. These results lead us to believe that fractalkine differs from other inflammatory cytokines in the development of psoriasis and should be investigated.

Le besoin de trouver de nouveaux pansements pour les personnes touchées par des plaies de la peau (brûlures, ulcères), et la nécessité de développer des modèles de peau adéquats pour tester de nouvelles formulations médicamenteuses développées in vitro, ont motivé la recherche dans le domaine des substituts de peau produits par génie tissulaire. Il est possible de produire des substituts de peau normale humaine (SPNH), constitués d’un derme et d’un épiderme stratifié (épiderme vivant, EV, et couche cornée, CC), en utilisant la méthode d’auto-assemblage développée par le Laboratoire d’Organogénèse Expérimentale (LOEX). Dans cette étude, des analyses par microspectroscopie vibrationnelle (infrarouge, IR, et Raman) ont été effectuées afin d’obtenir une caractérisation morpho-spectrale des trois couches caractéristiques des SPNH, qui ont été comparés à la peau normale humaine (PNH). Concernant la distribution et l’organisation des lipides, les résultats de microspectroscopie IR ont montré que les lipides de la CC étaient plus ordonnés que ceux de l’EV. En microspectroscopie Raman, les résultats confirment que la CC est une couche riche en lipides qui sont ordonnés dans la PNH et les SPNH. La quantité de lipides diminue et davantage de désordre apparait dans l’EV pour la PNH et les SPNH. Cependant les résultats montrent également qu’il y a moins de lipides dans les SPNH et que les lipides sont plus ordonnés dans la PNH. Concernant la structure secondaire des protéines et le contenu en protéines, les données montrent qu’ils sont similaires dans les SPNH et la PNH (kératine dans l’épiderme et collagène dans le derme). Finalement, l’organisation des lipides ainsi que le contenu en protéines des différentes couches sont similaires pour les SPNH et la PNH, confirmant que les SPNH reproduisent les propriétés essentielles de la peau native. Cette étude caractérise également la peau psoriasique humaine (PPH) et fournit une compréhension détaillée de son organisation et de sa composition moléculaire. Les microspectroscopies IR et Raman montrent une distribution similaire des lipides et du collagène pour la PNH et la PPH. Cependant, la PPH présente plusieurs caractéristiques montrant une perte globale d’organisation structurale qui pourrait expliquer la réduction de ses propriétés barrières. Il s’agit de la première caractérisation de la structure moléculaire de ces SPNH qui ont d’ores-et-déjà une application prometteuse dans le domaine clinique. La caractérisation de la PPH pourrait être le point de départ de la caractérisation des substituts pathologiques. / Research in the field of bioengineered skin substitutes is motivated by the need to find new dressings for people affected by skin injuries (burns, diabetic ulcers), and to develop adequate skin models to test new drug formulations developed in vitro. It is possible to produce human skin substitutes (HSS) consisting in a dermis and a stratified epidermis (living epidermis, LE, and stratum corneum, SC), using the self-assembly method developed by the Laboratoire d’Organogénèse Expérimentale (LOEX). In the present work, vibrational microspectroscopy analyses (infrared, IR, and Raman) were performed to obtain in-depth morpho-spectral characterization of the three characteristic layers of HSS as compared with normal human skin (NHS). Concerning the lipid distribution and organization, IR microspectroscopy results suggest that lipids in the SC are more ordered than those in the LE. Raman microspectroscopy results confirm that the SC is a layer rich in lipids which are well-ordered in both NHS and HSS. The amount of lipids decreases and more disorder appears in the LE for both NHS and HSS. However, the results also show that there are fewer lipids in the HSS and that the lipids are more organized in the NHS. Concerning the secondary structure of proteins and protein content, the data show that they are similar in the HSS and in NHS (keratin in the epidermis and collagen in the dermis). Finally, the lipid organization as well as the protein composition in the different layers are similar for HSS and NHS, confirming that the HSS reproduce essential features of real skin. This study also investigates psoriatic human skin (PHS) and provides a deep understanding of its molecular organization and composition. IR and Raman microspectroscopies reveal a similar distribution of lipids and collagen for NHS and PHS. However, PHS exhibits various characteristics showing a global decrease of the structural organization that is compatible with a reduction in its barrier properties. It is the first characterization of the molecular structure of these HSS, which are already considered as a promising biological wound dressing for clinical applications. The characterization of PHS could be the starting point of the characterization of the pathological substitutes.

Le présent mémoire comportait deux buts expérimentaux principaux. Tout d'abord, nous avons fait l'étude in vivo du remodelage à long terme du réseau microvasculaire de la peau reconstruite endothélialisée suite à sa transplantation chez la souris. La peau reconstruite endothélialisée est un biopolymère tridimensionnel constitué en majeur partie de collagène bovin sur lequel nous cultivons des fibroblastes, des kératinocytes et des cellules endothéliales d'origine humaine afin de développer un modèle expérimental comportant des caractéristiques similaires à celles présentées par la peau normale humaine. Nous avons observé une diminution progressive de la quantité de tabules d'origine humaine au sein du greffon au profit de capillaires murins qui ont envahi ce dernier et lui ont permis de s'intégrer au sein des tissus hôtes. Ces résultats montrent que notre peau reconstruite est vascularisée par les vaisseaux hôtes et que cette dernière pourrait donc éventuellement être utilisée à des fins thérapeutiques afin de recouvrir des plaies présentant une perte tissulaire importante. Le deuxième but visé était de développer à partir de notre PRL un modèle de culture de cellules malignes mélanocytaires. Des cellules tumorales provenant de lésions primaires et de sites métastatiques ont été cultivées sur les PRL pendant un total de 31 jours. Ces dernières ont bien proliféré au sein du biopolymère et la quantité ensemencée a influencé la densité de capillaires retrouvée au sein du modèle in vitro. Ces résultats nous indiquent que notre PRL pourrait devenir un bon modèle expérimental nous permettant d'étudier la physiopathologie cancéreuse ainsi que les interactions existant entre les cellules tumorales et le réseau micro-vasculaire de leur environnement.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The principal goal of this thesis is to highlight a possible "neutron skin" effect in the nuclear reaction mechanisms between heavy ions at energies around 6 MeV/nucleon. To this end, the reactions 58Ni+122Sn at 354 and 375.5 MeV and 64Ni+116Sn at 382.5 MeV were carried out at the CYCLONE accelerator in Louvain-la-Neuve. The projectile Ni and the target Sn were selected because of their magicity in proton. This characteristic implies the existence of a proton core more bound and of a neutron peripheral distribution in the isotopes 64Ni and 122Sn, rich in neutrons. The first goal was, to observe the possible influence of these neutrons on the fusion probability between the projectile and the target. In addition, the two types of reactions were selected in order to produce the same compound nucleus (180Pt) with the same excitation energy or with the same angular momentum. Thus, the effect of a neutron skin could be observed from the point of view of the production as from the point of view of the de-excitation of the compound nucleus. This de-excitation can proceed by evaporation of light particles or by fission. So, on the one hand, the fusion, fusion-evaporation and fusion-fission cross sections, and, on the other hand, the multiplicities of the light particles (neutrons, protons or alpha) emitted by the compound nucleus or by the fission fragments should have been compared. The experimental realization of this project required the use of the neutron detection system DEMON made up of 90 liquid scintillators laid out on a 4 m in diameter sphere which contain an aluminium chamber under vacuum. The chamber contained two multi-wire proportionnal counters XY intended for the detection of the fission fragments, two systems of Silicon junctions coupled with microchannels intended for the detection of evaporation residues and finally six triple Silicon telescope intended for the detection of the light charged particles (protons and alpha). At the end of the analysis, it was shownthat the cross sections of fusion are identical, within the error bars (about 10 %), for the two types of studied reactions.Also, it was observed that the possible compound nucleus de-excitations are independent of its production, as well on the competition between fission and evaporation as on the light particle emission. No effect of neutron skin was thus highlighted in the nuclear reaction mechanisms leading to fusion of the target and the projectile at energy around 6 MeV/nucleon. An effect seems nevertheless to appear in the nucleons transfer reactions in which the compound nucleus does not amalgamate. ------------------------------------------------ L'objectif principal de cette thèse est de mettre en évidence un éventuel effet de "peau de neutrons" dans les mécanismes des réactions nucléaires entre ions lourds à des énergies de l'ordre de 6 MeV/nucléon. Dans ce but, les réactions 58Ni+122Sn à 354 et à 375.5 MeV et 64Ni+116Sn à 382.5 MeV ont été réalisées auprès de l'accélérateur CYCLONE de Louvain-la-Neuve. Le projectile Ni et la cible Sn ont été choisis en raison de leur magicité en proton. Cette caractéristique implique l'existence d'un coeur de protons plus liés et d'une distribution plus périphérique des neutrons dans les isotopes 64Ni et 122Sn, riche en neutrons. Il s'agissait donc, dans un premier temps, d'observer l'influence possible de ces neutrons excédentaires sur la probabilité de fusion du projectile et de la cible. D'autre part, les deux types de réactions ont été choisis afin de produire le même noyau composé 180Pt de même énergie d'excitation ou de même moment angulaire. Ainsi, l'effet de peau de neutrons pouvait être observé tant du point de vue de la production que du point de vue de la désexcitation du noyau composé. Cette désexcitation peut se faire par évaporation de particules légères ou par fission. Plus précisement, il s'agissait de comparer, d'une part, les sections efficaces de fusion, de fusion-évaporation et de fusion-fission, et, d'autre part, les multiplicités des particules légères (neutrons, protons ou alpha) émises par le noyau composé ou les fragments de fission. La réalisation expérimentale de ce projet a nécessité l'utilisation du système de détection de neutrons DEMON constitué de 90 scintillateurs liquides disposés sur une sphère de 4 m de diamètre au centre de laquelle une chambre en aluminium était mise sous vide. Celle-ci contenait deux chambres à gaz et à multi-fils XY destinés à la détection des fragments de fission, deux systèmes de jonctions au Silicium couplées à des galettes à micro-canaux destinés à la détection de résidus d'évaporation et enfin six triple-téléscopes au Silicium destinés à la détection des particules chargées légères (protons et a). Au terme de l'analyse des données récoltées, il s'avère que les sections efficaces de fusion du projectile et de la cible sont identiques, dans une barre d'erreur de l'ordre de 10 %, pour les deux types de réactions étudiées. De même, il a été observé que les désexcitations possibles du noyau composé sont indépendantes de sa production, tant sur la compétition entre fission et évaporation que sur l'émission de particules légères. Aucun effet de peau de neutrons n'a donc été mis en évidence dans les mécanismes des réactions nucléaires impliquant la fusion du projectile et de la cible. Un effet semble néanmoins apparaître dans les réactions d'échanges de nucléons dans lesquelles les noyaux ne fusionnent pas.

La peau humaine est un matériau biologique complexe. Elle est constituée de trois couches d'épaisseurs très différentes : épiderme, derme et hypoderme. Cette complexité structurale donne à la peau des propriétés mécaniques complexes : hyperélastique, nonlinéaire, viscoélastique et soumises à la pré-tension. Un dispositif d'indentation composé de 6 niveaux de chargement et fonctionnant dans l'environnement de l'IRM a été développé. Des tests d'indentation ont été effectués sur la partie dorsale de l'avant-bras gauche de 9 sujets d'âges variant de 26 à 40 ans. Pour chaque sujet, 28 images issues de l'IRM ont été construites. Chaque image représente une coupe de l'avant-bras. Les images ont été ensuite traitées via un logiciel de traitement d'images médicales développé en interne afin de segmenter les couches cutanées, les muscles et les os. Enfin, un modèle des éléments finis en 2D a été construit à partir des images IRM à la configuration initiale (sans charge) grâce à un pré-post processeur MSC.Patran 2005. Ce modèle est constitué de 4 couches de matériaux différents : trois couches cutanées et une couche de muscles. Les os étaient supposés rigides et fixes. La loi de comportement hyperélastique incompressible de type de Néo-Hooke avec un seul paramètre à identifier C10 a été utilisée pour toutes les 4 couches de matériaux (C10,Epi., C10,Der., C10,Hyp., C10,Mus.). Les tests d'indentation ont été simulés en utilisant un solveur MSC.Marc 2005. L'erreur entre les résultats de la simulation et ceux de l'expérimentation a été mesurée par une fonction objective. L'identification des paramètres de la loi de comportement a été réalisée par la minimisation de la fonction objective via un algorithme de Levenberg-Marquardt développé sous l'environnement MatLab. La validation numérique du processus d'identification a montré que le minimum est unique dans le cas où les deux premières couches (épiderme et derme) se comportent comme une seule couche (C10,E+D). Les résultats d'identification donne une gamme des valeurs pour une population de 9 sujets : C10,E+D = [60-370] kPa; C10,Hyp. = [0,04-4] kPa; C10,Mus. = [0,7-1,7] kPa. Ces résultats montrent la variabilité humaine des propriétés mécaniques.

L'apparition au sein d'une peau homogène, composée d'un épiderme et d'un derme dense sous-jacent, des structures primaires des annexes cutanées (placode épidermique et condensation dermique) est un événement complexe tant au niveau des modifications morphologiques que du nombre de molécules impliquées. Tout au long de mes travaux de thèse, j'ai étudié les facteurs moléculaires gouvernant l'organisation cellulaire du derme avant et pendant la mise en place des condensations dermiques.<br />De part l'utilisation de techniques originales in vitro, j'ai identifié les mécanismes moléculaires régissant : l'arrêt de la prolifération cellulaire, événement précédant la formation de la condensation et gouverné par la protéine p21WAF1/CIP1 ; la migration cellulaire, indispensable à la mise en place de la condensation et nécessitant l'engagement des Intégrines sur des molécules de Fibronectine contenant l'exon EIIIA ; ainsi que la chémo-attraction médiée par BMP-7 et arrêtée par BMP-2. Enfin, j'ai montré que les facteurs nécessaires à la stabilisation de cette structure, impliquent à la fois les Intégrines et la signalisation Notch.<br />Grâce à une collaboration avec un mathématicien, nous proposons un modèle mathématique in silico intégrant l'ensemble de ces paramètres. Ce modèle rend compte, en reproduisant l'apparition et la distribution des primordia plumaires observées in vivo, non seulement de mes propres résultats biologiques, mais explique aussi les résultats ayant conduit depuis 1998 à classer la signalisation BMP comme inhibitrice de la formation plumaire.