La transplantation d’îlots permet la restauration d’une insulino-sécrétion endogène chez les patients diabétiques de type 1 par greffe allogénique et limite les conséquences métaboliques d’une pancréatectomie en cas d’autogreffe. Le site de référence intrahépatique présente néanmoins de nombreuses limites. Dans le cadre d’autogreffe, le risque hémorragique accru chez les patients récemment opérés liée à l’injection nécessairement conjointe des îlots et d’héparine en intraportal doit faire privilégier une technique de greffe mini invasive. De nombreux sites d’implantation ont été décrits. L’hypothèse de ce travail de thèse était que la voie intramusculaire offrirait par rapport à la voie portale, l’avantage de simplifier l’acte de transplantation, de réduire le traumatisme pour le patient et d’améliorer la viabilité des îlots en limitant les processus inflammatoires immédiats et en optimisant les processus de néo-vascularisation.Dans une première partie, nous avons pu démontrer, dans un model préclinique, que le site intramusculaire permet la survie, la revascularisation et la sécrétion des îlots autogreffés. Nous avons décrit une technique de greffe permettant d’ameliorer le contrôle glycémique d’animaux autogreffés après pancréatectomie totale. Bien qu’inférieure à la voie intraportale, les tests fonctionnels nous ont permis de valider le site intramusculaire pour la greffe d’îlots autologues. Dans une deuxième partie, nous décrivons un cas clinique original confirmant la possible transposition en clinique de l’autogreffe d’ilots en intramusculaire après pancréatectomie partielle. Ce cas clinique, confirme la faisabilité et suggère son innocuité. Il était cependant difficile dans ce contexte de pancréatectomie partielle d’établir un rapport entre l’absence de développement de diabète et la greffe. Pour ce faire, nous décrivons dans une troisième partie, une étude pilote sur l’évaluation de la fonction des îlots autogreffés dans le muscle chez 8 patients ayant subi une pancréatectomie partielle. Dans ce but nous avons comparé la sécrétion d’insuline après stimulation par l’arginine mesurée simultanément dans le bras greffé et le bras non greffé après l’autogreffe par des tests de stimulation à l’arginine. Malgré une faible quantité d’ilots greffés, nous avons documenté une fonction primaire du greffon chez plus de la moitié des patients, ainsi que sa persistance à plus d’un an. Enfin, nous avons également montré que le gradient d’insulinémie entre le bras greffé et le bras systémique était corrélé avec la masse d’ilots greffés.Le muscle est donc un site phare pour le développement d’un site alternatif lors de greffe d’ilots intramusculaire. Le site intramusculaire permet un formidable site d’évaluation des îlots. Cette procédure, résolument mini-invasive, est particulièrement attractive par son extrême accessibilité aux biopsies, à l’imagerie et aux explantations. Cette accessibilité permet d’élargir les indications de greffe telles que l’autogreffe d’îlots provenant de pancréas tumoraux. / The liver may not be an optimal site for islet transplantation due to obstacles by an instant blood-mediated inflammatory response (IBMIR), and low revascularization of transplanted islets. Therefore, intramuscular islet transplantation (IMIT) offers an attractive alternative, based on its simplicity, enabling easier access for noninvasive graft imaging and cell explantation. In this study, we explored the outcome of autologous IMIT in the minipig (n = 30). Using the intramuscular injection technique, we demonstrated by direct histological evidence the rapid revascularization of islets autotransplanted into the gracilius muscle. Islet survival assessment was performed using immunohistochemistry staining for insulin and glucagon up to a period of 6 months. Furthermore, we showed the crucial role of minimizing mechanical trauma to the myofibers and limiting exocrine contamination. Intramuscular islet graft function after transplantation was confirmed by documenting the acute insulin response to intravenous glucose in 5/11 pancreatectomized animals. Graft function after IMIT remained however significantly lower than the function measured in 12 out of 18 minipigs who received a similar islet volume in the liver through intraportal infusion. Collectively, these results demonstrated in a clinically relevant preclinical model, suggest IMIT as a promising alternative to intraportal infusion for the transplantation of β cells in certain medical situations.

Addiction is a chronic relapsing disorder for which there is no effective treatment. This may reflect our lack of understanding of the psychological and neural mechanisms that support the transition, in vulnerable individuals, from recreational drug use to compulsive drug seeking habits. Over the last decade clinical and preclinical studies have begun to shed light on the psychological and neural basis of the individual vulnerability to cocaine addiction, but despite the epidemic in opiates addiction in the USA and incremental opioid drug abuse and addiction in the UK, heroin addiction has hitherto been under-investigated. Using a novel preclinical model of compulsive heroin seeking behaviour in which some rats self-administering heroin persist in responding under a second-order schedule of reinforcement despite punishment (Chapter 3), the experiments in this thesis investigated the psychological, behavioural, neural and cellular mechanisms involved in the vulnerability to develop compulsive heroin seeking. Chapter 4 aimed to identify behavioural traits, such as anxiety, stress reactivity or decision making, that predict an increased vulnerability to develop compulsive heroin seeking. Chapter 5 aimed to characterise the neural and cellular correlates of heroin seeking habits, and compulsivity. Based on the combination of hotspot analysis, quantitative PCR, RNAscope and western-blot analyses, the data presented demonstrate that compulsive habits are associated with a differential pattern of cellular plasticity within corticostriatal networks, and are preceded by diverse cellular adaptations, especially in the striatum, in vulnerable individuals. Finally, chapter 6 further investigated the cellular specificity of the observed adaptations in experiments that revealed exposure to heroin and cocaine, triggers a downregulation of the dopamine transporter preferentially in astrocytes, and not in neurons as previously thought. The results presented in this thesis offer new insights into the neural and cellular basis of the vulnerability to develop compulsive heroin seeking, a key feature of opioid addiction.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23601号 / 医博第4788号 / 新制||医||1055(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 羽賀 博典, 教授 戸井 雅和, 教授 伊藤 貴浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Le cancer de l'ovaire est la première cause de décès par cancer gynécologique. Cette thèse avait pour objectif la prospection de nouvelles solutions thérapeutiques fondées sur la délivrance prolongée d'agents anti tumoraux à l'aide de systèmes macromoléculaires de synthèse. L'un des obstacles majeurs était la disposition d'un modèle de tumeur pertinent chez l'animal. Après un examen bibliographique des connaissances acquises, le deuxième chapitre examine le potentiel d'un panel de xénogreffes dérivées de tumeurs ovariennes humaines directement greffées chez la souris immunodéprimée. Il est montré que les principales caractéristiques phénotypiques et moléculaires des tumeurs originales sont maintenues au niveau des greffes. Les résultats traduisent la présence d'une hétérogénéité intra-tumorale et d'une oligoclonalité au niveau des tumeurs primaires. L'ensemble confirme l'importance du choix du modèle tumoral pour l'évaluation de nouveaux traitements et l'étude des mécanismes aboutissant aux rechutes de la maladie et au développement d'une chimiorésistance. Un troisième chapitre traite l'exemple d'un système de délivrance prolongée fondé sur le couplage d'un agent antitumoral modèle, la doxorubicine, associé de diverses manières à un vecteur macromoléculaire biorésorbable, le poly(L-lysine citramide). Le premier conjugué obtenu par couplage direct sur le vecteur étant trop stable, divers systèmes ont été conçus pour obtenir la libération souhaitée. L'utilisation d'un bras espaceur clivable de type ester-hydrazone a fourni le meilleur résultat. Pour pallier la complexité de ces conjugués, une stratégie innovante fondée sur le piégeage de la doxorubicine dans une gélatine artificielle à base de poly(N-acryloyl glycinamide) est prospectée qui devrait permettre l'utilisation simultanée de plusieurs principes actifs piégés temporairement par voie physique dans un gel adhésif et fournir des solutions mieux adaptées aux contraintes cliniques des traitements intrapéritonéaux. / Ovarian carcinoma is the most lethal gynecologic malignancy. The aim of this PhD thesis was to develop new therapeutic approaches based on novel synthetic macromolecular drug delivery systems for intraperitoneal chemotherapy. These objectives were limited by the requirement of reliable tumor models for experimental studies. After a concise review of knowledge published in the literature, the potential interest of the establishment of a collection of tumor grafts derived from samples of human tumors is examined in a second chapter. Data show that the major phenotypic and genotypic features of the original tumors are maintained in the xenografts. They also confirm the importance of this tumor model to test new drugs and to analyze intratumoral heterogeneity and oligoclonality in primary ovarian carcinoma. The collection will be also helpful to study the mechanisms leading to disease recurrences and resistance to chemotherapies. An example of drug delivery system based on the different associations of a model chemotherapeutic drug (doxorubicin) with a bioresorbable macromolecular vector, namely poly(L-lysine citramide), is addressed in a third chapter. Direct amid linkage in the first conjugate was too stable with respect to antitumoral cytotoxicity desired after in vivo administration and different systems were generated subsequently to increase drug release in tumor deposits. The best results were obtained with a hydrazone cleavable spacer containing an ester group. To overcome the complexity of these conjugates, a novel strategy based on doxorubicin entrapment in a synthetic gelatin made of (poly(N-acryloyl glycinamide) is developed. This strategy should allow physical temporary entrapment of different drug molecules in a adhesive gel and could provide new solutions to the therapeutic challenges of intraperitoneal administration.

Preclinical testing is necessary to investigate the safety and efficacy of novel therapeutics before moving to clinical trials, yet approximately 90% of these therapies fail once tested in humans. This has led to increased interest in developing robust preclinical models that accurately mimic the complex human in vivo physiology. Microfluidic devices that can introduce dynamic conditions to 3D cell/organoid cultures, also known as tissue-on-a-chip, have emerged as physiologically relevant in vitro preclinical models that can achieve high throughput screening of therapeutics. The research presented here aimed to develop an angiogenic environment within a novel microfluidic device to stimulate formation of endothelial networks that will eventually be integrated into a vascularized tumor model for screening chemotherapeutics. The novel microfluidic devices were fabricated using photolithography to create a patterned mold, casting polydimethylsiloxane (PDMS) over the mold, and bonding patterned PDMS to a glass slide. Three sets of experiments were then conducted, with each introducing different angiogenic stimuli to human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) co-cultured with human dermal fibroblasts (HDFs) within the devices. The first set of experiments sought to develop a standard protocol for plating human cells in the novel microfluidic device and to investigate if the mechanism of nutrient transport and interstitial flow would induce an angiogenic response resulting in endothelial network formation. A working protocol was developed but it was determined that further development of an angiogenic environment within the device was necessary to stimulate endothelial network formation. The second set of experiments investigated if seeding HUVECs in a peripheral channel of the device and introducing a concentration gradient of vascular endothelial growth factor (VEGF) would stimulate endothelial network formation directed by a growth factor gradient, similar to angiogenesis in vivo. This was repeated under hypoxic conditions to more accurately mimic the in vivo angiogenic environment, but significant endothelial network formation was not observed and seeding of HUVECs in the peripheral channel presented no perceptible improvements. The final set of experiments investigated if v returning HUVECs to the center chamber in local co-culture with HDFs and exposing devices to hypoxic conditions would provide the necessary angiogenic environment to stimulate endothelial network formation within the microfluidic device. Lack of quantifiable endothelial network formation in the final set of experiments led to an analysis of 3D HUVEC colony formation, however, no statistically significant trends were discovered. Even though no significant differences were found, these experiments succeeded in developing a protocol for plating human cells in the novel microfluidic device that can be translated to the tumor side of the Microphysiological Systems lab. From these experiments we can also conclude that co-cultures of HUVECs and HDFs can survive and form into colonies within the novel microfluidic device but additional angiogenic stimuli are necessary to develop robust endothelial networks. Based on the current literature and knowledge gained throughout the experiments presented here, several suggestions are presented to potentially stimulate angiogenesis and develop endothelial networks in the device such as increasing cell densities, varying length of incubation, introducing mediators of angiogenesis like nitric oxide, and addition of tumor cells.

Stable porcine ES cell lines have not been succesfully established yet. Ability to selfrenew or to differentiate has been limited in different porcine ES-like cell lines so far. PiPSCs represent an alternative to pESCs. PiPSCs can be generated by reprogramming of somatic cells by introduction of several transcription factors on viral vectors and were established by several groups. However, the majority of piPS cell lines depend on transgene expression because of incomplete reprogramming and weak activation of endogenous pluripotency genes. Transgene expression can infuence differentiation potential of piPSCs. Therefore, we have used integrative and reexcisable PiggyBac transposons to generate viral free piPSCs. At the same time, small molecules (low-molecular inhibitors) with potential to increase reprogramming efficiency and to activate endogenous pluripotency genes were used in the reprogramming media. This strategy has a potential for generation of naive piPSCs. Successful excision of transgenes would generate transgene-free piPSCs with uncompromised differentiation potential. Pig (Sus Scrofa) is at the same time an important animal model in preclinical stage research of the diseases. Somatic cells used for generation of piPSCs were isolated from pigs carrying mutated huntingtin. Integration of the...

L'objectif de ce travail de recherche est le développement, la mise au point et la validation d'une méthode de spectroscopie multi-modalités en diffusion élastique et autofluorescence pour caractériser des tissus cutanés cicatriciels hypertrophiques in vivo. Ces travaux sont reposés sur trois axes. La première partie des travaux présente l'instrumentation : développement d'un système spectroscopique qui permet de réaliser des mesures de multimodalités in vivo de manière automatique et efficace. Des procédures métrologiques sont mise en place pour caractériser le système développé et assurer la repétabilité les résultats de mesure. La deuxième partie présente une étude préclinique. Un modèle animal et un protocole expérimental ont été mises en place pour créer des cicatrices hypertrophiques sur lesquelles nous pouvons recueillir des spectres à analyser. La troisième partie porte sur la classification des spectres obtenus. Elle propose des méthodes algorithmiques pour débruiter et corriger les spectres mesurés, pour extraire automatiquement des caractéristiques spectrales interprétables et pour sélectionner un sous-ensemble de caractéristiques "optimales" en vue d'une classification efficace. Les résultats de classification réalisée respectivement par trois méthodes (k-ppv, ADL et RNA) montrent que la faisabilité d'utiliser la spectroscopie bimodale pour la caractérisation de ce type de lésion cutané. Par ailleurs, les caractéristiques sélectionnées par notre méthode montrent que la cicatrisation hypertrophique implique un changement de structure tissulaire et une variation de concentration de porphyrine / This research activity aims at developing and validating a multimodal system combining diffuse reflectance spectroscopy and autofluorescence spectroscopy in characterizing hypertrophic scar tissues in vivo. The work relies on three axes. The first part concerns the development of an automatic system which is suitable for multimodal spectroscopic measurement. A series of calibration procedures are carried out for ensuring the reliability of the measurement result. The second part presents a preclinical study on an animal model (rabbit ear). An experimental protocol was implemented in order to create hypertrophic scars on which we can collect spectra to analyze. The third part deals with the classification problem on the spectra obtained. It provides a series of algorithmic methods for denoising and correcting the measured spectra, for automatically extracting some interpretable spectral features and for selecting an optimal subset for classification. The classification results arched using respectively 3 different classifiers (knn, LDA and ANN) show the ability of bimodal spectroscopy in characterization of the topic skin lesion. Furthermore, the features selected my selection method indicate that the hypertrophic scarring may involve a change in tissue structure and in the concentration of porphyrins embedded in the epidermis

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.