La transplantation est la meilleure alternative en cas d'insuffisance rénale terminale. Face à la pénurie de greffons, les équipes de transplantation se sont tournées notamment vers les donneurs décédés par arrêt circulatoire (DDAC) non contrôlés. Ces greffons soumis à une période d'ischémie chaude sont plus fragiles. Des méthodes de reconditionnement chez le donneur par refroidissement in situ (RIS) et circulation régionale normothermique (CRN) se sont développées afin de réduire les lésions d'ischémie-reperfusion. Le choix de la méthode est laissé à l'appréciation de chaque équipe et il existe une grande hétérogénéité des pratiques. Après prélèvement, l'utilisation des machines de perfusion hypothermique (MPH) est généralement recommandée. L'optimisation de ces phases de reconditionnement chez le donneur et de conservation hypothermique apparait comme un enjeu majeur de santé publique. Concernant l'optimisation du mode de reconditionnement, la mise au point d'un modèle préclinique porcin parfaitement reproductible a permis de mettre en évidence une supériorité de la CRN sur le RIS. Une durée de CRN de 4 heures minimum sans dépasser 6 heures paraît optimale. Concernant la conservation hypothermique, les MPH permettent le maintien du niveau d'expression des gènes retrouvé en fin de CRN. L'ajout d'une oxygénation active en MPH ou de curcumine en solution statique améliore le devenir du greffon à court et long termes dans un modèle préclinique d'autogreffe. Ce travail pourrait s'étendre à l'étude d'autres organes, d'autres durées d'ischémie chaude et aux DDAC contrôlés afin d'élargir encore le nombre d'organes éligibles à la transplantation. / Transplantation is the best alternative to end-stage renal disease. The shortage of grafts led the transplant teams to consider uncontrolled deceased donors after circulatory death (DCDs). These grafts suffered from a period of warm ischemia and are more vulnerable. Reconditioning methods in the donor by in situ cooling (ISC) and normothermic regional perfusion (NRP) have been developed to reduce the ischemia-reperfusion injuries. Each team has the choice as to the method and there are many different practices. After removal of kidneys, the use of hypothermic perfusion machines (HPM) is generally recommended. The optimization of reconditioning in the donor and hypothermic preservation appears as a major public health challenge. About optimization of the reconditioning method, the development of a high reproducible preclinical porcine model allowed to highlight the superiority of RNP over ISC. NRP duration of 4 hours minimum without exceeding 6 hours seems optimal. About hypothermic preservation, HPM allows to maintain the level of expression of the genes found at the end of RNP. The addition of active oxygenation to HPM or curcumin in static solution improves the graft outcomes in the short and long terms in a preclinical model of auto transplantation. This work could be extended to the study of other organs, other durations of warm ischemia and to controlled DCDs in order to further increase the number of transplantable grafts.

This work deals with possibilities of ultrasound perfusion analysis for the absolute quantification of perfusion parameters. In the theoretical part of this work are discussed possibilities of using of the ultrasound contrast agents and approaches for the perfusion analysis. New methods for the perfusion analysis are suggested and tested in the practical part of this work. The methods are based on convolutional model in which the concentration of the contrast agent is modeled as aconvolution of the arterial input function and the tissue residual function. The feasibility of these methods for the absolute quantification of perfusion parameters is shown on data from phantom studies, simulations and also preclinical and clinical studies. The software for the whole process of the perfusion analysis was developed for using in hospitals.

Die Durchströmungswäsche von Filterkuchen aus innenporösen Partikeln wird anhand von makro- und mesoporösen Kieselgelen untersucht. Die Filterkuchenbildung der KCl-haltigen Suspensionen erfolgt in einer Drucknutsche nach VDI-2762-2. Die Filterkuchen werden über einen perforierten Stempel mit entionisiertem Wasser durchströmt und der Wascherfolg über die Bilanzierung der K+-Ionen ermittelt. Die Porosität der Kieselgel-Filterkuchen beträgt 80 %, wobei sich 50 % der gesamten Mutterlauge in den Innenporen befindet. Dennoch zeigen sich mit 1 % Restbeladung ähnliche Waschergebnisse wie für unporöse Feststoffe (Quarz und Glas). Die Innenporen werden gereinigt, der in der Literatur postulierte ausgeprägte Diffusionsbereich in der Waschkurve wird nicht sichtbar. Berechnungen nach CARMAN-KOZENY, FICK und mittels dimensionsloser Kennzahlen verdeutlichen, dass Perfusion und Diffusion die Wäsche poröser Systeme beeinflussen. Die vorgestellten Modelle eignen sich auch für die Anwendung in der Praxis. / The displacement washing of filter cakes consisting of porous particles is investigated using macro- and mesoporous silica gels. The filter cakes of KCl-containing suspensions are formed in a pressure filter device according to VDI-2762-2. The filter cakes are flown through with deionized water via a perforated piston and the washing success is determined by balancing the K+ ions. The porosity of the silica gel filter cakes is 80 % and 50 % of the mother liquor is trapped in the inner pores. Nevertheless, with 1 % residual loading, washing results are similar to those for non-porous solids (quartz, glass). The inner pores are cleaned, the distinct diffusion region in the washing curve postulated in the literature is not visible. Calculations according to CARMAN-KOZENY, FICK and by means of dimensionless quantities illustrate that both perfusion and diffusion influence the washing of porous systems. The presented models are also suitable for practical applications.

Après traitement d’un AIC par thrombolyse, les lésions ischémiques en diffusion peuvent être réversibles, stables et/ou progresser. Cette thèse a pour objectif d’étudier en IRM ces phénomènes de réversibilité et de progression, de mieux comprendre leur physiopathologie, et d’appréhender le rôle pronostic du volume des lésions en diffusion. La réversibilité en diffusion a été rapportée après recanalisation artérielle, chez l’animal et chez l’homme. Dans notre cohorte de 155 patients, nous avons étudié ce phénomène par une analyse voxel à voxel sur des IRM avant et 24h après thrombolyse. Nous avons montré que la réversibilité des anomalies en diffusion à 24h était fréquente et surtout persistait sur une IRM plus tardive (médiane 54h) pour plus de 70% des voxels [58.0-85.9], suggérant que ce phénomène n’était pas transitoire. De plus, seule la réversibilité permanente était associée à une amélioration neurologique à 24h (OR=1.15, CI95%[ 1.03-1.27], P=0.008 par mL). La substance blanche a été décrite comme plus résistante à l’ischémie sur des modèles murins. Chez l’homme, nous avons confirmé la prédominance en substance blanche des phénomènes de réversibilité, avec une probabilité de régression plus importante pour un voxel de substance blanche que pour un voxel de substance grise. Ces résultats pourraient aider à identifier avant décision thérapeutique les lésions potentiellement réversibles, c'est-à-dire celles prédominant en substance blanche. Même s’il existe une association entre le volume de lésion en diffusion avant traitement et le pronostic fonctionnel à 3 mois, la réversibilité des lésions pourrait remettre en cause les seuils de volume au-delà desquels une revascularisation pourrait être futile. En effet, en limitant la progression des anomalies en diffusion et en favorisant leur régression, la revascularisation pourrait aussi avoir un impact sur le pronostic fonctionnel des patients avec un large volume lésionnel (≥70mL). Dans une population de 267 patients avec un infarctus de l’artère cérébrale moyenne traités par thrombolyse, 54 avaient un volume en diffusion ≥70mL, dont 12(22%) avaient un pronostic fonctionnel favorable à 3 mois. L’odds-ratio de la recanalisation pour le pronostic fonctionnel favorable dans le groupe ≥70mL était de 4.87 [1.15-20.73], P=0.03 en faveur d’un impact positif de la recanalisation même dans ce groupe. En l’absence de reperfusion, les anomalies en diffusion progressent au sein de la pénombre ischémique. Selon le modèle « core/pénombre », cette progression lésionnelle ne doit pas s’accompagner d’une aggravation neurologique. Nous avons formulé l’hypothèse que si elle survenait au-delà de la pénombre (dans des zones asymptomatiques), elle s’accompagnerait d’une détérioration neurologique. La détérioration neurologique précoce non expliquée (absence de transformation hémorragique, d’œdème malin ou d’autre cause identifiable) est observée chez 7% de nos 309 patients thrombolysés. Nous avons validé l’hypothèse initiale d’une progression des anomalies en diffusion au-delà de la pénombre chez ces patients. Par une analyse voxel à voxel, elle était présente chez 9 cas/10 (7-137mL; > 10mL chez 8 cas), et son volume était significativement supérieur à celui des 30 contrôles sans détérioration précoce (P=0.047). De plus, sa topographie était congruente avec les fonctions neurologiques qui s’étaient détériorées. L’ensemble de ces résultats participe à une meilleure compréhension de l’évolution des lésions ischémiques aiguës en IRM de diffusion et offre des perspectives pour adapter la prise en charge individuelle afin d’améliorer le pronostic fonctionnel. / Within the first 24 hours after IV-rtPA, diffusion-weighted ischemic lesions can reverse, remain stable or grow. The aim of this thesis is to study these reversal and growth phenomena, to better understand their pathophysiology and to gain insight into the prognostic value of diffusion lesion volume. Diffusion lesion reversal was reported in animals and humans after arterial recanalization. In our sample of 155 patients, we studied this phenomenon with MRI performed before and 24 hours after thrombolysis using a voxel-based approach. First, we demonstrated that 24 hours diffusion reversal was frequent and sustained on a late MRI (median 54h) for over two-thirds of the voxels. Second, sustained reversal was associated with 24hr neurological improvement (OR=1.15, IC95%[ 1.03-1.27], P=0.008 per 1mL). Animal studies have suggested that white matter is more resistant to ischemia than gray matter. In humans, we confirmed that diffusion lesion reversal was more frequent in white matter than in gray matter and disclosed that white matter voxels were more prone to reverse than gray matter voxels. The amount of white matter in the initial diffusion lesion may therefore be a significant determinant of reversibility. Large diffusion lesion volume is associated with poor outcome. However, revascularization therapy can prevent infarct growth or even promote lesion reversal. It is still unclear whether these treatments are beneficial in patients with large diffusion volumes (≥70mL). In our series including 267 patients with middle cerebral artery stroke treated with thrombolysis, 54 patients had a ≥70mL diffusion volume, of which 12(22%) had a 3 month favorable outcome. Odds-ratio of recanalization for favorable outcome in the ≥70mL group was 4.87 [1.15-20.73], P=0.03 supporting a benefit of recanalization in this subgroup. Diffusion lesions growth is usually located within the ischemic penumbra. We hypothesized that if it occurred beyond its boundaries, it would translate into neurological deterioration. Unexplained early neurological deterioration is frequent (70% of early neurological deteriorations, 7% in our series of 309 thrombolysed patients) and its causes are not well-known (no symptomatic intra cerebral hemorrhage, malignant edema or post-stroke seizure). We confirmed our hypothesis in these patients with diffusion growth beyond the penumbra. This growth occurred in 9 of the 10 studied patients (7-137mL; > 10mL in 8 patients) and it was significantly larger than in the 30 controls with early neurological deterioration (P=0.047). Moreover its topography matched the neurological items that deteriorated. All together, these results contribute to a better understanding of acute ischemic lesions using diffusion-weighted imaging and may offer perspectives to adapt individual patient care.

De nos jours, les progrès de l’informatisation de l’imagerie médicale assistent au plus près les médecins dans leur soin au patient. Des modèles personnalisés computationnels sont utilisés pour le diagnostique, prognostique et planification du traitement, en diminuant lesrisques pour le patient, et potentiellement les frais médicaux.Heartflow est l’exemple même d’une compagnie qui réussit ce service dans le domaine cardiovasculaire. À partir d’un modèle extrait d’images tomographiques rayons X, les lésions avec impact fonctionnel sont identifiées dans les artères coronaires. Cette analyse qui combine l’anatomie à la fonction est néanmoins limitée par la résolution de l’image. En aval de ces larges vaisseaux, un examen fonctionnel dénommé Imagerie de Perfusion du Myocarde (IPM) met en évidence les régions du myocarde affectées par un déficit de flux sanguin. Cependant, l’IPM n’établie pas de relation fonctionnelle avec les larges vaisseaux coronaires lésés en amont.L’objectif de ce projet est de construire la connexion fonctionnelle entre les coronaires et le myocarde, en extrapolant l’analyse fonctionnelle depuis les larges vaisseaux vers le lit capillaire. À cette fin, il faut étendre le modèle vasculaire jusqu'aux microvaisseaux, et mener une analyse fonctionnelle en direction du comportement myocardique.Nous étendons une méthode de génération d’arbre vasculaire basée sur la satisfaction de principes fonctionnels, nommée Constrained Constructive Optimization (Optimization Constructive sous Contraintes), pour qu’elle s’applique à de multiples arbres vasculaires en compétition. L’algorithme simule l’angiogénèse avec minimisation du volume vasculaire sous contraintes de flux et de géométrie adaptant la croissance simultanée des arbres aux caractéristiques du patient. Cette méthode fournit un modèle hybride composé de coronaires épicardiales extraites d’images et de vaisseaux synthétiques jusqu’aux artérioles, emplissant le ventricule gauche du myocarde.Puis, nous construisons un pipeline d’analyse fonctionnelle multi-échelle pour étendre la simulation de flux depuis les coronaires vers le myocarde. Cela consiste en un modèle de flux coronaire 1D compatible avec la vasculature hybride, et l’analyse de la distribution spatiale des flux provenant des segments terminaux. Cette dernière est réalisée dans une nomenclature similaire à celle de l’IPM pour permettre la comparaison avec des données de vérité terrain fonctionnelles.Nous avons relié l’anatomie du réseau vasculaire à la distribution de flux dans le myocarde pour plusieurs patients. Cette analyse multi-échelle permet d’identifier des pistes pour affiner les méthodes de génération vasculaire et de simulation de flux. Cette extrapolation anatomique et fonctionnelle personnalisée est une première passerelle pour la simulation de perfusion du myocarde à partir d’imagerie tomographique scanner. La construction d’un tel modèle computationnel personnalisé pourrait aider à la compréhension de la physio-pathologie cardiovasculaire complexe et, enfin, à la santé du patient. / Recent advances in medical image computing have allowed automatedsystems to closely assist physicians in patient therapy. Computationaland personalized patient models benefit diagnosis, prognosisand treatment planning, with a decreased risk for the patient,as well as potentially lower cost. HeartFlow Inc. is a successfull exampleof a company providing such a service in the cardiovascularcontext. Based on patient-specific vascular model extracted from XrayCT images, they identify functionally significant disease in largecoronary arteries. Their combined anatomical and functional analysisis nonetheless limited by the image resolution. At the downstreamscale, a functional exam called Myocardium Perfusion Imaging (MPI)highlights myocardium regions with blood flow deficit. However,MPI does not functionally relate perfusion to the upstream coronarydisease.The goal of our project is to build the functional bridge betweencoronary and myocardium, by extrapolating the functional analysisfrom large coronary toward the capillary bed. This objective requiresextension from the coronary model down to the microvasculaturecombined with a functional analysis leading to the myocardium compartment.We expand a tree generation method subjected to functional principles,named Constrained Constructive Optimization, to generate multiplecompeting vascular trees. The algorithm simulates angiogenesisunder vascular volume minimization with flow-related and geometricalconstraints, adapting the simultaneous tree growths to patientpriors. This method provides a hybrid image-based and synthetic geometricmodel, starting from segmented epicardium coronary downto synthetic arterioles, filling the left ventricle myocardium.We then build a multiscale functional analysis pipeline to allowblood flow simulation from the coronaries to the myocardium. Thisis achieved with a 1D coronary model compatible with the hybridvasculature, and a spatial blood flow distribution analysis of the terminalsegments. The latter is performed using a similar nomenclatureto MPI, to enable patient-specific comparison with functional groundtruthdata.We connected the vascular anatomy to blood flow distribution inthe myocardium on several patient datasets. This multiscale frameworkpoints out several leads to refine the vascular network generationand fluid simulation methods. This patient-specific anatomicaland functional extrapolation is a first gateway toward myocardiumperfusion from X-ray CT data. Building such personalized computational model of patient could potentially help investigating cardiovascularcomplex physio-pathology, and, finally, improve the patientcare.

Nous proposons dans le cadre de cette thèse une nouvelle approche permettant de s'affranchir de l'atténuation mammaire en tomographie par émission monophotonique (TEMP) de perfusion myocardique. Elle est constituée de deux parties : - la première consiste à rendre les projections acquises consistantes. - la deuxième consiste à pondérer ces même les projections corrigées durant la reconstruction. Nous avons effectué l'étude de validité de nos méthodes sur quelques exemples de simulation TEMP de perfusion myocardique simulant l'atténuation mammaire et sur quelques exemples d'études patients réelles notamment : des cas d'atténuation mammaire, d'infarctus inférieure, d'infarctus apical, d'infarctus antérieur, d'ischémie antérieure et inférieure. Les résultats semblent encourageants. Il s'agit dans le proche avenir de mener une étude de validation chez les patients versus un gold standard (coronarographie, coroscanner) / We propose in this thesis a new approach to correct the breast attenuation in SPECT myocardial perfusion imaging. It consists of two parts: -The first is to make the acquired projections consistent with each other. - The second is to weight the corrected attenuated projection during the reconstruction. We conducted a validation of our methods on some examples of myocardial perfusion SPECT imaging simulating the breast attenuation and some examples of real patient studies including: breast attenuation, anterior myocardial infarction, inferior myocardial infarction, anterior myocardial ischemia and inferior myocardial ischemia. The obtained results are encouraging. At this step, it is interesting in the near future to conduct a validation study in patients versus a gold standard (angiography, coroscan).Key words: SPECT, tomographic reconstruction, breast attenuation, Iterative reconstruction, attenuation correction, myocardial perfusion imaging, nuclear medicine

Après traitement d’un AIC par thrombolyse, les lésions ischémiques en diffusion peuvent être réversibles, stables et/ou progresser. Cette thèse a pour objectif d’étudier en IRM ces phénomènes de réversibilité et de progression, de mieux comprendre leur physiopathologie, et d’appréhender le rôle pronostic du volume des lésions en diffusion. La réversibilité en diffusion a été rapportée après recanalisation artérielle, chez l’animal et chez l’homme. Dans notre cohorte de 155 patients, nous avons étudié ce phénomène par une analyse voxel à voxel sur des IRM avant et 24h après thrombolyse. Nous avons montré que la réversibilité des anomalies en diffusion à 24h était fréquente et surtout persistait sur une IRM plus tardive (médiane 54h) pour plus de 70% des voxels [58.0-85.9], suggérant que ce phénomène n’était pas transitoire. De plus, seule la réversibilité permanente était associée à une amélioration neurologique à 24h (OR=1.15, CI95%[ 1.03-1.27], P=0.008 par mL). La substance blanche a été décrite comme plus résistante à l’ischémie sur des modèles murins. Chez l’homme, nous avons confirmé la prédominance en substance blanche des phénomènes de réversibilité, avec une probabilité de régression plus importante pour un voxel de substance blanche que pour un voxel de substance grise. Ces résultats pourraient aider à identifier avant décision thérapeutique les lésions potentiellement réversibles, c'est-à-dire celles prédominant en substance blanche. Même s’il existe une association entre le volume de lésion en diffusion avant traitement et le pronostic fonctionnel à 3 mois, la réversibilité des lésions pourrait remettre en cause les seuils de volume au-delà desquels une revascularisation pourrait être futile. En effet, en limitant la progression des anomalies en diffusion et en favorisant leur régression, la revascularisation pourrait aussi avoir un impact sur le pronostic fonctionnel des patients avec un large volume lésionnel (≥70mL). Dans une population de 267 patients avec un infarctus de l’artère cérébrale moyenne traités par thrombolyse, 54 avaient un volume en diffusion ≥70mL, dont 12(22%) avaient un pronostic fonctionnel favorable à 3 mois. L’odds-ratio de la recanalisation pour le pronostic fonctionnel favorable dans le groupe ≥70mL était de 4.87 [1.15-20.73], P=0.03 en faveur d’un impact positif de la recanalisation même dans ce groupe. En l’absence de reperfusion, les anomalies en diffusion progressent au sein de la pénombre ischémique. Selon le modèle « core/pénombre », cette progression lésionnelle ne doit pas s’accompagner d’une aggravation neurologique. Nous avons formulé l’hypothèse que si elle survenait au-delà de la pénombre (dans des zones asymptomatiques), elle s’accompagnerait d’une détérioration neurologique. La détérioration neurologique précoce non expliquée (absence de transformation hémorragique, d’œdème malin ou d’autre cause identifiable) est observée chez 7% de nos 309 patients thrombolysés. Nous avons validé l’hypothèse initiale d’une progression des anomalies en diffusion au-delà de la pénombre chez ces patients. Par une analyse voxel à voxel, elle était présente chez 9 cas/10 (7-137mL; > 10mL chez 8 cas), et son volume était significativement supérieur à celui des 30 contrôles sans détérioration précoce (P=0.047). De plus, sa topographie était congruente avec les fonctions neurologiques qui s’étaient détériorées. L’ensemble de ces résultats participe à une meilleure compréhension de l’évolution des lésions ischémiques aiguës en IRM de diffusion et offre des perspectives pour adapter la prise en charge individuelle afin d’améliorer le pronostic fonctionnel. / Within the first 24 hours after IV-rtPA, diffusion-weighted ischemic lesions can reverse, remain stable or grow. The aim of this thesis is to study these reversal and growth phenomena, to better understand their pathophysiology and to gain insight into the prognostic value of diffusion lesion volume. Diffusion lesion reversal was reported in animals and humans after arterial recanalization. In our sample of 155 patients, we studied this phenomenon with MRI performed before and 24 hours after thrombolysis using a voxel-based approach. First, we demonstrated that 24 hours diffusion reversal was frequent and sustained on a late MRI (median 54h) for over two-thirds of the voxels. Second, sustained reversal was associated with 24hr neurological improvement (OR=1.15, IC95%[ 1.03-1.27], P=0.008 per 1mL). Animal studies have suggested that white matter is more resistant to ischemia than gray matter. In humans, we confirmed that diffusion lesion reversal was more frequent in white matter than in gray matter and disclosed that white matter voxels were more prone to reverse than gray matter voxels. The amount of white matter in the initial diffusion lesion may therefore be a significant determinant of reversibility. Large diffusion lesion volume is associated with poor outcome. However, revascularization therapy can prevent infarct growth or even promote lesion reversal. It is still unclear whether these treatments are beneficial in patients with large diffusion volumes (≥70mL). In our series including 267 patients with middle cerebral artery stroke treated with thrombolysis, 54 patients had a ≥70mL diffusion volume, of which 12(22%) had a 3 month favorable outcome. Odds-ratio of recanalization for favorable outcome in the ≥70mL group was 4.87 [1.15-20.73], P=0.03 supporting a benefit of recanalization in this subgroup. Diffusion lesions growth is usually located within the ischemic penumbra. We hypothesized that if it occurred beyond its boundaries, it would translate into neurological deterioration. Unexplained early neurological deterioration is frequent (70% of early neurological deteriorations, 7% in our series of 309 thrombolysed patients) and its causes are not well-known (no symptomatic intra cerebral hemorrhage, malignant edema or post-stroke seizure). We confirmed our hypothesis in these patients with diffusion growth beyond the penumbra. This growth occurred in 9 of the 10 studied patients (7-137mL; > 10mL in 8 patients) and it was significantly larger than in the 30 controls with early neurological deterioration (P=0.047). Moreover its topography matched the neurological items that deteriorated. All together, these results contribute to a better understanding of acute ischemic lesions using diffusion-weighted imaging and may offer perspectives to adapt individual patient care.

L’étude du retentissement d’un xénobiotique en général ou d’un médicament en particulier sur la gestation humaine est difficile à appréhender. Elle doit prendre en compte des considérations éthiques, indispensables lors de toute recherche chez la femme enceinte, mais aussi pour le cas de l’induction de la parturition, de la complexité des mécanismes physiologiques impliqués. S’il existe un relatif consensus expérimental à partir de modèles animaux pour évaluer leur retentissement sur la fertilité et l’embryogenèse, il n’y a pas à ce jour d’attitude pour évaluer un risque induit d’un accouchement prématuré. Hors la naissance prématurée est la première cause de mortalité du nouveau-né et concerne quinze millions de naissances par an au niveau mondial. Les étiologies sont multiples : infectieuses dont VIH,grossesses multiples, addictions. La littérature récente fait part aussi de cette problématique pour certains médicaments indispensables comme les inhibiteurs de protéase chez les femmes enceintes infectées par le VIH. Nous avons réalisé trois études spécifiquement chez la femme enceinte : modulation du passage placentaire des inhibiteurs de protéase du VIH, modulation des hormones stéroïdiennes placentaires et materno-foetales par la mifépristone, variation des protéines sériques maternelles dans les jours précédents la parturition. C’est à l’issue de ces travaux que nous émettons plusieurs hypothèses sur l’incidence d’un médicament lors de la parturition humaine et les moyens envisagés pour l’étudier de manière la moins invasive possible. / Effects of a xenobiotic or drug on human gestation are difficult to approach. This is due tonecessary ethical considerations with regards to research on pregnant women as well as thecomplexity of physiological processes involved in the case of induced parturition. While thereis a relative experimental consensus with animal models to assess their impact on fertility andembryogenesis, there is currently no method to assess the risk of induced preterm labor.Preterm labor is the leading cause of newborn deaths at the rate fifteen million births per yearglobally. The etiologies are multiple: infectious including HIV, multiple pregnancies,addictions. Recent publications also discuss this issue in the context of necessary drugs suchas protease inhibitors for HIV infected pregnant women. We realised three studies specificallyin pregnant women: modulation of the placental transfer of protease inhibitors of the HIV,modulation of the feto-maternal and placental steroid hormones by mifepristone, and a studyabout variation of the maternal serum proteins in the previous days of the parturition. Also,regarding our studies and the literature, we make several hypotheses on possible interferencesbetween drugs and human parturition, disturb its signal, and methods proposed for its study ina minimally invasive manner.

L’insuffisance placentaire est une pathologie grave avec un diagnostic souvent trop tardif empêchant la mise en place de thérapeutiques efficaces. Le but de ce travail de Thèse est de développer chez la rate gestante et de transposer à l’Homme des outils d’IRM fonctionnelle (IRMf) placentaire qui permettrait une quantification de la perfusion placentaire en pratique clinique.Matériels et méthodes : Trois études en IRMf font partie de cette Thèse.Les deux premières ont été réalisées sur un modèle murin. Une séquence dynamique avec injection d’un agent de contraste (DCE) a été développée avec une particule de fer de type SPIO dans un modèle chirurgical d’hypoperfusion placentaire chronique, avec mesure de la perfusion placentaire f en ml/min/100ml et de la fraction volumique (Vb) en %. Une autre technique d’IRMf a été développée avec l’Arterial Spin Labeling (ASL) permettant d’estimer la perfusion placentaire en ml/min/100g sans injection de produit de contraste exogène. La dernière étude était une recherche translationnelle. Elle a consisté au développement de séquences de DCE avec injection de chélate de gadolinium, pour obtenir la perfusion f en ml/min/100ml et la fraction volumique en %. Nous avons également étudié, au décours de cette étude, la pharmacocinétique materno-fœtale du chélate de gadolinium.Résultats : Chez l’animal en DCE avec SPIO, notre étude nous a permis de montrer qu'il était possible d'utiliser l’effet T1 des SPIO pour caractériser la microcirculation placentaire par f=159,4 ml/min/100ml (+/- 54,6) et Vb =39,2% (+/- 11,9) pour 31 placentas « normaux ». En cas de RCIU, f diminue significativement pour les 23 placentas étudiés (f= 108,1 ml/min/100ml +/- 41, p=0,004), alors que la fraction volumique placentaire n'est pas modifiée (Vb=42,8% +/- 16,7, p=0,24). L’ASL nous a permis d’estimer la perfusion placentaire pour 47 placentas en condition physiologique, avec une perfusion estimée à 146,8 ml/min/100g (+/- 70,1).Chez l’Homme, 14 placentas ont été étudiés avec une perfusion placentaire globale estimée à 183 ml/min/100ml (+/-144) et nous avons également mis en évidence deux types de cinétique de rehaussement placentaire (précoce et intense et plus tardif et moins intense). La pharmacocinétique nous a permis d'étudier quantitativement le passage du chélate de gadolinium chez le fœtus. Ce passage est faible: par rapport à la concentration initiale du Dotarem®, la concentration sanguine fœtale correspond à 18,1x10-6 %, la concentration dans le liquide amniotique à 242,8 x10-6 % et 0,3 % de la dose initiale de Dotarem® est présente dans le placenta environ 70 heures après l’injection.Conclusion : Ce travail illustre la variété des techniques d'IRM fonctionnelle disponibles pour l'étude du placenta. La perfusion placentaire peut être quantifiée en DCE avec un agent particulaire à base de fer (SPIO) ou sans injection de produit de contraste en ASL chez le rat. L’étude de la perfusion placentaire chez l'Homme est possible en DCE avec les chélates de gadolinium.Mots clés : IRM, DCE, chélates de Gadolinium, ASL, perfusion placentaire, grossesse, placenta, retard de croissance intra-utérin. / Placental insufficiency is a serious medical condition with a diagnosis made usually too late to prevent introduction of effective therapies. The aim of this thesis is to develop, in pregnant rats and translate to humans, functional MRI (fMRI) tools allowing quantification of placental perfusion in clinical practice.Materials and Methods: Three studies using fMRI are part of this thesis. The first two were performed on a murine model. A dynamic sequence with injection of a contrast agent (DCE) has been developed with an iron oxide particle (SPIO) in a surgical model of chronic placental hypoperfusion with placental perfusion measurement (f) in ml / min / 100 ml and placental fractionnal volume (Vb) in %. Another technique of fMRI was developed with Arterial Spin Labeling (ASL) to estimate placental perfusion in ml / min / 100g without injection of contrast media.The latest study was a translational research. It consisted in the development of a dynamic sequence with injection of gadolinium chelate, in order to obtain perfusion (f) in ml / min / 100 ml and placental fractionnal volume (Vb) in %. We also studied maternal and fetal pharmacokinetics of gadolinium chelate.Results: In animals with SPIO DCE, our study allowed us to show that it is possible to use the T1 effect of SPIO to characterize the placental microcirculation by f = 159.4 ml / min / 100ml (+ / - 54.6) and Vb = 39.2% (11.9 +/-) for 31 « normal » placentas. In case of IUGR, f decreases significantly for the 23 examined placentas (f = 108.1 ml / min / 100ml +/- 41, p = 0.004), whereas the volume fraction placenta is not modified (Vb = 42 +/- 16.7 8 %, p = 0.24). ASL has allowed us to estimate placental perfusion for 47 placentas under physiological conditions, with an estimated perfusion of 146.8 ml / min / 100 g (70.1 +/-).In humans, 14 placentas were studied with an estimated perfusion of 183 ml / min / 100ml (+/- 144) and we also identified two types of placental kinetic enhancement (early and intense and later and less intense). Pharmacokinetics have allowed us to study quantitatively the transfer of gadolinium chelate in the fetus. This transfer is low compared to the initial concentration of Dotarem® : fetal blood concentration is 18.1x10-6%, concentration in amniotic fluid is 242.8 x10-6 % and 0.3% of the Dotarem® initial dose is present in the placenta approximately 70 hours after injection.Conclusion: This study illustrates the variety of functional MRI techniques available for placental study. Placental perfusion can be quantified by DCE with an iron oxide particle (SPIO) or without injection of contrast in ASL, in a rat model. The study of placental perfusion in humans is also possible in DCE with gadolinium chelates.

Les infections nosocomiales liées aux dispositifs médicaux, et plus particulièrement ceux de la perfusion, sont un problème majeur dans le milieu hospitalier. Ces infections sont liées à la présence de biofilm. Pour lutter contre le biofilm, les mesures préventives en hygiène ne sont pas suffisantes. Les recherches se dirigent vers la modification des surfaces des matériaux des dispositifs médicaux: ajout de substances biocides, développement de surfaces antiadhésives par voie chimique ou topographique. L’objectif de cette thèse est de créer des polymères nanostructurés pouvant entrer dans la composition de dispositifs médicaux de la perfusion et de tester leur impact sur l’adhésion bactérienne et le développement du biofilm. Dans un premier temps, la technique de nanostructuration choisie repose sur la réplication d’un moule nanostructuré en alumine nanoporeuse qui se caractérise par des nanopores auto-organisés en nid d’abeille. Après avoir mis en place une station d’anodisation permettant la nanostructuration de ce moule, la reproductibilité du procédé de fabrication a été validée (diamètre des pores : 51 ± 6 nm, profondeur: 97 ± 9 nm, espace interpores: 102 ± 6 nm). Ensuite, les travaux de réplication ont été effectués avec le polymère ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène). Plusieurs méthodes de réplication ont été testées à partir de dépôt de solutions de polymères ou de fonte du matériau sur le moule d’alumine. La méthode sélectionnée sur des critères de reproductibilité et de facilité de transposition industrielle donne des nanostructures de type nanopicots (diamètres des picots : 56 ± 7 nm, distances interpicots : 101 ± 16 nm, longueurs : 73 ± 33 nm). Les surfaces développées sont ensuite caractérisées (MEB, DSC analyse calorimétrique différentielle, spectrométrie Infra Rouge, angle de contact). La fabrication des nanostructures ne semble pas dégrader le matériau ABS et la modification topographique rend la surface plus hydrophile. Une étude de stabilité montre que les nanostructures résistent à plusieurs modes de stérilisation (oxyde d’éthylène, plasma H2O2 et rayon Beta) et sont conservés dans le temps, ce qui les rend applicables à la surface d’un dispositif médical. La seconde étape du travail consiste à évaluer l’adhésion bactérienne sur les surfaces témoins et nanostructurées. Différents tests de culture de biofilm ont été réalisés avec S. epidermidis en conditions statique ou dynamique. Après un temps de 3 à 48h, les bactéries sont décrochées de la surface puis dénombrées sur gélose. Il n’y a pas de différence significative d’adhésion bactérienne entre les deux types de surface. L’observation en microscopie électronique à balayage et confocale à 24h semble confirmer ce résultat. Des tests réalisés avec d’autres souches bactériennes (S. aureus, K. pneumoniae, P. aeruginosa) en condition statique montrent également que l’adhésion est également identique sur les deux surfaces. Par conséquent, nous pouvons conclure que nos surfaces ABS développées avec ces nanopicots spécifiques n’ont pas un effet anti-adhésion sur les bactéries testées. Des recherches récentes mettent en évidence que l’espacement entre les nanopciots est un facteur critique sur l’adhésion bactérienne. L’étape suivante de notre travail consiste à tester de nouvelles nanostructures réalisées avec un moule AAO ayant une distance interpore plus grande. / Medical device-related infections are a public health concern and an economic burden. The role of biofilms in medical device-related infections is clearly established. Preventive hygiene measures are not often sufficient to prevent biofilms formation. One promising way of preventing device-related infections is the development of medical devices with surfaces or materials that reduce either microbial viability using biocidal substances or microbial adhesion with topographical modifications.Developing nanostructured polymeric surfaces, which could have applications in medical devices, and testing their impact on bacterial adhesion and biofilm development were the main goals of this thesis. First of all, the polymer was replicated on an aluminum anodized oxide nanostructured mold (AAO), characterized by highly ordered nanopores. An anodization station was made in order to create molds. Then, the reproducibility of the process fabrication was validated (pore diameter: 51 ± 6 nm, deepness 97 ± 9 nm, interpore espace: 102 ± 6 nm). Several replication techniques with ABS were tested including polymers solutions and melted polymers. The selected method was the one with the most reproducible results pillar diameter: 56 ± 7 nm, interpillar distance: 101 ± 16 nm, length: 73 ± 33 nm) and the most representative of industrial injection processes. The created surfaces were then characterized (MEB, DSC, ATR-FTIR, wettability). The fabrication process does not seem to degrade the ABS material and the topographical change increases the hydrophilicity of the surface. A stability study showed that the nanopillars were resistant to several sterilization processes (ethylene oxide, H2O2 plasma, Beta irradiation) and were maintained through time, which is an important element for applications in medical-devices.The second step of our work consisted of assessing bacterial adhesion on control and nanostructured ABS samples. Several biofilm tests were made with S. epidermis in static and dynamic conditions. Between 3 and 48 hours of culture, bacteria were removed from the surfaces and then viable plate counting was performed. No significant differences were observed between the samples. Microscopic observations (MEB, CSLM) seemed to confirm this result. Other bacteria with different morphologies were tested (S. aureus, K. pneumoniae, P. aeruginosa): bacterial adhesion was similar for the two surfaces. Therefore, we can conclude that our developed ABS surfaces with these specific nanopillars do not have an anti-adhesion effect on the tested bacteria. Recent researches showed that spacing between nanopillars is a critical factor on bacterial adhesion. The following step of our work would be to test new nanostructures using AAO molds with bigger interpore distance.