Le besoin clinique de greffes alternatives pour le remplacement des vaisseaux sanguins de petit diamètre a stimulé l'émergence du domaine de l'ingénierie tissulaire vasculaire. Des constructions tubulaires ont été développées au cours des dernières décennies en combinant des échafaudages (structures 3D composées de matrices décellularisées, polymères naturels ou synthétiques), des cellules (cellules adultes ou souches) et des signaux régulateurs (nutriments, facteurs de croissance et / ou stimuli mécaniques) visant à mimer les propriétés de la paroi vasculaire. Le gel de collagène constitue un échafaudage couramment utilisé dans le domaine puisqu'il s'agit de la principale protéine de la paroi vasculaire et qu'il contient donc des signaux structurels et biochimiques inhérents pour favoriser la formation des tissus in vitro. Le Laboratoire de biomatériaux et de bioingénierie de l'Université Laval possède une expertise sur l'extraction de la protéine, la production et la caractérisation de gels tubulaires cellulaires à base de collagène et le groupe rapporte des avancées significatives dans la fabrication d'un modèle tri-culture répliquant les trois couches de la paroi vasculaire. Un inconvénient récurrent de l'utilisation de polymères naturels pour la composition des échafaudages repose sur les faibles propriétés mécaniques résultant de leur processus d'extraction. De plus, la structure et la composition organisées des vaisseaux sanguins confèrent un comportement mécanique unique qui orchestre parfaitement la propagation du sang dans tous les tissus du corps. Cette structure et ce comportement complexes sont difficiles à reproduire dans des constructions d'ingénierie tissulaire et cela a fait l'objet d'intenses recherches au cours des cinquante dernières années. Dans cette optique, l'objectif de cette thèse de doctorat était de concevoir et développer différentes stratégies pour renforcer les gels tubulaires à base de collagène pour des applications vasculaires. Les stratégies étudiées dans cette thèse ont été conçues pour maintenir la similitude biologique du modèle avec le tissu natif et ainsi, aucun composant synthétique ou produit chimique n'a été introduit. Le renforcement des gels tubulaires à base de collagène a été exploré en modifiant différents composants impliqués dans leur préparation: suspension cellulaire, solution de collagène et maturation. Une densité d'ensemencement cellulaire supérieure à celle couramment trouvée dans la littérature, l'incorporation de recombinamers de type élastine (ELR) dans l'échafaudage et la stimulation mécanique dans un bioréacteur de perfusion ont amélioré les propriétés mécaniques des constructions et la raison commune en était l'augmentation de la production d'ECM. Une densité d'ensemencement cellulaire égale ou supérieure à 1.5 x 10⁶ cellules/mL, un échafaudage composé de 70 % de collagène et 30 % de ELR (w %) et la stimulation mécanique dans un bioréacteur de perfusion pendant la maturation sont les conditions suggérées dans chaque stratégie pour la fabrication de modèles de parois vasculaires. En outre, une plate-forme physiologiquement pertinente pour la fabrication et la maturation in situ d'un modèle de paroi vasculaire avancé a été développée, constituant une alternative précieuse pour le test de nouveaux médicaments, technologies et dispositifs endovasculaires et pour l'étude du processus patho/physiologique se produisant dans ce tissu. / The clinical need for alternative grafts for the replacement of small diameter blood vessels stimulated the emergence of the vascular tissue engineering field. Tubular constructs have been developed in the last decades by combining scaffolds (3D structures composed of decellularized matrices, natural or synthetic polymers), cells (adult or stem cells) and regulatory signals (nutrients, growth factors and/or mechanical stimulus) aiming to mimic the properties of the vascular wall. Collagen gel is one common scaffold used in the field since it is the main protein of the vascular wall and therefore it contains inherent structural and biochemical cues to promote tissue formation in vitro. The Laboratory for Biomaterials and Bioengineering of Laval University has an expertise on the extraction of the protein, production, and characterization of cellularized collagen-based tubular gels. Furthermore, the group has been reporting significant advancements in the fabrication of a tri-culture model replicating the three layers of the vascular wall. One recurrent drawback of using natural polymers for composing the scaffolds relies on the low mechanical properties resulted from their extraction process. In addition, the organized structure and composition of blood vessels imparts a unique mechanical behavior which perfectly orchestrate the blood propagation into all tissues of the body. This complex structure and behavior are challenging to reproduce in tissue engineered constructs and this has been a subject of intense research during the last fifty years. In this light, the objective of this doctoral thesis was to design and develop different strategies to reinforce collagen-based tubular gels for vascular applications. The strategies investigated in this thesis were designed to maintain the biological similarity of the model with the native tissue and so, no synthetic components or chemicals were introduced. The reinforcement of collagen-based tubular gels was explored by altering different components involved in their preparation: cell suspension, collagen solution and maturation. Cell seeding density higher than the commonly found in literature, the incorporation of elastin-like recombinamers (ELR) in the scaffold and the mechanical stimulation in a perfusion bioreactor improved the mechanical properties of the constructs and the common reason of that was the increase in the ECM production. Cell seeding density equal or higher than 1.5 x 10⁶ cells/mL, a scaffold composed of 70 % collagen and 30 % ELR (w %) and the mechanical stimulation in a perfusion bioreactor during maturation are the conditions suggested in each strategy for the fabrication of vascular wall models. Furthermore, a physiologically relevant platform for the in situ fabrication and maturation of an advanced vascular wall model was developed constituting a valuable alternative for the testing of new drugs, technologies and endovascular devices and for the investigation of patho/physiological process occurring in this tissue.

La maladie d'Alzheimer (MA) constitue la cause de démence la plus répandue à travers le monde, pour laquelle il n’existe aucun traitement à ce jour. La MA est une maladie neurodégénérative associée à une détérioration progressive de la mémoire et au déclin cognitif, menant ultimement à la perte des fonctions exécutives. Cette maladie se caractérise principalement par l'accumulation et l'agrégation de la protéine neurotoxique bêta-amyloïde (Aβ) dans la neurovasculature et le parenchyme cérébral, coïncidant avec la dysfonction et la dégénérescence des neurones. Malheureusement, les causes exactes de la maladie demeurent inconnues. Toutefois, des études ont souligné le dysfonctionnement de la vasculature cérébrale et de l’immunité innée dans la pathophysiologie de la MA, soit deux systèmes biologiques cruciaux pour le maintien de l’homéostasie au cerveau. Afin d’étudier leurs rôles dans les cascades neurodégénératives observées dans la MA, nous avons réalisé trois études distinctes visant à moduler la fonctionnalité de ces deux systèmes biologiques importants. Pour ce faire, nous avons employé diverses approches, d’abord chirurgicale pour induire la défaillance de la vasculature cérébrale, ensuite pharmacologique dans le but de réguler la réponse immunitaire au cerveau, et enfin, en modélisant deux facteurs de risques majeurs associés à la MA, soit l’âge et la diète riche en gras, afin d’identifier les mécanismes régissant la dysfonction de ces systèmes. Les résultats de ces trois études constituant cette thèse soulignent le rôle crucial de la vasculature cérébrale et de l’immunité innée dans le maintien de l’homéostasie au cerveau, impliquant non seulement l’élimination de l’Aβ, mais également la régulation de la réponse inflammatoire, favorisant ainsi un environnement sain pour les neurones. En ce sens, nos résultats suggèrent que leur défaillance contribuent inévitablement à l’initiation des cascades neurodégénératives observées dans la MA. Les retombées de ces travaux auront sans nul doute approfondi notre compréhension de cette terrible maladie. / Alzheimer's disease (AD) constitutes the most common cause of dementia worldwide, for which there is no curative treatment to date. AD is a neurodegenerative disease associated with progressive memory impairment and cognitive decline, which ultimately leads to the loss of executive functions. The main pathological hallmark is the accumulation and aggregation of the neurotoxic amyloid-beta (Aß) peptide within the neurovasculature and the brain parenchyma, coinciding with the dysfunction and degeneration of neurons. Unfortunately, the exact causes of AD remain unknown. However, several studies have highlighted the dysfunction of the cerebral vasculature and innate immunity in the pathophysiology of AD, which are two crucial biological systems for homeostasis in the brain. To investigate their implications in neurodegenerative cascades observed in AD, we conducted three separate studies to modulate the function of these important biological systems. To this end, we used various approaches, first surgical to induce cerebral vasculature dysfunction, then pharmacological in order to regulate the immune response in the brain, and finally, we modeled two major risk factors associated with AD, namely age and high fat diet, in order to identify mechanisms underlying the dysfunction of these systems. Our results obtained from these studies that constitute this thesis emphasize the crucial role of the cerebral vasculature and innate immunity in the maintenance of homeostasis in the brain, involving, on one hand, the elimination of Aß and, on the other hand, the regulation of the inflammatory response, thus promoting a healthy environment for neurons. As such, our results suggest that their dysfunction will inevitably contribute to the initiation of neurodegenerative cascades observed in AD. The impact of this work will undoubtedly deepen our understanding of this terrible disease.

Les maladies cardiovasculaires représentent une des principales causes de décès dans le monde et différentes actions sont en place depuis des décennies pour comprendre les mécanismes d’action de ces maladies et leur impact sur le corps humain. Dans l’optique de venir en aide aux personnes souffrant de ces maladies, le génie tissulaire vasculaire émerge comme une technologie prometteuse afin de favoriser la régénération des tissus et des organes endommagés. Cependant, les modèles issus du génie tissulaire, en plus d’être biologiquement et chimiquement comparables au tissu natif, doivent également présenter des propriétés mécaniques permettant aux modèles de répondre aux différentes fonctions physiologiques. Dans cette optique, il est nécessaire de concevoir, optimiser et développer une série d’essais permettant de vérifier les performances mécaniques des constructions regénérées. De nombreuses approches ont été déployées dans ce domaine contenant chacune ses avantages et ses inconvénients, mais il n’existe pas, à l’heure actuelle, aucun standard sur le protocole des essais mécaniques à préconiser avec un échantillon spécifique. Dans ce contexte, le projet de ce mémoire a été de concevoir et de valider des protocoles de caractérisation mécanique non-conventionnels appliqués spécifiquement à des tissus vasculaires. Tout d’abord, un protocole pour la caractérisation mécanique de gels de collagène en configuration plane à été développé. Ensuite, ce protocole à été étendu pour la modélisation numérique afin d’étudier l’applicabilité d’un modèle poro-viscoélastique. Par la suite, des protocoles expérimentaux ont été développés afin de permettre la densification de gel de collagène ainsi que leur caractérisation mécanique. Enfin, une caractérisation expérimentale d’aortes de souris calcifiées à été réalisée. Dans son ensemble, l’étude exécutée dans le cadre de cette maîtrise à permis l’approfondissement des connaissances dans le domaine de la caractérisation mécanique des tissus mous viscoélastiques. Ce mémoire présente également d’autres techniques de caractérisation mécanique pour différents types de tissus vasculaires. D’autres protocoles de tests développés dans le cadre de collaboration avec d’autres groupes de recherche sont décrits dans ce mémoire. / Cardiovascular diseases represent one of the principal causes of death worldwide. It is therefore of high importance to improve our understanding of their mechanisms of action and their impact on health. To help people suffering from these diseases, tissue engineering is emerging as a promising technique for developing regenerated constructs to replace diseased tissues and organs. However, apart from being biologically compatible, the developed construct also needs to have mechanical properties like the one of native tissues. It is therefore necessary to perform mechanical characterization on the tissue engineered construct to validate its suitability. When it comes to mechanical characterization, a lot of approaches are used by different research groups as there is absolutely no standard in this field. In this context, the objective of this thesis is to develop and validate non-conventional mechanical characterization protocols specific to soft tissues for vascular application. First, a testing protocol was developed to characterize disk-shaped collagen gel samples. Secondly, the same collagen gel, but in tubular geometry, were densified and also characterized. Finally, a mechanical testing protocol and device was developed in order to characterize very small caliber blood vessels, such as mouse aortas. This thesis also presents other techniques for mechanical characterization used for vascular tissue, as along with protocols developed in the process of external collaboration with different research groups.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les nerfs et les vaisseaux sanguins sont souvent associés. De plus, il a été démontré que les nerfs périphériques peuvent induire les vaisseaux sanguins cutanés à se différencier dans un phénotype artériel. Nous avons développé par génie tissulaire le premier modèle d'étude tridimensionnel permettant l'analyse in vitro de la formation de pseudocapillaires (capillary-like tubule; CLT) sur un réseau nerveux préétabli. Les cellules neurales ont induit une augmentation de 27 % du nombre de pseudocapillaires formé dans les tissus reconstruits. Cet effet était aboli par l'utilisation de K252a, un inhibiteur de TrkA, B, et C, les récepteurs respectifs du NGF, du BDNF et du NT-3. De plus, nous avons démontré qu'en ajoutant 10 ng/ml de NGF, 0.1 ng/ml de BDNF, 15 ng/ml de NT-3 et 50 ng/ml of GDNF en absence de cellules neurales, une augmentation majeure de 40 à 80% du nombre de CLT était induite. Collectivement, nos résultats suggèrent que les cellules neurales peuvent induire l'angiogenèse en sécrétant des facteurs neurotrophiques. De plus, nous démontrons pour la première fois que le NT-3 et le GDNF peuvent induire l'angiogenèse in vitro.

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

La segmentation des structures vasculaires dans les images médicales est une étape complexe mais fondamentale pour l'aide au diagnostic et au traitement. Dans ce contexte, les techniques de traitement d'images facilitent la tâche des experts médicaux en minimisant les interactions manuelles tout en réduisant la variabilité inter-opérateurs. Nous présentons tout d'abord un état de l'art des méthodes de segmentation vasculaire 3D organisé suivant trois axes: modèles géométriques et d'apparence, primitives extraites des images et schémas d'extraction. Nos travaux se focalisent sur une problématique particulièrement complexe, la segmentation des artères coronaires en imagerie tomodensitométrique 3D. Nous proposons un modèle géométrique axial, évalué dans l'image grâce à une primitive fondée sur le flux de gradient à fort pouvoir discriminant et faible coût calculatoire. Nous dérivons ensuite un modèle bayésien récursif appris de façon non paramétrique sur une base de segmentations manuelles. Nous proposons enfin deux schémas d'extraction. Le premier met en œuvre une procédure d'optimisation discrète sur graphe fondée sur la propagation de chemins minimaux 4D (position spatiale 3D de l'axe vasculaire plus rayon associé). Il exploite une nouvelle métrique cumulative dérivée de notre modèle bayésien. Notre deuxième schéma repose sur une approche de suivi stochastique par méthode de Monte-Carlo séquentielle estimant la distribution a posteriori de notre modèle bayésien. Une attention particulière est donnée à la robustesse et l'efficacité calculatoire de nos algorithmes. Ceux-ci sont évalués qualitativement et quantitativement sur une base de données cliniques de grande taille.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1983. N°: 137.

Les microangiopathies cérébrales regroupent une large variété de maladies de petits vaisseaux dont l'étiologie diffère, mais dont l'une des principales caractéristiques est la neurodégénérescence et le déclin cognitif accompagnés par une activation de la réponse inflammatoire. Les microangiopathies cérébrales sont à l'origine des microlésions qui participeraient à la démence vasculaire (DVa) et dont la prévalence augmente dans la maladie d'Alzheimer (MA). Les démences affectent particulièrement les femmes et malheureusement, il n'existe aucun traitement curatif. L'inflammation associée aux microangiopathies cérébrales engage l'activation des microglies et le recrutement de monocytes. Ces derniers se divisent en deux sous-types, les monocytes classiques qui sont activement retrouvés au niveau des sites inflammés et contribuent à la réponse inflammatoire et les monocytes non-classiques impliqués dans le maintien de l'homéostasie vasculaire. Le rôle des monocytes non-classiques dans la pathogenèse des microangiopathies cérébrales reste cependant inconnu. Ainsi, nous postulons que les microangiopathies cérébrales modulent la cascade neurodégénérative en régulant l'inflammation et les fonctions neurovasculaires dépendamment du sexe biologique. Nous avons développé trois objectifs majeurs, à savoir l'impact des microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales sur l'amyloïdopathie de la MA ainsi que le rôle des monocytes non-classiques dans deux types de microangiopathies cérébrales soit les microangiopathies cérébrales sporadiques et l'angiopathie amyloïde cérébrale (AAC) associée à la MA. Bien que plusieurs études aient montré la présence de microlésions associées aux microangiopathies cérébrales dans la MA aucune ne permet de mettre en évidence une corrélation entre les deux pathologies ce qui fait donc l'objet de notre première étude. C'est pourquoi nous avons induit dans un premier temps des microinfarctus chez des souris transgéniques APP/PS1 mâles et femelles âgés de 5 mois, un âge qui représente le stade précoce de la pathologie amyloïde s'apparentant à la MA chez ces souris, et évalué l'impact sur l'amyloïdopathie, la cognition, le débit sanguin cérébral, l'inflammation et l'expression de Dickkopf-1 (DKK1) à l'aide de techniques variées. Nos résultats indiquent que l'amyloïdopathie de la MA et les microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales évoluent en parallèle. En effet, l'induction des microinfarctus chez les souris APP/PS1 ne développant que l'amyloïdopathie, via l'obstruction des artérioles cérébrales pénétrantes par des microemboles, réduit le dépôt d'amyloïde β (Aβ) chez les deux sexes étudiés. Ceci pourrait être le résultat de l'activation et du recrutement de cellules inflammatoires, microglies et monocytes non-classiques, retrouvées au niveau des plaques d'Aβ et des sites lésionnels associés aux microinfarctus. De plus, le blocage des artérioles perforantes impacte différemment le débit sanguin cérébral chez les deux sexes, dont sa régulation optimale est essentielle au bon fonctionnement cérébral. En effet, les mâles présentent une hypoperfusion en phase aiguë et une hyperperfusion en phase chronique après microlésions, ce qui montre une dérégulation à long terme du débit sanguin cérébral. Ceci pourrait participer aux déficits cognitifs rapides et prolongés observés. Au contraire, les femelles présentent une hypoperfusion en phase aiguë qui se normalise en phase chronique ce qui montre une dérégulation transitoire du débit sanguin cérébral et expliquerait en partie le recouvrement des capacités cognitives. D'autre part, l'expression de DKK1, une protéine jouant un rôle central dans la MA et les ischémies, est fortement induite au niveau des sites lésionnels dans le cerveau des souris mâles APP/PS1, tandis que son expression était réduite chez les femelles. Cette différence d'expression résulterait en un déclin cognitif rapide et prolongé chez les mâles et un déclin lent et transitoire chez les femelles, puisque DKK1 est une protéine inhibitrice de la voie canonique Wnt impliquée dans le maintien des fonctions cérébrales. Nos résultats suggèrent que les microinfarctus multifocaux aggravent le déclin cognitif associée à l'amyloïdopathie de la MA chez les jeunes mâles comparativement aux jeunes femelles qui sont protégées, probablement par les hormones sexuelles féminines indépendamment de la déposition de l'Aβ via la modulation du couplage neurovasculaire, de la réponse inflammatoire et de l'expression de DKK1 qui est physiologiquement réprimée par les œstrogènes. Le rôle des monocytes non-classiques retrouvés aux sites lésionnels après microangiopathies cérébrales reste méconnu et a fait l'objet des deux études suivantes. Nos investigations ont été menées sur des souris chimériques qui nous permettent de suivre les monocytes dérivés de la moelle osseuse grâce à l'expression d'un gène rapporteur, green fluorescent protein (GFP) et de manipuler leurs fonctions. Nos résultats indiquent que la dérégulation des fonctions des monocytes non-classiques exacerbe le dysfonctionnement neurovasculaire après microangiopathies cérébrales. Toutefois, leur stimulation en utilisant le muramyl dipeptide (MDP) qui est un agent immunomodulatoire synthétique, améliore les fonctions neuronales en préservant l'intégrité microvasculaire, permettant ainsi le recouvrement des capacités mnésiques. Ceci démontre que la stimulation des monocytes non-classiques pourrait être une avenue thérapeutique à explorer pour le traitement des microangiopathies cérébrales. Dans ce sens, la troisième étude dans cette thèse visait à étudier le rôle des monocytes non-classiques dans la modulation de l'AAC associée à la MA chez la souris APP/PS1. En effet, dans cette étude nous résultats montrent que la stimulation des monocytes non-classiques avec l'ARA290 qui est un analogue non-érythropoïétique durant les stades précoces de l'amyloïdopathie associée à la MA réduit l'AAC ainsi que le dépôt d'Aβ dans le parenchyme du cerveau des souris APP/PS1. Ceci a été accompagné par une amélioration des capacités cognitives des souris associée à une augmentation de la fréquence des monocytes non-classiques dans la circulation sanguine. En utilisant l'imagerie intravitale, nous avons démontré que les monocytes non-classiques sont impliqués dans l'élimination des microagrégats vasculaires d'Aβ. La déplétion spécifique des monocytes non-classiques en utilisant des souris chimériques a atténué les effets bénéfiques du ARA290. Ensemble, ces résultats nous communiquent de nouvelles informations quant au rôle des interactions immunovasculaires après microangiopathies cérébrales dans la pathobiologie et le traitement des démences. / Cerebral microangiopathies include a wide variety of diseases of the small vessels whose etiology differs, but one of their main characteristics is neurodegeneration and cognitive decline accompanied by an activation of the inflammatory response. Cerebral microangiopathies are at the origin of the microlesions that contribute to vascular dementia (VaD) and whose prevalence increases in Alzheimer's disease (AD). Dementia particularly affects women and unfortunately, there is no curative treatment. Inflammation associated with cerebral microangiopathies includes activation of microglia and recruitment of monocytes. The latter are divided into two subtypes, classical monocytes which are actively found at the inflamed sites, actively contributing to the inflammatory response, and non-classical monocytes involved in the maintenance of vascular homeostasis. The role of non-classical monocytes in the pathobiology and therapy of cerebral microangiopathies remains unknown. Thus, we postulate that cerebral microangiopathies modulate the neurodegenerative cascade by regulating inflammation and neurovascular functions depending upon the biological sex. We have developed three major objectives, namely the impact of microinfarctions associated with cerebral microangiopathies on amyloid-β (Aβ) pathology in AD as well as the role of non-classical monocytes in two types of cerebral microangiopathies, the sporadic cerebral microangiopathies and cerebral amyloid angiopathy (CAA) associated with AD. Although several studies have outlined the presence of microlesions associated with cerebral microangiopathies in AD, none allows assessing the correlation between the two pathologies, which is therefore the subject of our first study. For this purpose, we induced first microinfarcts in 5-month-old male and female APP/PS1 transgenic mice, an age representing the early stage of AD-like pathology in these mice, and evaluated the impact on Aβ pathology, cognition, cerebral blood flow (CBF), inflammation, and Dickkopf-1 (DKK1) expression using of various techniques. Our results indicate that Aβ pathology and microinfarcts associated with cerebral microangiopathies evolve in parallel. Indeed, the induction of microinfarcts in APP/PS1 mice developing only Aβ pathology, via the obstruction of penetrating cerebral arterioles by microemboli, attenuates Aβ deposition in both sexes studied. This could be the result of the activation and recruitment of inflammatory cells, microglia and non-classical monocytes, found at the level of Aβ plaques and lesion sites associated with microinfarctions. In addition, blockage of perforating arterioles impacts differently the CBF in the two sexes, whose optimal regulation is essential for cerebral functions. Indeed, males exhibit acute-phase hypoperfusion and chronic-phase hyperperfusion after microlesions, indicating long-term deregulation of the CBF. This could contribute to the rapid and prolonged cognitive deficits observed. In contrast, female mice exhibit hypoperfusion in the acute phase that normalizes in the chronic phase, outlining a transient deregulation of the CBF and would partly explain the recovery of cognitive abilities. On the other hand, the expression of DKK1, a protein playing a central role in AD and ischemic injury, is strongly induced at the lesion sites in the brain of male APP/ PS1, while its expression was reduced in females. This difference in expression would result in a prolonged cognitive decline in males and a slow and transient decline in females, as DKK1 is an inhibitor of the canonical Wnt pathway involved in maintaining cerebral functions. Our results suggest that multifocal microinfarcts worsen cognitive decline associated with amyloid Aβ pathology in AD in young males compared to young females who are protected, probably by female sex hormones independently of amyloid deposition via modulation of neurovascular coupling, inflammation, and expression of DKK1 that is physiologically repressed by estrogens. The role of non-classical monocytes found at the lesion sites after cerebral microangiopathy remains unknown and was the subject of the two following studies. Our investigations were carried out in chimeric mice which allow tracking monocytes derived from the bone marrow through the expression of a reporter gene, green fluorescent protein (GFP) and to manipulate their functions. Our results indicate that deregulation of the function of non-classical monocytes exacerbates neurovascular dysfunction following cerebral microangiopathies. However, their stimulation using muramyl dipeptide (MDP), which is a synthetic immunomodulatory agent, improves neuronal functions by preserving microvascular integrity, thus allowing the recovery of memory capacities. This demonstrates that stimulation of non-classical monocytes could be a therapeutic avenue to explore for the treatment of cerebral microangiopathies. In this direction, the third study in this thesis aims to investigate the role of non-classical monocytes in the modulation of CAA associated with AD in APP/PS1 mice. Indeed, in this study our results show that stimulation of non-classical monocytes using ARA290 that is a non-erythropoietic analogue during the early stages of Aβ pathology in AD, reduces CAA as well as Aβ deposition in the brain parenchyma of APP/PS1 mice. This was accompanied by an improved cognitive capacity of APP/PS1 mice associated with an increased frequency of non-classical monocytes in the blood circulation. Using intravital imaging, we demonstrated that non-classical monocytes are involved in the clearance of vascular Aβ microaggregates. Specific depletion of non-classical monocytes using chimeric mice attenuated the beneficial effects of ARA290. Together, these results allow us to provide new insights into the role of immune-vascular interactions after cerebral microangiopathies in the pathobiology and treatment of dementia.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Comme dans le cancer, les maladies vasculaires à remodelage (MVR) sont caractérisées par un déséquilibre métabolique appelé paradoxe de Warburg (glycolyse augmentée par rapport à l'oxydation du glucose), une augmentation de cytokines circulantes et de facteurs de croissance comme TNF "tumor necrosis facton" et PDGF "platelet derived growth factor" favorisant la prolifération et la résistance à l'apoptose des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Les mécanismes permettant la durabilité de ce phénotype demeurent inconnus. Dans le cancer, ces anomalies résultent en partie de l'activation inappropriée du facteur de transcription HIF-1 "hypoxia inducible factor 1". Comme TNF et PDGF sont acceptés comme activateurs de HIF-1, nous avons émis l'hypothèse que l'activation de HIF-1 joue un rôle critique dans le mécanisme pathophysiologique des MVR. En utilisant des approches multidisciplinaires et translationnelles, nous avons démontré chez des CMLV d'artère carotide humaine que PDGF et TNF favorisent le paradoxe de Warburg, leur prolifération et leur résistance à l'apoptose. In vivo, nous avons démontré dans les artères carotides de rat que l'inhibition de HIF-1 par la transfection d'un ARN interférence localisé ou par l'injection d'un inhibiteur de TNF prévenaient le remodelage post-angioplastie de l'artère carotide. Nos découvertes démontrent pour la première fois l'implication de HIF-1 dans le processus de remodelage et nous proposons HIF-1 comme une nouvelle cible thérapeutique des MVR. Finalement, comme les MVR et le cancer possèdent plusieurs similarités, nos découvertes ne sont pas restreintes aux maladies vasculaires et ouvrent de nouvelles avenues dans la recherche du cancer.

Cette thèse comprend deux études de Tomographie par Émission de Positrons qui ont respectivement été effectuées auprès de sujets sains et de patients ayant subi un accident vasculaire-cérébral (AVC). L'objectif principal de ces expériences était de comparer les circuits cérébraux impliqués dans l'imagination et l'exécution physique de mouvements du membre inférieur à différents stades de l'apprentissage d'une séquence motrice. Tel qu'attendu, les données de la première étude auprès de sujets sains démontrent qu'avec la pratique physique, le patron de changements dynamiques de flot sanguin observé lors de l'exécution d'une séquence explicite de mouvements du pied est très semblable lors de l'évocation mentale de cette même séquence. Cependant, les résultats de la seconde expérience démontrent que les patrons de changements de flot sanguin associés à la pratique physique sont différents chez les patients porteurs d'une lésion striato-capsulaire que ceux obtenus pour les contrôles. Ainsi, nos données suggèrent qu'un dommage striato-capsulaire nuit à l'apprentissage d'une séquence motrice explicite. De plus, il semble que le réseau cérébello-cortical normalement impliqué dans ce genre d'acquisition motrice ne compense pas pour ce type de lésion