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

Le besoin clinique de nouvelles stratégies pour pallier les limites des techniques actuelles dans le cas de régénération osseuse a permis l’émergence de l’ingénierie tissulaire osseuse. Les stratégies basées sur les techniques d’ingénierie tissulaire semblent être une alternative à l’utilisation de greffes et ainsi de s’affranchir des limites qu’elles présentent. L’approche adoptée dans le cadre de cette thèse consiste en le développement et l’utilisation d’hydrogels comme matériaux d’échafaudage pour le comblement et la régénération de tissus osseux. De nombreuses approches utilisant elles aussi des hydrogels existent, chacune possède ses avantages et limites. Dans ce contexte, nos travaux ont consisté en l’utilisation d’un hydrogel non-polymérique comme matériau de base dans le développement des stratégies. Brièvement, plusieurs types cellulaires sont présents au sein du tissu osseux et vont participer aux processus de formation et de régénération osseuse. L’objectif de nos stratégies a été l’apport de cellules souches exogènes puis leur différenciation en cellules ostéoformatrices, ou le recrutement et la différenciation des cellules de l’hôte en cellules ostéoformatrices. Le gel de GNF a été utilisé comme matrice tridimensionnelle pour ses propriétés d’injectabilité, de gélification en l’absence d’agent de réticulation toxique et son potentiel ostéoinducteur. Ce travail a consisté au développement de stratégies pour l’ingénierie tissulaire osseuse en associant le gel de GNF à une matrice naturelle de collagène cellularisée ou à des molécules bioactives pour promouvoir la régénération de lésions osseuses. Ces travaux ont permis de développer et caractériser des stratégies pertinentes pour la régénération de lésions osseuses basées sur l’utilisation d’hydrogels. / New strategies to overcome the clinical limitations of current techniques for bone defect filling and regeneration has led to the involvement of bone tissue engineering. Indeed, strategies based on tissue engineering techniques seem to be an alternative to the use of grafts and thus to defeat their limits. The approach employed in this thesis consists in development and use of hydrogels as scaffold materials for bone defect filling and regeneration. There are many approaches that also use hydrogels, each one with its advantages and limitations. In this context, our work consisted in the use of a non-polymeric hydrogel as basic material in the development of strategies for bone tissue engineering. Briefly, several cell types are present within bone tissue and will participate in the processes of bone formation and regeneration. The objective of our strategies was the contribution of exogenous stem cells and then their differentiation into osteogenic cells or the recruitment and differentiation of the host cells into osteogenic cells within the material. The GNF gel was used as a three-dimensional matrix considering its properties of injectability, gelation in the absence of toxic crosslinking agent and its osteoinductive potential. The goal was to develop strategies for bone tissue engineering by combining the GNF gel with a natural matrix of cellular collagen or bioactive molecules to promote the regeneration of bone lesions. This work allowed to develop and characterize strategies relevant to the regeneration of bone lesions based on the use of hydrogels.

Thèse doctorat : Images & Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 177-183. Bibliographie de l'auteur p. 193-194.

Thèse de doctorat : Ingénierie Cellulaire et Tissulaire : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Odontologie. Biologie cellulaire et ingénierie tissulaire : Nantes : 2007. / Bibliogr.

Thèse de doctorat : Ingénierie Cellulaire et Tissulaire : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 86-104. Publié aussi en version électronique.

Les facteurs de transcription de type MADS-box représentent des acteurs de premier plan des réseaux de régulation du développement des fleurs et des fruits. Parmi ces régulateurs, la classe D est formée par des régulateurs apparentés aux protéines AGAMOUS qui ont été décrites pour leur implication dans le développement de l'ovule, de la graine et du funicule. On recense deux gènes MADS-box de classe D dans le génome de la tomate: Sl-AGL11 et Sl-MBP3. Des études d'expression par qPCR ont montré que les deux gènes étaient exprimés lors du développement précoce du fruit, mais dans des territoires distincts. Sl-MBP3 est plutôt exprimé dans le placenta et le gel loculaire tandis que Sl-AGL11 est davantage exprimé dans la graine. Ces profils d'expression distinctifs ont été confirmés et affinés grâce à des lignées de tomates exprimant le gène GUS sous le contrôle des promoteurs Sl-MBP3 et Sl-AGL11. Ainsi dans les lignées pSl-MBP3 ::GUS le signal GUS se concentre dans le gel loculaire tandis que les lignées pSl-AGL11 ::GUS le signal est restreint à l'embryon et l'albumen de la graine . Le rôle fonctionnel des gènes Sl-AGL11 et Sl-MBP3 a été alors exploré grâce à différentes lignées de tomate sur-exprimant ou sous-exprimant les deux gènes MADS-box. La surexpression de Sl-AGL11 engendre des modifications spectaculaires de la structure des fleurs et des fruits, notamment la conversion des sépales en organes charnus capables de mûrir sous le contrôle de l'éthylène. Ces lignées présentent aussi une hypertrophie du placenta au détriment de l'espace loculaire, un ramollissement extrême des tissus qui survient prématurément bien avant le mûrissement. De plus, la teneur en amidon et en sucre des sépales et fruits est considérablement accrue. Une analyse transcriptomique par RNA-seq des sépales et des fruits sur-exprimant Sl-AGL11 a mis en évidence l'ampleur de la reprogrammation métabolique induite par l'expression ectopique de Sl-AGL11, laquelle affecte principalement les gènes de la photosynthèse et les gènes de la paroi. La surexpression de Sl-MBP3 aboutit à des phénotypes similaires à ceux observés avec Sl-AGL11, mais de manière plus modérée. La sous-expression de Sl-AGL11 par une approche RNA interférence n'a pas permis de mettre en évidence de phénotypes clairs, à l'exception d'une légère réduction de la taille des graines. A contrario, la répression ciblée de Sl-MBP3 engendre un défaut de différentiation du gel loculaire résultant en une absence de 'jus' accompagnée d'une augmentation de la fermeté des fruits. La répression simultanée de Sl-AGL11 et Sl-MBP3 aboutit elle aussi à l'absence de gel loculaire et à des fruits plus fermes, mais engendre aussi des phénotypes additionnels tel que la réduction de la taille des fruits et des graines ainsi qu'une altération de leur capacité germinative. L'ensemble de ces résultats suggère qu'en plus de leur implication dans la mise en place de la graine, les deux facteurs MADS de classe D de tomate régulent le développement précoce du fruit. En particulier, le gène Sl-MBP3 semble avoir acquis au cours de l'évolution un rôle additionnel en devenant un régulateur majeur de la différentiation du tissu loculaire. / MADS-box genes encode transcription factors that are key elements of the genetic networks controlling flower and fruit development. Among these, the class D clade gathers AGAMOUS-like genes involved in seed, ovule and funiculus development. Tomato genome contains two class D genes: Sl-AGL11 and Sl-MBP3. Transcript accumulation analysed by qPCR indicated that Sl-AGL11 and Sl-MBP3 are both expressed at early fruit development but with distinct territories: Sl-MBP3 being highly expressed in the placenta and the locular gel while Sl-AGL11 expression peaked in the seeds. This expression patterning was confirmed in tomato plants expressing promoter-Sl-MBP3-GUS fusion which displayed high GUS signal in the locular gel while in promoter-Sl-AGL11-GUS lines the signals was restricted to seed embryo and endosperm. The functional significance of Sl-AGL11 and Sl-MBP3 was then addressed through RNAi-silencing and ectopic expression strategies. Overexpression of Sl-AGL11 induced the conversion of sepals into carpelloid fleshy organs that undergo ripening, which is reminiscent of the phenotypes observed for class C TAG1 and TAGL1 MADS-box genes. In addition, Sl-AGL11-overexpressing fruits exhibited a marked hypertrophy of the placenta, a reduction of the locular space, and an extreme softening that occurs well before ripening. Moreover, starch and soluble sugar contents were substantially higher in these fruits and fruit-like sepals, corroborating their conversion into a fleshy organ with similar metabolic reorientations. RNA-Seq analyses performed on young fruits and sepals confirmed the metabolic reprogramming induced by the ectopic expression of Sl-AGL11 among which cell wall-related and photosynthetic genes seem to be the most strongly impacted. Over-expression of Sl-MBP3 in tomato resulted in phenotypes similar to those observed with Sl-AGL11 ectopic expression suggesting functional redundancy of the two class D tomato genes. While the RNAi-mediated specific downregulation of Sl-AGL11 did not show any obvious phenotype, Sl-MBP3 specific downregulation resulted in fruits lacking locular gel formation. Conversely, Sl-MBP3-silenced fruits showed an increased firmness. At last, the simultaneous down-regulation of Sl-AGL11 and Sl-MBP3 expression also triggered the loss of gel formation and increased firmness; but it resulted in marked reduction in fruit size and a decrease in seed number, size and germination capacity. Altogether, these results suggest that, in addition to the well-established role in seed development of class D MADS-box genes, Sl-AGL11 and/or Sl-MBP3 strongly affect fleshy fruit development and quality traits, notably by impacting the differentiation of the locular gel.

Le chitosane présente des propriétés biologiques (biocompatibilité, biorésorbabilité, bioactivité) idéalement adaptées à des applications en ingénierie tissulaire. Dans cette étude partenariale (Programme ANR TECSAN 2010 ChitoArt), nous avons travaillé à l'élaboration d'hydrogels physiques de chitosane à propriétés physico-chimiques et biologiques variées et contrôlées, sans utilisation d'agents de réticulation externes. Ces hydrogels sont envisagés sous forme de tube mono ou pluri-membranaires pour une utilisation en tant que substituts vasculaires de petit diamètre (<6mm). En effet, l'ingénierie vasculaire présente, encore de nos jours, de nombreuses limitations lorsqu'il est question de vaisseaux de petits calibres. Notre démarche consiste en la modulation des paramètres structuraux (degré d'acétylation, masse molaire) et environnementaux (concentration du bain de gélification, du collodion) intervenants dans le procédé d'élaboration des hydrogels pour atteindre les critères physiques, biologiques et mécaniques compatibles avec cette application. L'étude morphologique des hydrogels par Cryo-Microscopie Électronique à Balayage (Cryo-MEB), via une méthode de préparation originale a permis une meilleure compréhension de l'organisation micro-structurale et multi-échelle des hydrogels de chitosane. Cette approche fondamentale a été couplée à une évaluation in vivo des propriétés biologiques des hydrogels ainsi qu'a des caractérisations mécaniques des substituts vasculaires. En particulier, l'évaluation de la suturabilité de nos substituts a mené au développement d'une formulation donnant lieu à des hydrogels physiques de chitosane suturables ayant fait l'objet d'un dépôt de brevet (N° de dépôt FR1363099). Le contrôle et la modulation des paramètres d'élaboration des hydrogels ont permis l'obtention de substituts vasculaire cellularisables et respectant les exigences (suture, compliance, résistance à l'éclatement) concernant leur implantation in vivo / Chitosan presents biological properties (biocompatibility, bioresorbability, bioactivity) ideally suited for tissue engineering. In this partnership study (ANR TECSAN 2010 ChitoArt program), we worked at the elaboration of physical chitosan hydrogels presenting various and controlled physicochemical and biological properties, without any external crosslinkers. These hydrogels are envisioned under mono- or poly-membranous tubes for small diameter vascular substitutes (<6mm) purposes. Indeed, vascular engineering presents, even today, numerous limitations for small calibre vessels. Our strategy consists in the modulation of both structural (degree of acetylation, molar mass) and environmental (neutralization bath and collodion composition and concentration) parameters involved in hydrogels elaboration process in order to reach physical, biological and mechanical requirements suitable for this application. The study of hydrogels morphology by Cryo-Scanning Electron Microscopy (Cryo-SEM), using an original sample preparation method led to a better comprehension of chitosan hydrogels fine structure and multi-scale organization. This fundamental approach was conducted through the in vivo biological evaluation of hydrogels but also to mechanical characterizations of vascular substitutes. In particular, our substitutes were evaluated in term of suture retention resulting in the development of a formulation that led to suturable physical chitosan hydrogels, which were protected by a patent (Deposit number: FR1363099). Hydrogels elaboration parameters control and modulation have resulted in the development of colonisable vascular substitutes matching their in vivo implantation requirements (suture retention, compliance, burst pressure)