Mon travail de thèse, débuté en septembre 2005, a été consacré au développement de l’émergente technique d’imagerie par spectrométrie de masse ToF-SIMS. Une première partie de ce travail a été orientée vers des aspects fondamentaux avec l’utilisation d’une source d’ions fullerènes comme faisceau d’ions primaires, mais aussi comme faisceau de pulvérisation. Le but était d’éprouver la possibilité de réaliser une imagerie 3D sur des échantillons biologiques par spectrométrie de masse ToF-SIMS. Une seconde partie de mon travail de thèse a été consacrée à l’utilisation de la technique proprement dite. Différents domaines d’application ont été étudiés, comme l’archéologie, avec l’analyse de la composition des patines recouvrant les statues rituelles de la tribu Dogon (Mali) ou l’étude de la dégradation de cheveux de momies chinoises. Un troisième projet a consisté à analyser in situ les surfactines, une famille de cyclodepsipeptides amphiphiles, sur des profils de colonisation de surface de Bacillus subtilis. Cette analyse qualitative par imagerie ToF-SIMS a été complétée par une analyse quantitative par spectrométrie de masse MALDI-TOF. Enfin, le dernier projet mis en œuvre durant ma thèse concerne la recherche de biomarqueurs lipidiques de la stéatose hépatique non alcoolique chez l’humain. Les résultats ont mis en évidence la complémentarité de l’imagerie par spectrométrie de masse avec d’autres techniques permettant la localisation de composés ciblés, comme la coloration histologique. Les résultats de cette thèse démontrent que l’imagerie par spectrométrie de masse ToF-SIMS peut être appliquée dans des domaines aussi divers que l’archéologie, la microbiologie ou la médecine. / My PhD’s work has been devoted to the development of the emergent technique ToF-SIMS imaging. The first part of my work was dedicated to fondamental aspects with the use of a fullerene ion source as a primary ion beam or sputtering ion beam. We expected to realize 3D imaging. The second part of my work consisted to applications of the mass spectrometry imaging. Several application fields were studied, as archeology as with the analysis of patina of the Dogon statuary or chinese mummy hair. A third project was dedicated to the in situ biomarker research from human liver biopsies. The goal of this study was to identify a potential lipid biomarker of the non-alcoholic fatty liver disease. The last part of this manuscript is devoted to the in situ qualitative and quantitative analysis of surfactins (a family of heptacyclodepsipeptides) on a Bacillus subtilis swarming community. We combined ToF-SIMS imaging for qualitative analysis and localization of surfactins within the swarming pattern and MALDI-TOF mass spectrometry for the quantification of these species. The results ot this PhD’s work show that ToF-SIMS imaging could be applied to various fields of research as archeology, microbiology and medicine.

Thèse de doctorat : Mécanique et énergétique : INPL : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Mécanique et énergétique : INPL : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Bioingénierie - Biomatériaux : INPL : 2008. Thèse de doctorat : Bioingénierie - Biomatériaux : Université de Sichuan - Chine Populaire : 2008. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 80. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 59-67. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le psoriasis est une maladie inflammatoire qui touche 3% de la population¹[exposant],² et qui induit une hyperprolifération des kératinocytes. De nos jours, il existe de nombreux traitements pour le psoriasis, mais aucun ne s'avère curatif. Des recherches pour mieux comprendre la maladie sont toujours en cours. Grâce à la culture cellulaire, il est aujourd'hui possible de construire des modèles tridimensionnels par la méthode d'autoassemblage. Ces modèles, composés d'un épiderme et d'un derme, reproduisent en partie le phénotype psoriasique du patient donneur. Ces substituts actifs métaboliquement⁴[exposant],⁵ peuvent être utilisés afin d'évaluer l'activité antipsoriasique in vitro de nouveaux médicaments. Des recherches antérieures effectuées par les experts de l'entreprise Lucas Meyer Cosmetics ont démontré différentes activités biologiques d'ingrédients ayant un lien avec le psoriasis. Ces ingrédients sont actuellement utilisés dans les cosmétiques pour d'autres applications, mais pourraient devenir utiles dans des formulations cosméceutiques accompagnant les traitements du psoriasis. Le but de cette recherche était donc de cibler, parmi les différents ingrédients sélectionnés, celui ayant le meilleur potentiel antipsoriasique dans le but de développer des cosméceutiques adaptés à la pathologie du psoriasis. Pour ce faire, des tests MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) et SRB (Sulforhodamine B) ont été effectués sur des kératinocytes psoriasiques afin de déterminer leur potentiel antiprolifératif en monocouche ainsi que de définir les concentrations à tester sur le modèle tridimensionnel. Les substituts sains et psoriasiques ont ensuite été créés grâce à la méthode d'autoassemblage et les actifs ayant le meilleur potentiel antiprolifératif ont ensuite été testés à deux concentrations différentes. Parmi les huit ingrédients initiaux, un seul a présenté une action antiproliférative significative sur les substituts psoriasiques aux deux concentrations. Afin de valider son effet sur la prolifération et la différenciation des kératinocytes, des analyses par immunofluorescence permettant de visualiser des marqueurs de différenciation et de prolifération ont été effectuées. Cela a permis de constater que l'ingrédient en question agit à la fois sur la prolifération et la différenciation des kératinocytes. / Psoriasis is an inflammatory disease affecting 3%¹[superscript],²[superscript],⁵ of the population, which induces hyperproliferation of keratinocytes. Nowadays, there are multiple treatments for psoriasis, but none of them are curative and the understanding of the disease is still in progress. According to tissue engineering techniques, it is now possible to reconstruct 3D skin substitutes according to the self-assembly method, showing dermis and epidermis that keep the patient psoriatic phenotype. These metabolically active substitutes can be used to test the antipsoriatic activity of new drugs. Previous studies from Lucas Meyer Cosmetics have shown results on different mechanisms of action related to psoriasis. Those ingredients are already used for other applications like dryness and redness but could be useful for skincare adapted to psoriatic skin. This could help the efficiency of the treatments and the decrease of side effects. MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) and SRB (Sulforhodamine B) assays were performed on psoriatic keratinocytes to determine the active ingredient concentration for the 3D experiment. Psoriatic and healthy skin substitutes have been reconstructed according to the self-assembly method and the molecules have been added to the culture medium to evaluate their antipsoriatic activity. Among the eight initial ingredients, one of them showed a significant antiproliferative action on psoriatic substitutes for the two concentrations tested. Living epidermis thickness has been measured and immunofluorescence of Ki-67 and involucrin have been performed to determine the effects on hyperproliferation. The results showed that the ingredient acts both on the proliferation and on the differentiation of keratinocytes.

Les récessions gingivales, définies par le déplacement des tissus parodontaux apicalement à la jonction énamo-cémentaire, ont un impact considérable sur la qualité de vie. Le but du traitement de ces récessions est de prévenir la douleur, la sensibilité dentaire, la perte de vitalité dentaire et les caries radiculaires. Le traitement de référence de ces récessions est l'utilisation d'un tissu autologue provenant du palais. Cependant, cela comporte de nombreuses contraintes. L'anatomie palatine peut limiter la quantité de tissu disponible et la douleur post-opératoire sera plus importante car il existe un deuxième site opératoire. Pour surpasser ces contraintes, une procédure non invasive est hautement recommandée. Ce projet de recherche démontre que des cellules autologues (fibroblastes et cellules épithéliales) ensemencées sur une membrane biodégradable permettent de créer une muqueuse orale prête à être greffée. Après leur isolement et leur ensemencement dans une matrice coUagénique, les fibroblastes adhèrent et colonisent tout l'espace disponible au niveau de cette matrice coUagénique. La croissance des fibroblastes est importante lorsqu'ils sont ensemencés dans cette matrice. Cette croissance est dépendante du temps. D'un autre côté, les cellules épithéliales ensemencées sur la matrice adhèrent et colonisent la portion supérieure de cette dernière. Dans des conditions appropriées, les cellules épithéliales prolifèrent et se stratifient, donnant ainsi un epithelium kératinisé. Les résultats d'une co-culture (matrice coUagénique ensemencée avec des fibroblastes puis des cellules épithéliales) démontrent la création d'une muqueuse orale produite par génie tissulaire qui pourrait être utilisée pour le traitement des récessions. / Gingival recessions, defined as the displacement of the marginal tissue apical to the cementoenamel junction, have a considerable impact on day-to-day life and quality of life. The aim of gingival recession treatments, is to prevent pain, tooth sensitivity, loss of vitality of teeth and root caries. The gold standard for treating gingival recession is the use of autologous palatal tissue graft. However, this is hampered by significant limitations such as multiple areas requiring tissue grafts, palatal anatomy that may limit the amount of autologous tissue that can be collected, increased invasive pain related to the presence of two surgical sites. To overcome these limitations, a non-invasive procedure is highly recommended. This research proposal is aimed at demonstrating that autologous gingival cells (fibroblasts and epithelial cells) in combination with a safe biodegradable biomaterial can be used to engineer oral mucosa tissue for grafting. Following their extraction and seeding into a collagen matrix, human gingival fibroblast adhere and populate almost all available space in the scaffold. The cell growth assessment showed that fibroblasts significantly proliferate when seeded into the collagen matrix. The fibroblasts growth tends to be time dependent. On the other hand, human gingival cell cultured onto the collagen matrix showed that these cells adhere and populate the upper layers of the scaffold. Having appropriate growth conditions, epithelial cells proliferate and stratify. Epithelial structure was significantly improved when epithelial cells were cultured onto connective tissue (collagen matrix populated with gingival fibroblasts). Altogether, the results point out the usefulness of engineered oral mucosa tissue as an alternative to replace damaged gingiva.

La construction d'une paroi de vessie par génie tissulaire nécessite d'abord la compréhension de l'organe que l'on désire reproduire. La vessie est un organe complexe du corps humain et fait partie intégrante du système urinaire. L'objectif de mon travail est de produire un tissu vivant imperméable, résistant et manipulable qui pourrait un jour servir à reconstruire ou à agrandir la vessie d'un modèle animal puis chez l'humain. La technique utilisée est la méthode d'auto-assemblage mise au point au LOEX. Celle-ci permet la superposition de différents types cellulaires sans l'utilisation d'une matrice exogène. Le tissu ainsi produit pourrait être complètement autologue. La mise au point de cette technique pour le tissu urologique et son évaluation doit se faire sur plusieurs aspects. Macroscopiquement, le tissu doit être manipulable, continu et résistant. Microscopiquement, il doit s'agir de cellules en bon état et de morphologie normale. Finalement, la fonctionnalité du tissu reconstruit peut être évaluée en testant sa perméabilité. La mise au point d'un tissu répondant à toutes nos attentes in vitro pourrait permettre son application in vivo chez un modèle animal.

Il existe un besoin clinique pour les prothèses vasculaires de faible diamètre (< 6 mm), notamment pour effectuer des pontages vasculaires. Les prothèses synthétiques de faible diamètre, n’ayant pas d’endothélium, sont sujettes à la thrombose. Ainsi les chirurgiens préfèrent utiliser les vaisseaux autologues des patients. Pour cela, la veine saphène est de loin la plus utilisée. Cependant, de nombreux patients n’ont pas de vaisseaux adéquats, soit parce qu’ils ont déjà été utilisés, soit parce qu’ils sont malades. Pour pallier ce manque, le LOEX a développé un substitut vasculaire reconstruit en laboratoire par la méthode d’auto-assemblage du génie tissulaire. Ces substituts, faits à partir de cellules humaines, ont une longue période de production et ne peuvent être faits à l’avance ni préservés. L’objectif principal de cette thèse est le développement d’une prothèse vasculaire de faible diamètre facilitant le transfert du laboratoire vers la clinique. S’inspirant de travaux antérieurs, les travaux focalisent sur des prothèses obtenues à partir de fibroblastes dermiques humains puis décellularisés. Comme la réponse immunitaire se fait principalement contre les cellules et non pas contre la matrice extracellulaire, la décellularisation permet de gagner une compatibilité immunitaire inter-individu, voire inter-espèce. Ainsi, des prothèses ont été implantées dans six rats pendant six mois sans immunosuppression avec un taux de succès de 83%. Les explants présentaient une infiltration cellulaire suggérant la formation d’une nouvelle media recouverte d’un endothélium. Par ailleurs, nous avons démontré qu’il était également possible de produire des prothèses de grandeur et diamètre adéquats pour une utilisation clinique. Ces prothèses ont été préservées durant trois mois sans altérer leurs propriétés mécaniques. Nous avons également endothélialisé des vaisseaux qui ont ensuite été conditionnés en bioréacteur durant une semaine. Le processus entraînait une compaction de la matrice extracellulaire et un gain dans la résistance à la traction du matériau. En conclusion, les prothèses vasculaires décellularisées offrent deux avantages majeurs facilitant ainsi les essais précliniques et accélérant leur transfert du laboratoire vers les patients. / There is a clinical need for small-diameter vascular prostheses (< 6 mm), particularly for coronary and femoro-popliteal bypasses. Small-diameter synthetic vascular prostheses, comprising no endothelium, present an unacceptable risk of thrombotic occlusion. For this reason, it is preferable to use autologous vessels from the patients. The saphenous vein is the gold standard for most bypasses. However, many patients have diseased vessels or vessels that have already been used. For these reasons, the LOEX has developed a tissue-engineered blood vessel using the method of self-assembly. Such vessels have a long period of production and cannot be made in advance and stored. Moreover, obstacles slow down the realization of preclinical studies; indeed, given the use of human cells, either new autologous animal models must be developed or experimental animals must be immunosuppressed. The main objective of this thesis is to optimize a small-diameter tissue-engineered blood vessel in order to accelerate the translation from the laboratory to a clinical setting. Inspired by previous work, the studies presented in this thesis have focused on vessels produced from human dermal fibroblasts which were then decellularized. Since the immune response is mostly directed against cells and not against the extracellular matrix, the decellularization allows inter-individual and inter-species immunological compatibility. We have successfully implanted five out of six non-immunosuppressed rats for a period of 6 months. Explants presented cellular infiltrations suggesting the formation of a new media covered by a confluent endothelium. We have thereby shown that vessels of an appropriate length and diameter could be produced for clinical applications. These vessels were preserved for up to three months without showing any sign of mechanical degradation. We have also endothelialized such vessels that were conditioned for one week in a bioreactor. The process led to a compaction of the extracellular matrix and an increase in the ultimate tensile strength. In conclusion, the possibility of making the decellularized vessels in advance and to use them in various preclinical animal models could greatly accelerate the clinical translation from the laboratory to patients.