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Electronic noses are devices that propose to standardize odor measurements. They are positioned as intermediaries between limited specific sensors and expensive analytical chemistry. Their potential industrial development requires advances in terms of miniaturization and performance in ambient conditions. The present thesis sought to address these issues by realizing an electronic nose based on CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer) technology. The work consisted in the implementation of a complete study system, capable of injecting odorant compounds into a fluidic chamber, and reading the response of the sensors in real time. The results show that it is possible to differentiate the injected gases by the measurements carried out, while deepening the understanding of the behavior of the CMUTs, whose use showed promising for the industrialization of portable and inexpensive electronic noses.; Les nez électroniques sont des appareils qui proposent de standardiser les mesures d’odeur. Ils se positionnent comme intermédiaires entre les capteurs spécifiques limités et la couteuse chimie analytique. Leur potentiel essor industriel nécessite des avancées en termes de miniaturisation et de performances en conditions ambiantes. La présente thèse a cherché à répondre à ces enjeux en cherchant à réaliser un nez électronique basé sur la technologie CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer). Les travaux ont consisté en la mise en place d’un système d’études complet, capable d’injecter des composés odorants dans une chambre fluidique, et de lire la réponse des capteurs en temps réel. Les résultats montrent qu’il est possible de différencier les gaz injectés par les mesures effectuées, tout en approfondissant la compréhension du comportement des CMUTs, dont l’usage s’est montré prometteur pour l’industrialisation à moyen terme de nez électronique portables et peu couteux.

Considered as one of the most productive method for obtaining highly accurate structural information about biological macromolecules, X-ray crystallography still faces two major hurdles, despite tremendous technological advances that this method have encountered: production of high-quality/well diffracting crystals and solving the phase problem inherent to the method,. Therefore, mono-cationic lanthanide complex with nucleating and phasing properties, known as “Crystallophore” (Xo4), has been developed.Despite the important advantages that TbXo4 provides, the different studies undergone on it show that it is not 100% successful, in particular in term of crystallization, hence the importance of increasing its success. The objective of this thesis was to better understand the interaction and nucleation properties of TbXo4 and its behaviour on the protein surface.To this end, we have addressed the question by a two-fold approach. The first approach has consisted in exploring the chemistry offered by lanthanide complexes by evaluating the nucleating properties of thirteen crystallophore variants, provided by our collaborators at ENS Lyon, on a panel of three commercial proteins. This approach has enabled us to select a new variant of crystallophore, TbXo4-OH, characterized by a propanol extension on the free nitrogen of the triazacyclononane macrocycle which provides similar nucleating properties compared to the reference molecule TbXo4. We have also developed a new protocol of use of these molecules.The second approach was a biological approach that has consisted in analysing the interaction sites between TbXo4 and the protein target. This analysis was combined with mutagenesis (point mutation), on two protein models, in order to confirm amino acids or groups of residues that are related in the binding of the molecule.Also, the present work has demonstrated the complementarity between molecular dynamics and crystal structure analysis.; Considérée comme l'une des méthodes les plus productives pour obtenir des informations structurales très précises sur les macromolécules biologiques, la cristallographie aux rayons X se heurte toujours à deux obstacles majeurs et ce malgré des avancées technologiques majeures: la production de cristaux de qualité/présentant une bonne diffraction et la résolution du problème de la phase inhérente à la méthode. C’est dans ce contexte que des complexes de lanthanides mono-cationiques ayant des propriétés de nucléation et permettant de résoudre le problème des phases, connus sous le nom de "Crystallophore" (Xo4), ont été développés.Malgré les propriétés uniques qu'offre le TbXo4, les différentes études menées à son sujet montrent que son taux de réussite n’est pas de 100%, en particulier en ce qui concerne la cristallisation, d'où l'importance d'augmenter son taux de succès. L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre les propriétés d'interaction et de nucléation du TbXo4 et son comportement à la surface des protéines.Pour ce faire, nous avons abordé la question par une double approche. La première approche a consisté à explorer la chimie offerte par les complexes de lanthanide en évaluant les propriétés de nucléation de treize molécules dérivées du crystallophore, fournies par nos collaborateurs de l'ENS Lyon, sur un panel de trois protéines commerciales. Cette approche nous a permis de sélectionner une nouvelle molécule, TbXo4-OH, caractérisée par une extension propanol sur l'azote libre du macrocycle triazacyclononane, qui offre des propriétés de nucléation similaire par rapport à la molécule de référence TbXo4. Nous avons également développé un nouveau protocole d'utilisation des molécules.La deuxième approche était une approche biologique qui a consisté à analyser les sites d'interaction entre TbXo4 et la cible protéique. Cette analyse a été combinée à de la mutagenèse (mutation ponctuelle), sur deux modèles de protéines, afin de confirmer les acides aminés ou groupes de résidus qui sont liés dans la liaison de la molécule. De plus, le présent travail a démontré la complémentarité entre la dynamique moléculaire et l'analyse de la structure cristalline.

La microscopie à localisation de molécules uniques est une méthode puissante pour étudier les processus biologiques à une résolution nanométrique. Cependant, dans cette technique, les échantillons biologiques sont généralement fixés chimiquement pour éviter les mouvements. Comme la fixation chimique peut produire des artefacts à ces hautes résolutions, il est nécessaire de développer des stratégies de fixation alternatives. Une solution consiste à congeler les échantillons à une température cryogénique, ce qui présente également d'autres avantages, comme par exemple la possibilité de réaliser des études cryocorrélatives avec la cryo-EM. Un défi important est cependant le manque de marqueurs fluorescents capables de photocommuter efficacement à température cryogénique. Les fluorophores organiques qui sont généralement utilisés en microscopie ne peuvent pas être utilisés, car leur commutation est basée sur la diffusion des molécules du tampon STORM, qui est entravée en dessous de la température de transition vitreuse. En outre, peu de fluorophores organiques peuvent traverser la membrane des cellules vivantes, et une fixation chimique reste donc souvent nécessaire. A l’inverse, les protéines fluorescentes sont codées génétiquement et peuvent être exprimées directement avec la protéine d'intérêt et aucune fixation n'est donc nécessaire. Elles sont donc les meilleurs candidats pour être utilisées comme marqueurs fluorescents pour la microscopie de localisation de molécules uniques à température cryogénique, mais des stratégies pour les photocommuter plus efficacement sont nécessaires, car leur flexibilité conformationnelle est réduite à cette température.Nous avons réalisé des études spectroscopiques et structurales sur la protéine fluorescente rsEGFP2 et nous avons également étudié d'autres protéines (rsEGFP2-V151A, rsEGFP2-V151L, mEmerald et EGFP) à température ambiante et à température cryogénique afin de comprendre leurs mécanismes de photocommutation Nous avons développé une stratégie d'illumination pour améliorer leur retour de l'état non-fluorescent à l'état fluorescent à température cryogénique. Nous avons observé que pour rsEGFP2, le mécanisme de photocommutation cryogénique est structuralement et spectroscopiquement différent du mécanisme à température ambiante. Contrairement à une isomérisation cis-trans à température ambiante, aucun changement structural majeur entre l'état fluorescent et l'état non-fluorescent n'a été observé par cristallographie aux rayons X à température cryogénique. Les études de microspectrophotométrie d'absorbance et de fluorescence ont mis en évidence deux états non-fluorescents différents qui se produisent lors de la photocommutation cryogénique, tous deux décalés vers le bleu par rapport à l'état non-fluorescent observé après la commutation à température ambiante. Avec le laser 405 nm généralement utilisé, seul l'un des états non-fluorescents peut être ramené à l'état fluorescent. Nous avons observé qu'avec un laser 355 nm, les deux états non-fluorescents sont récupérables, ce qui permet d'améliorer significativement le retour de l'état fluorescent. Il est intéressant de noter que la photocommutation de mEmerald et d'EGFP aux températures ambiantes et cryogéniques semble très similaire à la commutation de rsEGFP2 à température cryogénique, ce qui indique que ce nouveau mécanisme de commutation pourrait être général aux protéines de la famille GFP. L'utilisation d'un laser de 355 nm pour activer des protéines fluorescentes comme rsEGFP2, mEmerald et EGFP à cryo-température pourrait permettre d'obtenir un marquage effectif plus efficace dans les applications de microscopie de localisation de molécules uniques à cryo-température.; Single-molecule localization microscopy is a powerful tool for studying biological processes at nanoscale resolution. However, in this technique, biological samples are typically fixed chemically to avoid motion blur. As the chemical fixation may produce artifacts at these high resolutions, alternative fixation strategies are of high demand. One solution is to freeze the samples at cryo-temperature, which also has other advantages as for example the possibility of performing cryo-correlative studies with cryo-EM. The main challenge of sample-freezing is the lack of fluorescent markers which can undergo efficient photo-switching at cryo-temperature. Organic dyes which are typically used in stochastic super-resolution microscopy cannot be used, because their switching is based on diffusion of STORM buffer molecules, which is hampered below the glass transition temperature. In addition, few organic fluorophores can cross the membrane of living cells, so chemical fixation is often necessary, even at cryogenic temperature. In contrast, fluorescent proteins are genetically encoded and can be expressed directly with the protein of interest and thus no fixation is necessary. Hence, they are the best candidates to be used as fluorescent markers for single-molecule localization microscopy at cryogenic temperature. However, strategies to photo-switch them more efficiently are required, as their conformational flexibility is reduced at such temperature.We performed spectroscopic and structural investigations on the fluorescent protein rsEGFP2 and also studied other proteins (rsEGFP2-V151A, rsEGFP2-V151L, mEmerald and EGFP) at room- and cryo-temperature in order to understand their switching mechanisms, and we developed an illumination strategy to enhance their recovery from non-fluorescent to fluorescent states at cryo-temperature. We observed, that for rsEGFP2, the cryo-switching mechanism is structurally and spectroscopically different from the mechanism at room temperature. In contrast to a cis-trans isomerization at room temperature, no major structural changes between the on- and off-states were observed by X-ray crystallography for switching at cryogenic temperature. The absorbance and fluorescence microspectrophotometry investigations revealed two off-states arising upon cryo-off-switching, both blue shifted as compared to the off-state which is observed after room temperature switching. With the typically used 405 nm laser only one of the off-states is recoverable to the fluorescent on-state. We observed that with a 355 nm laser both off-states are recoverable and thus achieve a substantial enhancement of total recovery of the fluorescent state. Interestingly, the switching of mEmerald and EGFP at cryo- and room-temperature appear to be very similar to the rsEGFP2 switching at cryo-temperature, which indicates that this new switching mechanism could be general to proteins of the GFP family. Using a 355 nm laser for activating fluorescent proteins like rsEGFP2, mEmerald and EGFP at cryo-temperature could open the door to more efficient effective labeling in single-molecule localization microscopy applications at cryo-temperature.

Brain-computer interfaces (BCIs) transform neural signals into commands for effectors. They are mainly used as tools for functional compensation of impaired functions in disabled subjects. The Clinatec clinical trial “BCI and tetraplegia” aims at providing a proof of concept of long-term functional compensation of upper and lower limbs motor deficits in tetraplegics using a BCI. The clinical trial showed promising results for compensation of motor functions. However, the BCI’s usability remains to be improved. The decoder used to estimate the user’s intention from the processed neural signal (control decoder) must be fitted before the BCI can be used. This is done during dedicated training sessions, during which the user is directed to perform specific motor imagery tasks. Training sessions have to be held regularly in order to update the control decoder due to degradation of performances with time. This thesis proposes to limit the negative impact of training sessions. In this work, the control decoder is trained and updated using inferred labels instead of labels acquired during a dedicated training session. The labels are inferred using the output of the control decoder and neural correlates of task performance. In order to be usable in state-of-the-art motor BCIs, the adaptation process must be possible for control decoders with multiple discrete or continuous outputs. We argue that adaptation of a control decoder with multiple continuous outputs is best done using neural correlates of task performance that can be decoded continuously in time. Additionally, these neural correlates should be detected in the sensorimotor cortex due to the position of the implanted neural acquisition system. Using multiple ECoG datasets from a tetraplegic enrolled in the Clinatec BCI clinical trial, we show in this thesis that it is possible to detect such continuous in time neural correlates of task performance from the sensorimotor cortex, that control decoder labels can be inferred using these neural correlates, and finally that these labels can be used to successfully train decoders for discrete or continuous control. The subject used motor imagery to control a binary avatar (Runner MI dataset), a virtual exoskeleton with four discrete motor states (Exo dataset) or a hand-shaped cursor on a two-dimensional screen (Cursor dataset). In five-fold cross-validations, the mean and standard deviation of the area under the receiver operating characteristic curve (AUC of the ROC) for the decoder of neural correlates of task performance were 0.6225±0.0429 in the Runner MI dataset, 0.5677±0.0427 in the Exo dataset and 0.6570±0.0188 in the Cursor dataset. In a pseudo cross-validation simulating online use, the accuracy of the estimated labels was 64.9% in the Runner dataset and 64.5% in the Exo dataset. In the Cursor dataset, 63.3% of the estimated labels were less than 60° away from the actual labels. The AUC of the ROC of the control decoder was 0.6360±0.0958 in the Runner MI dataset when trained auto-adaptively compared to 0.8958±0.0153 when trained supervisedly, and to a chance level of 0.5007±0.0691. The multiclass generalization of the AUC of the ROC of the control decoder was 0.7595±0.0278 in the Exo dataset when trained auto-adaptively compared to 0.8177±0.0301 when trained supervisedly, and to a chance level of 0.5163±0.0580. In the Cursor dataset, the cosine similarity was 0.1589±0.0668 when trained auto-adaptively compared to 0.2107±0.0664 when trained in a classical supervised manner, and a chance level of -0.0231±0.0327. These results are promising for the future of auto-adaptive complex motor BCIs., Les Interfaces cerveau machine (ICMs) transforment les signaux neuronaux en commande pour des effecteurs. Elles sont principalement utilisées pour compenser les déficits d’handicapés moteurs. L’essai clinique « BCI et tétraplégie » de Clinatec a pour but the fournir une preuve de concept the compensation fonctionnelle chronique des déficits moteurs des quatre membres de tétraplégiques au moyen d’ICMs. Bien que les résultats obtenus soient prometteurs, l’usabilité des ICMs utilisées reste améliorable. Le décodeur utilisé pour transformer les signaux neuronaux en commandes (décodeur de contrôle) doit par exemple être entrainé avant de pouvoir utiliser l’ICM. Ceci est fait durant des séances d’entrainement spécifiques, durant lesquelles le patient doit effectuer des tâches d’imagerie motrices imposés. Ces séances d’entrainement constituent un temps mort et doivent être effectuées régulièrement afin de compenser les pertes de performances qui surviennent avec le temps. Cette thèse vise à limiter les effets négatifs des séances d’entrainements. Pour cela, le décodeur de contrôle est entrainé et mis à jour avec des labels estimés au lieu de labels obtenus lors de séances d’entrainement. Les labels sont estimés grâce à la sortie du décodeur de control ainsi qu’un décodeur de corrélats neuronaux de performance de tâche. Afin d’être utilisable avec les ICMs motrices les plus performantes, l’adaptation doit être faisable pour les décodeurs de contrôle qui ont plusieurs sorties continues. Nous suggérons qu’une telle adaptation requiert des corrélats neuronaux de performances de tâche acquis de manière continuelle dans le temps. Il est aussi nécessaire de détecter ces corrélats dans le cortex sensorimoteur à cause de la position des implants. Dans cette thèse, nous montrons sur plusieurs jeux de données ECoG d’un tétraplégique qu’il est possible de détecter continuellement des corrélats neuronaux de performance de tâche depuis le cortex sensorimoteur, que les labels des décodeurs de contrôle peuvent être estimés grâce à ces corrélats et enfin que ces labels peuvent être utilisés pour l’entrainement de décodeurs avec des sorties discrètes ou continues. Le patient a utilisé l’imagerie motrice pour contrôler un avatar binaire (jeu de données Runner MI), un exosquelette virtuel avec quatre états moteur discrets (jeu de données Exo) ou un curseur en deux dimensions continues sur un écran d’ordinateur (jeu de données Cursor). Lors de validations croisées à 5 blocs, la moyenne et la déviation standard de l’aire sous la courbe (AUC) ROC du décodeur de corrélats neuronaux de performance de tâche était de 0.6225±0.0429, 0.5677±0.0427 et 0.6570±0.0188 pour les jeux de données Runner MI, Exo et Cursor respectivement. Dans une simulation d’utilisation en ligne de de cette méthode d’adaptation, la précision des labels estimés était de 64.9% et 64.5% pour les jeux de données Runner MI et Exo. Pour le jeu de données Cursor, 63% des labels estimés étaient à moins de 60° d’écart des vrais labels. Dans cette simulation avec le jeu de donnée Runner MI, l’AUC de la ROC du décodeur de contrôle était de 0.6360±0.0958 quand entrainé de manière auto-adaptative, comparé à 0.8958±0.0153 pour un entrainement supervisé et à un niveau de chance de 0.5007±0.0691. Pour le jeu de données Exo, la généralisation multi classe de l’AUC de la ROC était 0.7595±0.0278 pour un entrainement auto-adaptative, comparé à 0.8177±0.0301 pour un entrainement supervisé et à un niveau de chance de 0.5163±0.0580. Pour le jeu de données Cursor, la similarité cosinus était 0.1589±0.0668 pour un entrainement auto-adaptative, comparé à 0.2107±0.0664 pour un entrainement supervisé et à un niveau de chance de -0.0231±0.0327. Ces résultats sont prometteurs pour le développement des ICMs motrices complexes auto-adaptatives.

Brain-computer interfaces (BCIs) transform neural signals into commands for effectors. They are mainly used as tools for functional compensation of impaired functions in disabled subjects. The Clinatec clinical trial “BCI and tetraplegia” aims at providing a proof of concept of long-term functional compensation of upper and lower limbs motor deficits in tetraplegics using a BCI. The clinical trial showed promising results for compensation of motor functions. However, the BCI’s usability remains to be improved. The decoder used to estimate the user’s intention from the processed neural signal (control decoder) must be fitted before the BCI can be used. This is done during dedicated training sessions, during which the user is directed to perform specific motor imagery tasks. Training sessions have to be held regularly in order to update the control decoder due to degradation of performances with time. This thesis proposes to limit the negative impact of training sessions. In this work, the control decoder is trained and updated using inferred labels instead of labels acquired during a dedicated training session. The labels are inferred using the output of the control decoder and neural correlates of task performance. In order to be usable in state-of-the-art motor BCIs, the adaptation process must be possible for control decoders with multiple discrete or continuous outputs. We argue that adaptation of a control decoder with multiple continuous outputs is best done using neural correlates of task performance that can be decoded continuously in time. Additionally, these neural correlates should be detected in the sensorimotor cortex due to the position of the implanted neural acquisition system. Using multiple ECoG datasets from a tetraplegic enrolled in the Clinatec BCI clinical trial, we show in this thesis that it is possible to detect such continuous in time neural correlates of task performance from the sensorimotor cortex, that control decoder labels can be inferred using these neural correlates, and finally that these labels can be used to successfully train decoders for discrete or continuous control. The subject used motor imagery to control a binary avatar (Runner MI dataset), a virtual exoskeleton with four discrete motor states (Exo dataset) or a hand-shaped cursor on a two-dimensional screen (Cursor dataset). In five-fold cross-validations, the mean and standard deviation of the area under the receiver operating characteristic curve (AUC of the ROC) for the decoder of neural correlates of task performance were 0.6225±0.0429 in the Runner MI dataset, 0.5677±0.0427 in the Exo dataset and 0.6570±0.0188 in the Cursor dataset. In a pseudo cross-validation simulating online use, the accuracy of the estimated labels was 64.9% in the Runner dataset and 64.5% in the Exo dataset. In the Cursor dataset, 63.3% of the estimated labels were less than 60° away from the actual labels. The AUC of the ROC of the control decoder was 0.6360±0.0958 in the Runner MI dataset when trained auto-adaptively compared to 0.8958±0.0153 when trained supervisedly, and to a chance level of 0.5007±0.0691. The multiclass generalization of the AUC of the ROC of the control decoder was 0.7595±0.0278 in the Exo dataset when trained auto-adaptively compared to 0.8177±0.0301 when trained supervisedly, and to a chance level of 0.5163±0.0580. In the Cursor dataset, the cosine similarity was 0.1589±0.0668 when trained auto-adaptively compared to 0.2107±0.0664 when trained in a classical supervised manner, and a chance level of -0.0231±0.0327. These results are promising for the future of auto-adaptive complex motor BCIs., Les Interfaces cerveau machine (ICMs) transforment les signaux neuronaux en commande pour des effecteurs. Elles sont principalement utilisées pour compenser les déficits d’handicapés moteurs. L’essai clinique « BCI et tétraplégie » de Clinatec a pour but the fournir une preuve de concept the compensation fonctionnelle chronique des déficits moteurs des quatre membres de tétraplégiques au moyen d’ICMs. Bien que les résultats obtenus soient prometteurs, l’usabilité des ICMs utilisées reste améliorable. Le décodeur utilisé pour transformer les signaux neuronaux en commandes (décodeur de contrôle) doit par exemple être entrainé avant de pouvoir utiliser l’ICM. Ceci est fait durant des séances d’entrainement spécifiques, durant lesquelles le patient doit effectuer des tâches d’imagerie motrices imposés. Ces séances d’entrainement constituent un temps mort et doivent être effectuées régulièrement afin de compenser les pertes de performances qui surviennent avec le temps. Cette thèse vise à limiter les effets négatifs des séances d’entrainements. Pour cela, le décodeur de contrôle est entrainé et mis à jour avec des labels estimés au lieu de labels obtenus lors de séances d’entrainement. Les labels sont estimés grâce à la sortie du décodeur de control ainsi qu’un décodeur de corrélats neuronaux de performance de tâche. Afin d’être utilisable avec les ICMs motrices les plus performantes, l’adaptation doit être faisable pour les décodeurs de contrôle qui ont plusieurs sorties continues. Nous suggérons qu’une telle adaptation requiert des corrélats neuronaux de performances de tâche acquis de manière continuelle dans le temps. Il est aussi nécessaire de détecter ces corrélats dans le cortex sensorimoteur à cause de la position des implants. Dans cette thèse, nous montrons sur plusieurs jeux de données ECoG d’un tétraplégique qu’il est possible de détecter continuellement des corrélats neuronaux de performance de tâche depuis le cortex sensorimoteur, que les labels des décodeurs de contrôle peuvent être estimés grâce à ces corrélats et enfin que ces labels peuvent être utilisés pour l’entrainement de décodeurs avec des sorties discrètes ou continues. Le patient a utilisé l’imagerie motrice pour contrôler un avatar binaire (jeu de données Runner MI), un exosquelette virtuel avec quatre états moteur discrets (jeu de données Exo) ou un curseur en deux dimensions continues sur un écran d’ordinateur (jeu de données Cursor). Lors de validations croisées à 5 blocs, la moyenne et la déviation standard de l’aire sous la courbe (AUC) ROC du décodeur de corrélats neuronaux de performance de tâche était de 0.6225±0.0429, 0.5677±0.0427 et 0.6570±0.0188 pour les jeux de données Runner MI, Exo et Cursor respectivement. Dans une simulation d’utilisation en ligne de de cette méthode d’adaptation, la précision des labels estimés était de 64.9% et 64.5% pour les jeux de données Runner MI et Exo. Pour le jeu de données Cursor, 63% des labels estimés étaient à moins de 60° d’écart des vrais labels. Dans cette simulation avec le jeu de donnée Runner MI, l’AUC de la ROC du décodeur de contrôle était de 0.6360±0.0958 quand entrainé de manière auto-adaptative, comparé à 0.8958±0.0153 pour un entrainement supervisé et à un niveau de chance de 0.5007±0.0691. Pour le jeu de données Exo, la généralisation multi classe de l’AUC de la ROC était 0.7595±0.0278 pour un entrainement auto-adaptative, comparé à 0.8177±0.0301 pour un entrainement supervisé et à un niveau de chance de 0.5163±0.0580. Pour le jeu de données Cursor, la similarité cosinus était 0.1589±0.0668 pour un entrainement auto-adaptative, comparé à 0.2107±0.0664 pour un entrainement supervisé et à un niveau de chance de -0.0231±0.0327. Ces résultats sont prometteurs pour le développement des ICMs motrices complexes auto-adaptatives.

Radiation therapy occupies a prominent place in the treatment of cancer. For aggressive and radioresistant tumours, such as brain tumours, optimizing the ratio between the dose to the tumor and the dose to healthy tissues is particularly difficult. Several combined therapy modalities are being studied to increase the therapeutic differential of external radiotherapy by injections of dose-enhancer elements, preferentially accumulating in the target tumor volume. Some of its therapeutic modalities seek a physical increase in the absorption of ionizing radiation (and therefore the dose) localized and restricted to the tumour. Several tests have been carried out for irradiations using low and medium energy (50-100 keV) monochromatic x-rays, produced by a synchrotron radiation establishment combined with the injection of iodinated contrast medium, platinum chemotherapy drugs or with iodine and finally more recently with metallic nanoparticles. The latter make it possible to administer a greater quantity of heavy element in the tumor, and thus improve the efficiency of the dose reinforcement. Iron oxide nanoparticles have recently shown a strong potential for use in combined radiotherapy because they are low in toxicity, easy to synthesize, inexpensive, and have interesting magnetic properties. In addition, they accumulate in large quantities in the target volume by a phenomenon of intracellular accumulation. This thesis presents the studies that led to the pre-clinical transfer of this radiotherapy technique, in order to assess its potential on a model of intracranial glioma.During this thesis, various preliminary works in quantitative imaging, then in treatment planning, were carried out in order to verify the feasibility of a concomitant treatment of external radiotherapy in the presence of iron oxide nanoparticles, in rats carrying iron. an F98 glioblastoma. After a chapter on the state of the art, a first chapter of results presents the study of the biodistribution of nanoparticles in the brain depending on the mode of injection (intravenous and intracerebral). The second chapter presents the dose simulations that were performed to calculate the dose enhancement due to iron oxide nanoparticles in the brains of treated rats. As well as target volume coverage indices. The iron oxide concentration values obtained by intracranial injection give hope for a significant physical dose increase. This dose increase should lead to a significant increase in rat survival. The last chapter presents the first survival study in rats with malignant glioma. Surprisingly, the preclinical response has not lived up to the potential anticipated in the planning studies. For intracranial injections, it would seem that the overlapping rate remains below what is necessary for therapeutic coverage. Only a group of rats having received the iron nanoparticles intravenously showed an increase which approaches the threshold of significance without however reaching it. (p=0.07). In conclusion, we have carried out within the framework of this thesis, the first preclinical test of irradiation of intracranial gliomas by synchrotron radiation in the presence of iron nanoparticles. Despite a promising biodistribution study and planning, the results of preclinical trials in terms of pure survival increase remain moderate. Several avenues for optimizing and improving the type of treatment are also presented and discussed. This work is therefore the most successful in terms of in vivo evaluation of a combined treatment using iron oxide nanoparticles., La radiothérapie occupe une place de premier plan dans le traitement du cancer. Pour les tumeurs agressives et radiorésistantes, comme les tumeurs cérébrales, l’optimisation du rapport entre la dose à la tumeur et la dose aux tissus sains est particulièrement difficile. Plusieurs modalités de thérapies combinées sont à l’étude pour augmenter le différentiel thérapeutique de la radiothérapie externe par injections d’éléments radiosensibilisants, s’accumulant préférentiellement dans le volume tumoral cible. Certaines de ses modalités thérapeutiques recherchent une augmentation physique de l’absorption du rayonnement ionisant (et donc de la dose) localisée et restreinte à la tumeur. Plusieurs essais ont été réalisés pour des irradiations utilisant les rayons x de basse et moyenne énergie (50-100 keV) monochromatiques, produits par un établissement de rayonnement synchrotron combinées à l’injection de produit de contrastes iodés, de drogues de chimiothérapie au platine ou à l’iode et enfin plus récemment avec des nanoparticules métalliques. Ces dernières permettent d’administrer une plus grande quantité d’élément lourds dans la tumeur, et ainsi améliorer l’efficacité du renforcement de dose. Les nanoparticules d’oxyde de fer ont récemment montré un fort potentiel pour une utilisation en radiothérapie combinée car elles sont peu toxiques, faciles à synthétiser, peu chères, et ont des propriétés magnétiques intéressantes. De plus elles s’accumulent en grande quantité dans le volume cible par un phénomène d’accumulation intracellulaire. Cette thèse présente les études ayant mené au transfert pré-clinique de cette technique de radiothérapie, afin d’en évaluer le potentiel sur un modèle de gliome intracrânien.Au cours de cette thèse, différents travaux préliminaires en imagerie quantitative, puis en planification de traitement, ont été effectués afin de vérifier la faisabilité d’un traitement concomitant de radiothérapie externe en présence de nanoparticules d’oxyde de fer, chez le rat porteur d’un glioblastome F98.Après un chapitre d’état de l’art, un premier chapitre de résultats présente l’étude de la biodistribution des nanoparticules dans le cerveau en fonction du mode d’injection (intraveineux et intracérébral). Le second chapitre présente les simulations dosimétriques qui ont été réalisées afin de calculer le renforcement de dose dû aux nanoparticules d’oxyde de fer dans le cerveau des rats traités ainsi que les indices de couverture du volume cible. Les valeurs de concentration d’oxyde de fer obtenues par injection intracrânienne laissent espérer une augmentation de dose physique significative. Cette augmentation de dose devrait conduire à une augmentation significative de la survie des rats.Le dernière chapitre présente la première étude de survie chez les rats porteurs de gliome malin. De manière surprenante la réponse préclinique n’a pas été à la hauteur du potentiel pressenti lors des études de planification. Pour les injections intracrâniennes, il semblerait que le taux de recouvrement reste en deçà de ce qui est nécessaire pour une couverture thérapeutique. Seul un groupe de rat ayant reçu les nanoparticules de fer en intraveineux a montré une augmentation qui s’approche du seuil de significativité sans pour autant l’atteindre. (p=0,07).En conclusion nous avons réalisé dans le cadre de cette thèse, le premier essai préclinique d’irradiations de gliomes intracrâniens par rayonnement synchrotron en présence de nanoparticules de Fer. Malgré une étude de bio distribution et une planification prometteuse, les résultats des essais précliniques en termes d’augmentation de survie pure restent modérés. Plusieurs pistes d’optimisation et d’amélioration du type de traitement sont également présentées et discutées. Ce travail est pour autant ce qu’il y a de plus aboutie en termes d’évaluation in vivo d’un traitement combiné utilisant les nanoparticules d’oxyde de Fer.

Industry and health care are demanding rapid and inexpensive means for microbial identification. Thanks to its low cost and practical advantages, Petri dish culture is a ubiquitous tool in microbiology, but the sole observation of microbial colonies does not offer a reliable diagnosis. Identification in itself depends on secondary analysis, such as chemical reactions, PCR or mass spectrometry, which require specific sample preparation, which involves additional costs and delays. That is why several dish imaging systems have already been tested to automate the observation of cultures and to propose an identification directly on the Petri dish. However, these systems are generally limited to the visible and near infrared range (400 - 1000 nm), which only provides information on the morphotype of the microorganism colonies and therefore limits the identification accuracy.This thesis focuses on the development of a multispectral imaging system in the mid-infrared. In this wavelength range, images provide information on both the morphotype and the chemical composition of the observed colonies. This non-destructive and label-free imaging could provide species identification of colonies grown on agar, while opening the way to new applications. An experimental system, combining quantum cascade lasers as a light source and a microbolometers array as an imager, allowed the acquisition of images of colonies at nine wavelengths between 5 and 8 µm. 2253 colonies belonging to eight species of common microorganisms were imaged. For one of the species, Staphylococcus epidermidis, three different strains were analyzed to test the typing capabilities of the system.After acquisition, several image classification methods were tested to obtain an average correct identification rate of 94.4%., L’industrie et le domaine de la santé sont demandeurs de moyens rapides et peu couteux pour l’identification de microorganismes. Des avantages pratiques et un coût réduit font de la culture en boite de Petri un outil omniprésent en microbiologie, mais l’observation des colonies microbiennes n’offre pas de diagnostic fiable sans validation par une analyse secondaire. Ces analyses, qu’il s’agisse de réactions chimiques, d’une PCR ou de spectrométrie de masse, demandent une préparation d’échantillon spécifique impliquant des coûts et des délais supplémentaires. C’est pourquoi plusieurs systèmes d’imagerie de boite ont déjà été expérimentés pour automatiser l’observation des cultures et proposer une identification directement sur la boite de Petri. Toutefois, ceux-ci se cantonnent jusqu’à présent au domaine du visible et du proche infrarouge (400 – 1000 nm), ce qui n’apporte des informations que sur le morphotype des colonies de micro-organismes et limite la précision d’identification.Cette thèse est consacrée à l’exploration d’un système d’imagerie multispectrale dans l’infrarouge moyen. Cette gamme de longueurs d’onde apporte des informations à la fois sur le morphotype et sur la composition chimique des colonies observées. Cette imagerie non destructive et sans marquage pourrait fournir une identification à l’espèce des colonies cultivées sur agar, tout en ouvrant la voie à de nouvelles applications. Un système expérimental, combinant des lasers à cascade quantique comme source lumineuse et une matrice de microbolomètres comme imageur, a permis l’acquisition d’images de colonies à neuf longueurs d’ondes comprises entre 5 et 8 µm. 2253 colonies appartenant à huit espèces de microorganismes communs ont ainsi été imagées. Pour l’une des espèces, Staphylococcus epidermidis, trois souches différentes ont été analysées pour tester la capacité du système en matière de typage.Après acquisition, plusieurs méthodes de classification d’image ont été testées pour aboutir à un taux d’identification correct moyen de 94.4 %.

Aneuploidy is a hallmark of cancer cells, characterized by a chromosome’s number which is not a multiple of the haploid complement12,15. Aneuploidy is characterized by an unbalanced genomic content. Aneuploidy as a therapeutic target is promising because it is a hallmark of all cancer cells12,16,17. Aneuploidy is always associated with pathological context. Moreover, degree of aneuploidy is correlated with severe prognostic for patients with cancer11. Nowadays, there is no therapeutics anti-aneuploidy. But several teams work on anti-aneuploidy therapeutic strategies based on targeting the cellular consequences (stress) of aneuploidy or the “tolerance” genes11,18–21. Aneuploid cells can be specifically recognize and eliminate by the immune system22–25. This recognition can be associated with overexpression of cell surface antigens26. But the elimination of aneuploid cells is incomplete, they can escape from the immune system27.This thesis project, named ACTA for Anticorps thérapeutique Contre les Tumeurs Aneuploïdes, or Therapeutics Antibody Against Aneuploid Tumours, aim to identify one or more therapeutics antibody against cell surface an aneuploidy specific antigen(s). Firstly, a cellular model of aneuploidy has been generated by chemical induction on euploid cells. Human fibroblasts from a 2-year-old foreskin were treated with colcemid – an inhibitor of microtubule polymerization. It will induce cell cycle errors and in fine karyotype aberrations, aneuploidy. With this cellular model: diploid cells (HFFWT) and aneuploid cells (HFFCOL), we immunized several mice with different protocols to enrich the aneuploidy specific immune response. All the immunization protocols were based on whole, live cells. The mice immunization generated an hybridoma panel – chimera cells that produce antibody, generated by the fusion of a mouse splenocyte with a syngeneic myeloma. 15 000 hybridomas were obtained and screened for their aneuploidy selectivity with two complementary methods: (i) immunofluorescence, (ii) flow cytometry. We obtained a reduced panel of selective hybridomas. The monoclonal antibodies (mAbs) produced by the hybridomas were ranked according to their selectivity properties for aneuploidy and different cancer cells, to their isotype and their potential mechanism of action (moa). A mAbs TOP 11 was identified. Several milligrams of these 11 mAbs were produced and purified to identify their target by the complementary techniques of immunoprecipitation and mass spectrometry. It is probable that the TOP 11 targets include conformational epitopes, which make their identification more difficult by western blot. Nowadays, we identified, 3 molecular sizes from the TOP 11 targets, L’aneuploïdie est une caractéristique commune à toutes les cellules cancéreuses, définie comme un nombre anormal des chromosomes, n’étant pas un multiple du complément haploïde. L’aneuploïdie est une cible thérapeutique pertinente car elle est observée spécifiquement dans des situations pathologiques et est une caractéristique commune à tous les cancers. De plus, le degré d’aneuploïdie est souvent un marqueur de mauvais pronostic pour les patients atteints de cancer. Il n’existe pas à ce jour de traitement ciblant l’aneuploïdie, même si beaucoup d’études essayent d’exploiter l’aneuploïdie ou ses conséquences comme cible thérapeutique. Il a été démontré que les cellules aneuploïdes peuvent être spécifiquement reconnues et éliminées par le système immunitaire. Cette reconnaissance peut être accompagnée par la surexpression d’antigènes. Mais l’élimination des cellules aneuploïdes par le système immunitaire est imparfaite.Ce projet de thèse, dont l’acronyme est ACTA pour Anticorps Thérapeutique Contre les Tumeurs Aneuploïdes, visait la production et le développement d’un anticorps thérapeutique spécifique d’un/des antigène(s) de la surface des cellules aneuploïdes. Dans un premier temps, un modèle de l’aneuploïdie a été généré à partir des cellules primaires euploïdes. Des fibroblastes primaires ont été traités au colcémide – un inhibiteur de la polymérisation des microtubules – afin d’induire des erreurs du cycle cellulaire et in fine l’aneuploïdie. En se servant de ce couple: cellules diploïdes (HFFWT) et aneuploïdes (HFFCOL), des souris ont été immunisées via une dizaine de protocoles d’immunisations variés afin de maximiser la diversité de la réponse immune anti-aneuploïdie. Il est à noter que l’immunisation a été réalisée avec des cellules entières et vivantes. Ces protocoles d’immunisation ont permis de générer un panel d’hybridomes – des cellules chimères, résultat de la fusion d’un splénocyte murin avec un myélome syngénique – produisant des anticorps. Les 15 000 hybridomes obtenus ont été criblés pour leur sélectivité pour l’aneuploïdie par deux méthodes complémentaires : (i) l’immunofluorescence sur cellules vivantes, (ii) la cytométrie en flux. De ces criblages, un panel réduit d’hybridomes sélectifs pour l’aneuploïdie a été obtenu. Les anticorps monoclonaux (mAbs) produits par les hybridomes ont été classés selon leurs propriétés de sélectivité pour l’aneuploïdie et pour différents cancers, selon leurs isotypes et leurs potentiels mécanismes d’action. Ainsi, un TOP 11 de mAbs a été identifié. Quelques milligrammes de ces 11 mABs ont été produits et purifiés afin d’essayer d’identifier leur cible par les techniques complémentaires d’immunoprécipitation et de spectrométrie de masse. Il est probable que les cibles du TOP 11 comportent des épitopes conformationnels ce qui complique leur indentification par les techniques de western blot. A ce jour, les poids moléculaires de 3 cibles du TOP 11 ont été identifiés.

Studies suggest that exposure to heat, cold, or particulate matter (PM) during pregnancy may decrease birth weight and shorten the duration of gestation, but we do not fully understand these associations. This is concerning because low birth weight and preterm birth increase risk for numerous morbidities and chronic diseases throughout childhood and into adulthood. The health burdens of temperature and PM are expected to increase with climate change and global urbanization. Improving our understanding requires accurate exposure assessment because error can weaken associations with health outcomes. A scalable way to assess exposure over large areas and long time periods is to model the relationship between monitored temperature or PM and satellite-derived variables such as land surface temperature (LST) or aerosol optical depth (AOD). Improved calibration methods might increase accuracy, and finer spatial resolutions could be useful in urban areas.This PhD developed novel approaches to increase the accuracy and spatial resolution of satellite-based exposure models, applied them to reconstruct daily temperature and PM in France over the past two decades, and used the temperatures to identify periods during pregnancy when exposure to cold or heat may increase the risk of preterm birth.First, we found that allowing the relationship between monitored ambient temperature and satellite-derived LST to vary over space as well as time improves the accuracy of mixed models. We used this approach to model diurnal air temperature (mean [Tmean], minimum [Tmin], and maximum [Tmax]) over France at 1 km resolution from 2000 to 2018. We also showed that an ensemble of random forests and gradient boosting machines can downscale daily temperature over urban areas by incorporating thermal satellite data at a high spatial but low temporal resolution. We used this approach to model daily Tmean, Tmin, and Tmax at 200 m resolution over 103 cities.Second, we found that Gaussian Markov random fields can reconstruct PM based on gap-filled AOD more accurately than widely used mixed models or random forests, and that an ensemble of all three algorithms performs even better. We used this approach to model daily mean PM2.5 and PM10 (PM, Bien que plusieurs études suggèrent que l’exposition à la chaleur, au froid ou aux particules en suspension (PM) pendant la grossesse pourraient diminuer le poids de naissance et raccourcir la durée de la grossesse, ces effets ne sont pas complètement compris. Ceci est préoccupant car la prématurité et un faible poids à la naissance augmentent le risque de nombreuses morbidités et maladies chroniques tout au long de l’enfance et à l’âge adulte. Ces fardeaux sanitaires devraient s’accroître avec le changement climatique et l'urbanisation mondiale. Mieux comprendre ces relations nécessite une évaluation précise de l'exposition, car l’erreur peut affaiblir les associations avec la santé. Une approche efficace consiste à modéliser la relation entre des mesures de la température ou des PM et des variables dérivées des satellites. Des nouvelles approches pourraient réduire l’erreur, et des résolutions spatiales plus fines pourraient être utiles, notamment dans les zones urbaines.Ce doctorat a développé de nouvelles approches pour augmenter la précision et la résolution spatiale des modèles d’exposition, les a appliqués pour reconstruire la température quotidienne et les PM en France au cours des deux dernières décennies, et a utilisé les températures pour identifier des périodes pendant la grossesse où l’exposition au froid ou à la chaleur peut augmenter le risque de naissance prématurée.Premièrement, nous avons démontré que le fait de prendre en compte la variabilité spatiale ainsi que temporelle de la relation entre la température de l’air mesurée et les variables dérivées de satellites améliore la précision de modèles de prédiction. Nous avons également démontré qu'un ensemble de forêts aléatoires et de machines de renforcement de gradient permet d’améliorer la résolution spatiale des estimations quotidiennes pour les zones urbaines en incorporant des données satellitaires thermiques à haute résolution spatiale mais à faible résolution temporelle. Avec ces approches, nous avons modélisé la température quotidienne moyenne, minimale et maximale de 2000 à 2018 à une résolution de 1 km en France et de 200 m sur 103 zones urbaines.Deuxièmement, nous avons démontré que les champs aléatoires gaussiens de Markov peuvent estimer les PM plus précisément que les modèles mixtes ou les forêts aléatoires, et qu’un ensemble des trois est encore plus performant. Avec cette approche, nous avons modélisé les concentrations moyennes quotidiennes des PM en France à une résolution de 1 km de 2000 à 2019.Troisièmement, nous avons mené une analyse de survie avec un modèle de Cox à effets distribués dans le temps pour évaluer l’association entre la température résidentielle issu de notre modèle d'exposition et le risque de naissance prématurée parmi 5347 naissances (4,3% prématurés) suivies dans le cadre de cohortes prospectives en France. Nous avons examiné de manière concomitante des fenêtres d’exposition chroniques (les 26 semaines suivant la conception) et aigues (les 30 jours avant l’accouchement) et avons exploré les effets de la variabilité de la température et des vagues de chaleur en tenant compte de l’acclimatation. Le froid et la chaleur nocturne augmentaient le risque d’accouchement prématuré ; les femmes étaient sensibles dès la conception et pendant les secondes parties des trimestres 1 et 2. Le froid augmentait également le risque de naissance prématurée environ sept jours plus tard.Nos approches novatrices pourraient permettre d’améliorer les modèles d'exposition dans d'autres régions et notre jeu de données multi-décennale sera utile aux épidémiologistes, climatologues, planificateurs, décideurs et au public. Dans le contexte de la hausse des températures et des aléas météorologiques plus fréquents, nos découvertes sur les risques que la chaleur et le froid représentent pour les femmes enceintes et leurs bébés devraient éclairer les politiques de santé publique pour réduire le fardeau croissant de la naissance prématurée.

The role of human herpesviruses in the pathogenesis of angioedema (triggering factor and /or aggravating factor?) is little explored in the literature as well as the consequences of angioedema on the natural history of these viruses persisting in the body. The main epidemiological data of angiodema in the Irkutsk region are poorly known. This thesis work includes two original studies.The first is a retrospective study that describes the viral loads measured by quantitative PCR in blood and saliva and the serum antibody titers of human herpes viruses (EBV, HSV-1, HSV-2, HHV-6, CMV, VZV) as well as the viral loads of the Torque Teno virus (TTV), indirect viral marker of immunity in a Grenoble cohort of 28 patients presenting an attack of histamine-type angiodema (n=12) or bradikinic (n=16) compared to a control population. Our results show a non-statistically significant tendency to a higher frequency of reactivation of the EBV virus and HSV-1 in saliva (and in the blood for EBV) during angioedema attacks and a statistically higher frequency of detection of TTV in saliva than in the control group.The second article is a retrospective analysis of 113 cases of Russian patients with angioedema and acute / chronic urticaria between January 2016 and December 2018 followed in the department of allergy and clinical immunology of the Irkutsk city Hospital N°10, coupled with an analysis of the incidence of this pathology over 5 years (2014-2018) of 6002 patients. The study of this period shows that the share of angioedema associated with urticaria accounted for 9.1% of the pathologies followed in the department in 2014 compared to 4.8% in 2018. Overall over this 5-year period, angiodema is the 4th most common pathology in the department.In addition to these two works, we report in this manuscript two case reports describing atypical skin manifestations related, on the one hand, to a reactivation of the HHV-6 virus in a woman with melanoma and treated with infusions of autologous T lymphocytes infected with HHV-6 and, on the other hand, genital shingles in an immunocompetent 10-year-old child.Keywords: angioedema; EBV; HSV; VZV; CMV; HHV-6; TTV; viral load ; serology.; Le rôle des herpèsvirus humains dans la pathogénie de l’angiœdème (facteur déclenchant et /ou facteur aggravant ?) est peu exploré dans la littérature de même que les conséquences de l’angiœdème sur l’histoire naturelle de ces virus persistants dans l’organisme. Les principales données épidémiologiques de l’angiœdème dans la région d’Irkoutsk sont mal connues. Ce travail de thèse comporte deux études originales.La première est une étude rétrospective qui décrit les charges virales mesurées par PCR quantitative dans le sang et la salive et les titres sériques d’anticorps des virus herpès humain (EBV, HSV-1, HSV-2, HHV-6, CMV, VZV) ainsi que les charges virales du Torque Teno virus (TTV), marqueur viral indirect de l’immunité dans une cohorte grenobloise de 28 patients présentant une attaque d’angiœdème de type histaminique (n = 12) ou bradikinique (n=16) comparée à une population temoin. Nos résultats montrent une tendance non statistiquement significative d’une fréquence plus élevée de réactivation du virus EBV et de HSV-1 dans la salive (et dans le sang pour l’EBV) au décours des attaques d’angiœdème et une fréquence de détection du TTV dans la salive statistiquement plus elevée que dans le groupe témoin.Le deuxième article est une analyse rétrospective de 113 cas de patients russes atteints d’angiœdème et urticaire aiguë/chronique entre janvier 2016 et décembre 2018 suivis dans le service d'allergologie de l'hôpital d'Irkoutsk n °10, couplée à une analyse de l'incidence de cette pathologie sur 5 ans (2014-2018) chez 6002 patients. L’étude de cette période montre que la part de l'angioedème associé à l'urticaire représentait 9.1% des pathologies suivies dans le service en 2014 contre 4.8% en 2018. Globalement sur cette période de 5 ans, l’angiœdème est la 4e pathologie la plus fréquente dans le service.En plus de ces deux travaux, nous rapportons dans ce manuscrit deux « case reports » décrivant des manifestations cutanées atypiques liées d’une part à une réactivation du virus HHV-6 chez une femme atteinte d’un mélanome et traitée par des perfusions de lymphocytes T autologues infectés par HHV-6 et d’autre part un zona génital chez un enfant de 10 ans immunocompétent.Mots-clés: angiœdème; EBV ; HSV ; VZV ; CMV ; HHV-6 ; TTVirus ; charge virale ; sérologie.

Since the liberation, the French health care system has completely evolved. A profound cultural change is currently taking place, with the development of health democracy, the determination of health pathways, the reorganization of territorialization with the GHT (Groupements Hospitaliers de Territoire), the CPTS (Communautés Professionnelles Territoriaux de Santé), and personalized medicine, the Law on the modernization of our health system, the four main priorities for the national health strategy, the concept of transition affecting five major areas structuring not only the evolution of the health status of populations but also the methods of individual and collective response to the needs of these populations, ma santé 2022 : the place that the patient, as a user of the healthcare system, must take with regard to the expectations and needs of the actors concerned in the health and social fields remains to be defined.Medicine, surgical techniques, treatments and care are constantly evolving. The legislative environment is adapting to the pace of these advances, providing a framework for all these systems and enacting rules of application. In the same dynamic, patients are making progress; they decide to go against the flow of things and refuse to let themselves be overwhelmed by their illnesses, their treatments and their consequences. The notion of : The notion of "living with" is becoming more and more precise and commits, on the one hand, caregivers to re-evaluate their professional practices and postures and, on the other hand, patients to commit themselves to a willingness to participate, to act and to be able to make informed choices.A paradigm shift through collaboration is now taking shape. Numerous questions arise around: the role, missions and place of the patient-user: who is he or she, what is his or her etymology, history, how is he or she defined? Can it evolve and to what level? How, by what means, by what training and with which actors. Can it participate in the initial and continuing training of professionals in the social, medico-social and health sectors as well as in health research? All in all: how can it become involved and integrated into this new French healthcare system?, Depuis la libération, le système de santé français a complètement évolué. S'opère actuellement un profond changement culturel, de développement de la démocratie sanitaire, en pleine mutation vers la démocratie en santé, la détermination des parcours de santé, la réorganisation de la territorialisation avec les GHT (Groupements Hospitaliers de Territoire), les CPTS (Communautés Professionnelles Territoriaux de Santé), la médecine personnalisée, la Loi de modernisation de notre système de Santé, les quatre grandes priorités pour la stratégie nationale de santé, le concept de transition affectant cinq grands axes structurant non seulement les évolutions des états de santé des populations mais également les modalités de réponse individuelle et collective aux besoins de ces populations, ma santé 2022 : la place que le patient, usager du système de santé, doit prendre au regard des attentes et des besoins des acteurs concernés dans le domaine de la santé et du social reste à définir.La médecine, les techniques chirurgicales, les traitements, les prises en charge évoluent en permanence. L’environnement législatif s’adapte au rythme de ces avancées, encadre tous ces dispositifs et édicte des règles d’application. Dans la même dynamique, les patients progressent ; ils décident d’aller contre le cours des choses et refusent de se laisser envahir par leurs maladies, leurs traitements et leurs conséquences. La notion de : « vivre avec » se précise de plus en plus et engage, d’un côté, les soignants à réévaluer leurs pratiques professionnelles ainsi que leurs postures et de l’autre côté, les patients à s’engager dans une volonté de participation, d’action et d’être en capacité de faire des choix éclairés.Un changement de paradigme par la collaboration se précise désormais. De nombreuses questions se posent autour : du rôle, des missions et de la place du patient usager : Qui est-il, quelle est son étymologie, son histoire, comment se définit-il ? Peut-il évoluer et jusqu’à quel niveau ? Comment, par quels moyens, par quelles formations et avec quels acteurs. Peut-il participer à la formation initiale et continue des professionnels dans les secteurs social, médico-social et sanitaire ainsi qu’à à la recherche en santé ? Au total : comment peut-il s’engager et s’intégrer dans ce nouveau système de santé français ?

Glioblastoma is a particularly aggressive malignant brain tumor, currently treated by surgical removal followed by the combined used of radiotherapy and chemotherapy. Despite all treatments, patients have a median survival of only 16 months after diagnosis. Indeed, the tumor recurs locally in the resection margins in the months following surgery, due to the activation of residual tumor cells that were previously dormant. In this thesis, we suggest the use of therapeutic hypothermia as an adjuvant therapy to maintain residual tumor cells in a dormant state and thus prevent glioblastoma recurrence.First, we focused our work on evaluating the effects of hypothermia on four human glioblastoma cell lines (A172, U251, U87 and T98G). We demonstrated that hypothermia inhibited glioblastoma cell proliferation and migration, induced cycle arrest in the G2/M phase and altered cell morphology. In addition, we showed that its effects lasted beyond hypothermic conditioning, with a significant inhibition of proliferation despite rewarming to 37°C. We also showed that hypothermia had more consistent effects than chemotherapy, and that a combination of the two treatments further inhibited tumor cell proliferation. Then, we studied the effects of hypothermia on healthy tissue, by using human primary astrocytes and performing mouse primary neuronal cultures. We demonstrated similar effects than those observed on tumor cells, with an inhibition of astrocyte proliferation and migration, as well as good tolerance of neurons to hypothermia. Then, we performed an ex vivo proof of concept by culturing mouse embryonic brains, in order to study the effects of hypothermia on tumor growth in a complex environment. We were able to maintain the brains in culture, but the histological analyses did not show a significant therapeutic effect of hypothermia, and have to be completed by further studies. Finally, we suggested a technological solution, with the development of an implantable cooling device.Ultimately, our work showed that hypothermia keeps tumor cells dormant in a durable manner, arresting their proliferation without inducing cell death. This thesis work confirms the therapeutic interest of hypothermia in the treatment of glioblastoma, and constitutes a solid basis for future preclinical in vivo studies., Le glioblastome est une tumeur cérébrale maligne particulièrement agressive, dont les traitements actuels consistent en une exérèse chirurgicale suivie par une combinaison de radiothérapie et de chimiothérapie. Malgré l’ensemble des traitements, les patients ont une médiane de survie de seulement 16 mois après le diagnostic. En effet, la tumeur récidive localement dans les berges d’exérèse dans les mois suivant la chirurgie, en raison de l’activation de certaines cellules tumorales résiduelles restées jusqu’ici en dormance. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons l’hypothermie thérapeutique comme thérapie adjuvante, permettant de maintenir ces cellules tumorales dans un état de dormance, et ainsi prévenir la récidive du glioblastome.Dans un premier temps, nous avons concentré nos travaux sur l’évaluation des effets de l’hypothermie sur quatre lignées cellulaires de glioblastome humain (A172, U251, U87 et T98G). Nous avons alors démontré que l’hypothermie inhibait la prolifération et la migration cellulaire, induisait un arrêt du cycle dans la phase G2/M et altérait la morphologie des cellules de glioblastome. De plus, nous avons montré que ses effets étaient prolongés au-delà du conditionnement hypothermique, avec une réduction significative de la prolifération persistante malgré un retour à 37°C. Nous avons également montré que l’hypothermie avait des effets plus uniformes que ceux de la chimiothérapie, et qu’une combinaison de ces deux traitements permettait d’inhiber davantage la prolifération des cellules tumorales. Dans un second temps, nous avons étudié les effets de l’hypothermie sur le contingent sain, avec l’utilisation d’astrocytes humains et la réalisation de cultures primaires de neurones à partir d’embryons de souris. Nous avons démontré des effets similaires à ceux observés sur les cellules tumorales, avec une inhibition de la prolifération et de la migration astrocytaire, ainsi qu’une bonne tolérance des neurones à l’hypothermie. Ensuite, nous avons réalisé une preuve de concept ex vivo avec la mise en culture de cerveaux embryonnaires et adultes de souris, dans le but d’étudier les effets de l’hypothermie sur la croissance tumorale dans un environnement complexe. Nous avons réussi à maintenir les cerveaux en culture, mais les analyses histologiques réalisées ne nous ont pas permis d’observer un effet thérapeutique significatif de l’hypothermie, et devront être complétées par d’autres études. Enfin, nous avons proposé une solution technologique, avec le développement d’un dispositif implantable de refroidissement localisé.En conclusion, nous avons démontré que l’hypothermie maintenait les cellules tumorales en dormance de manière durable, en bloquant leur prolifération sans induire de mort cellulaire. Ces travaux de thèse confirment donc l’intérêt thérapeutique de l’hypothermie dans le traitement du glioblastome et constituent une base solide pour la réalisation de futures études précliniques in vivo.

Glioblastoma is a particularly aggressive malignant brain tumor, currently treated by surgical removal followed by the combined used of radiotherapy and chemotherapy. Despite all treatments, patients have a median survival of only 16 months after diagnosis. Indeed, the tumor recurs locally in the resection margins in the months following surgery, due to the activation of residual tumor cells that were previously dormant. In this thesis, we suggest the use of therapeutic hypothermia as an adjuvant therapy to maintain residual tumor cells in a dormant state and thus prevent glioblastoma recurrence.First, we focused our work on evaluating the effects of hypothermia on four human glioblastoma cell lines (A172, U251, U87 and T98G). We demonstrated that hypothermia inhibited glioblastoma cell proliferation and migration, induced cycle arrest in the G2/M phase and altered cell morphology. In addition, we showed that its effects lasted beyond hypothermic conditioning, with a significant inhibition of proliferation despite rewarming to 37°C. We also showed that hypothermia had more consistent effects than chemotherapy, and that a combination of the two treatments further inhibited tumor cell proliferation. Then, we studied the effects of hypothermia on healthy tissue, by using human primary astrocytes and performing mouse primary neuronal cultures. We demonstrated similar effects than those observed on tumor cells, with an inhibition of astrocyte proliferation and migration, as well as good tolerance of neurons to hypothermia. Then, we performed an ex vivo proof of concept by culturing mouse embryonic brains, in order to study the effects of hypothermia on tumor growth in a complex environment. We were able to maintain the brains in culture, but the histological analyses did not show a significant therapeutic effect of hypothermia, and have to be completed by further studies. Finally, we suggested a technological solution, with the development of an implantable cooling device.Ultimately, our work showed that hypothermia keeps tumor cells dormant in a durable manner, arresting their proliferation without inducing cell death. This thesis work confirms the therapeutic interest of hypothermia in the treatment of glioblastoma, and constitutes a solid basis for future preclinical in vivo studies., Le glioblastome est une tumeur cérébrale maligne particulièrement agressive, dont les traitements actuels consistent en une exérèse chirurgicale suivie par une combinaison de radiothérapie et de chimiothérapie. Malgré l’ensemble des traitements, les patients ont une médiane de survie de seulement 16 mois après le diagnostic. En effet, la tumeur récidive localement dans les berges d’exérèse dans les mois suivant la chirurgie, en raison de l’activation de certaines cellules tumorales résiduelles restées jusqu’ici en dormance. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons l’hypothermie thérapeutique comme thérapie adjuvante, permettant de maintenir ces cellules tumorales dans un état de dormance, et ainsi prévenir la récidive du glioblastome.Dans un premier temps, nous avons concentré nos travaux sur l’évaluation des effets de l’hypothermie sur quatre lignées cellulaires de glioblastome humain (A172, U251, U87 et T98G). Nous avons alors démontré que l’hypothermie inhibait la prolifération et la migration cellulaire, induisait un arrêt du cycle dans la phase G2/M et altérait la morphologie des cellules de glioblastome. De plus, nous avons montré que ses effets étaient prolongés au-delà du conditionnement hypothermique, avec une réduction significative de la prolifération persistante malgré un retour à 37°C. Nous avons également montré que l’hypothermie avait des effets plus uniformes que ceux de la chimiothérapie, et qu’une combinaison de ces deux traitements permettait d’inhiber davantage la prolifération des cellules tumorales. Dans un second temps, nous avons étudié les effets de l’hypothermie sur le contingent sain, avec l’utilisation d’astrocytes humains et la réalisation de cultures primaires de neurones à partir d’embryons de souris. Nous avons démontré des effets similaires à ceux observés sur les cellules tumorales, avec une inhibition de la prolifération et de la migration astrocytaire, ainsi qu’une bonne tolérance des neurones à l’hypothermie. Ensuite, nous avons réalisé une preuve de concept ex vivo avec la mise en culture de cerveaux embryonnaires et adultes de souris, dans le but d’étudier les effets de l’hypothermie sur la croissance tumorale dans un environnement complexe. Nous avons réussi à maintenir les cerveaux en culture, mais les analyses histologiques réalisées ne nous ont pas permis d’observer un effet thérapeutique significatif de l’hypothermie, et devront être complétées par d’autres études. Enfin, nous avons proposé une solution technologique, avec le développement d’un dispositif implantable de refroidissement localisé.En conclusion, nous avons démontré que l’hypothermie maintenait les cellules tumorales en dormance de manière durable, en bloquant leur prolifération sans induire de mort cellulaire. Ces travaux de thèse confirment donc l’intérêt thérapeutique de l’hypothermie dans le traitement du glioblastome et constituent une base solide pour la réalisation de futures études précliniques in vivo.

Since the liberation, the French health care system has completely evolved. A profound cultural change is currently taking place, with the development of health democracy, the determination of health pathways, the reorganization of territorialization with the GHT (Groupements Hospitaliers de Territoire), the CPTS (Communautés Professionnelles Territoriaux de Santé), and personalized medicine, the Law on the modernization of our health system, the four main priorities for the national health strategy, the concept of transition affecting five major areas structuring not only the evolution of the health status of populations but also the methods of individual and collective response to the needs of these populations, ma santé 2022 : the place that the patient, as a user of the healthcare system, must take with regard to the expectations and needs of the actors concerned in the health and social fields remains to be defined.Medicine, surgical techniques, treatments and care are constantly evolving. The legislative environment is adapting to the pace of these advances, providing a framework for all these systems and enacting rules of application. In the same dynamic, patients are making progress; they decide to go against the flow of things and refuse to let themselves be overwhelmed by their illnesses, their treatments and their consequences. The notion of : The notion of "living with" is becoming more and more precise and commits, on the one hand, caregivers to re-evaluate their professional practices and postures and, on the other hand, patients to commit themselves to a willingness to participate, to act and to be able to make informed choices.A paradigm shift through collaboration is now taking shape. Numerous questions arise around: the role, missions and place of the patient-user: who is he or she, what is his or her etymology, history, how is he or she defined? Can it evolve and to what level? How, by what means, by what training and with which actors. Can it participate in the initial and continuing training of professionals in the social, medico-social and health sectors as well as in health research? All in all: how can it become involved and integrated into this new French healthcare system?, Depuis la libération, le système de santé français a complètement évolué. S'opère actuellement un profond changement culturel, de développement de la démocratie sanitaire, en pleine mutation vers la démocratie en santé, la détermination des parcours de santé, la réorganisation de la territorialisation avec les GHT (Groupements Hospitaliers de Territoire), les CPTS (Communautés Professionnelles Territoriaux de Santé), la médecine personnalisée, la Loi de modernisation de notre système de Santé, les quatre grandes priorités pour la stratégie nationale de santé, le concept de transition affectant cinq grands axes structurant non seulement les évolutions des états de santé des populations mais également les modalités de réponse individuelle et collective aux besoins de ces populations, ma santé 2022 : la place que le patient, usager du système de santé, doit prendre au regard des attentes et des besoins des acteurs concernés dans le domaine de la santé et du social reste à définir.La médecine, les techniques chirurgicales, les traitements, les prises en charge évoluent en permanence. L’environnement législatif s’adapte au rythme de ces avancées, encadre tous ces dispositifs et édicte des règles d’application. Dans la même dynamique, les patients progressent ; ils décident d’aller contre le cours des choses et refusent de se laisser envahir par leurs maladies, leurs traitements et leurs conséquences. La notion de : « vivre avec » se précise de plus en plus et engage, d’un côté, les soignants à réévaluer leurs pratiques professionnelles ainsi que leurs postures et de l’autre côté, les patients à s’engager dans une volonté de participation, d’action et d’être en capacité de faire des choix éclairés.Un changement de paradigme par la collaboration se précise désormais. De nombreuses questions se posent autour : du rôle, des missions et de la place du patient usager : Qui est-il, quelle est son étymologie, son histoire, comment se définit-il ? Peut-il évoluer et jusqu’à quel niveau ? Comment, par quels moyens, par quelles formations et avec quels acteurs. Peut-il participer à la formation initiale et continue des professionnels dans les secteurs social, médico-social et sanitaire ainsi qu’à à la recherche en santé ? Au total : comment peut-il s’engager et s’intégrer dans ce nouveau système de santé français ?

A notable fraction of HIV-1-infected individuals develop Broadly Neutralizing Antibodies (BNAbs), directed against the envelope glycoprotein (Env) able to prevent the infection of the target cells despite the tremendous viral genetic diversity. A vaccine that would elicit such Ab response could probably protect against the HIV infection. Our team focuses on the mechanisms of development of the BNAbs responses, notably in a large african longitudinal cohort of primary infection. The objectives of my PhD have been i) isolate and characterize the BNAbs of donor PC02, 4th best neutralizer of the cohort and ii) complete the ontogeny of PC94, 2nd best neutralizer. Our work firstly aimed to map the epitope on Env mainly targeted by the BNAbs of PC02 serum, in order to use this information for a differential sorting of corresponding B lymphocytes and isolation of BNAbs. Despite multiple mapping strategies, the preferential epitope of PC02 BNAbs could not be identified, suggesting a diversity of NAbs responsible for the neutralization activity of this donor or the presence of new specificity(ies). Those results led us to reshuffle the cell sorting strategies usually employed for BNAbs isolation in the laboratory. These new sorting strategies, based on the selection of the Abs able to bind multiple recombinant trimeric Env coupled to B cell activation and functional screening were then applied to donor PC94. About this donor, the work of a former PhD student of the laboratory had enabled the isolation and characterization of two BNAbs lineages, both directed against the HM Patch at the base of the Env V3 loop (unpublished). As those Ab did not recapitulate the extraordinary neutralizing activity of the donor serum, it was hypothesized that other Ab, from the same or different lineages, potentially targeting other Env epitopes, might explain the broad neutralization. New specific B lymphocytes sorts were performed, from PBMC samples harvested at different time post-infection, based on the newly designed strategy. Those sorts resulted in the isolation of B lymphocytes bearing Ab with high potential of broad neutralization. Fifty-one pairs of heavy and light chains were selected to be cloned. Thirty-six Abs could be produced and tested in regard to their broad neutralization. Sixteen Ab showed neutralizing activity among which thirteen had a notable breadth. Ten Ab were belonging to one of the previously identified lineages with some being slightly broader than their relatives. One was part of the second lineage previously identified, although less neutralizing. Two isolated Abs were part of BNAbs families different than those already characterized for this donor, with complementary spectra, with one Ab more neutralizing of clade B viruses while the other of clade C. The emergence dynamic of those BNAbs lineages and their epitope on Env remain to be determined. In conclusion, the newly elaborated strategies enabled the successful isolation of PC94 BNAbs, with notably the recovery of a lineage already identified and the identification of 2 new lineages, which cooperation relationships remain to be deciphered. However, the serum breadth remains not entirely explained by the isolated Abs. The missing of some BNAbs might be explained by the use of baits with conformation too distant from the viral Env at the step of B cells isolation or the rarity of the B cells corresponding to BNAbs. Otherwise, the latter might have been properly selected but their BNAbs could not be produced because of the unperfect yield of the steps of activation, gene amplification, cloning or production that have followed. Our results illustrate the difficulty of explaining the broad neutralizing activity of the serum of some patients, despite the technical advances in BNAbs isolation. They also show how the evolution of several lineages of NAbs might possibly explain the spectrum of an elite neutralizer., Une fraction des individus infectés par le VIH-1 développe des anticorps neutralisants à large spectre (AcNLS), dirigés contre la glycoprotéine d’enveloppe (Env) et capables de bloquer l’infection des cellules cibles malgré la grande diversité génétique du virus. Un vaccin qui induirait une telle réponse Ac pourrait probablement protéger contre l’infection par le VIH. Notre équipe étudie les mécanismes de développement des réponses AcNLS, notamment dans une large cohorte africaine de primo infection. Les objectifs de ma thèse ont été i) d’isoler et caractériser les AcNLS du donneur PC02, le 4e meilleur neutraliseur de la cohorte et ii) de compléter l’ontogénie des lignées d’AcNLS de PC94, 2e meilleur neutraliseur. Nos travaux ont d’abord visé à cartographier l’épitope de Env majoritairement ciblé par les AcNLS du sérum de PC02, afin d’utiliser cette information pour la réalisation d’un tri différentiel des lymphocytes B du donneur et l’isolement d’AcNLS. Malgré l’emploi de différentes méthodes, un épitope des AcNLS de PC02 n’a pu être identifié, suggérant l’existence d’une diversité d’AcN chez ce donneur ou de spécificités AcN nouvelles. Ces résultats nous ont amenés au remaniement des stratégies d’isolement d’AcNLS utilisées habituellement dans le laboratoire. Les nouvelles stratégies de tri, basées sur une sélection par de multiples Env trimériques recombinantes, couplée à de l’activation cellulaire B et à un criblage fonctionnel ont été appliquées à PC94. Pour ce donneur, des travaux du laboratoire avaient auparavant permis l’isolement et la caractérisation de deux lignées d’AcNL ciblant la région riche en mannose à la base de la boucle V3 de Env. Ces Ac ne récapitulant pas l’extraordinaire capacité de neutralisation du sérum de PC94, l’hypothèse a été faite que d’autres Ac des mêmes lignées, ou de lignées différentes, potentiellement dirigées contre d’autres épitopes de Env, devaient expliquer la neutralisation à large spectre. De nouveaux tris de cellules B mémoire spécifiques ont été effectués, basés sur la stratégie nouvellement établie. Ces tris ont permis l’isolement de cellules B porteuses d’Ac à potentiel de neutralisation LS. Cinquante-et-une paires de chaines lourdes et légères ont été sélectionnées pour être clonées. Trente-six Ac ont été produits et testés pour leur capacité à neutraliser. Treize Ac ont montré une activité neutralisante avec une largeur de spectre notable. Dix Ac appartenaient à l’une des deux familles d’Ac identifiées antérieurement, présentant parfois des spectres légèrement plus larges. Un Ac appartenait à l’autre famille, en moins neutralisant. Enfin, 2 AcN isolés étaient de familles nouvelles. Les spectres de ces 2 AcNs, dont les épitopes restent à déterminer, semblent se compléter, avec l’un plutôt actif contre les virus de clade B et l’autre contre ceux de clade C. En conclusion, les nouvelles stratégies de tri mises en place ont été efficaces à isoler des AcN chez PC94, de lignées déjà identifiées et également de deux nouvelles lignées. Leurs relations de coopération et dynamique d’apparition restent à mieux caractériser. Toutefois, le spectre de neutralisation du sérum de PC94 n’est toujours pas entièrement expliqué par les AC isolés. Ceci pourrait s’expliquer par la rareté des cellules B correspondant aux AcNLS ou l’utilisation pour le tri d’appâts dont la conformation serait trop éloignée des Env virales natives. Par ailleurs des cellules B d’intérêt pourraient avoir été sélectionnées mais les AcNLS correspondant non isolés du au rendement imparfait des étapes d’activation, d’amplification génique, de clonage ou de production qui ont suivi. Nos résultats illustrent la difficulté à expliquer pour certains patients la neutralisation à large spectre de leur sérum, malgré les avancées techniques d’isolement des AcNLS. Ils montrent aussi comment l’évolution de plusieurs lignées d’AcN pourrait potentiellement expliquer le spectre d’activité du sérum d’un neutraliseur d’élite.

Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSA) is a prevalent disease characterised by the occurrence of repeated nocturnal episodes of apnea leading to recurrent cycles of hypoxia-reoxygenation called intermittent hypoxia (IH). Intermittent hypoxia is a chronic and systemic stimulus which is considered as the main factor responsible for the deleterious cardiovascular and metabolic effects induced by OSA. Recent clinicalstudies have showed OSA is associated with excess mortality due to cancer and preclinical studies have confirmed that OSA promote tumour development. In animals, exposure to intermittent hypoxia has been shown to promote primary and metastatic tumour growth, particularly in murin models of melanoma. To date, no study has evaluated the impact of intermittent hypoxia on growth and metastatic power of breast cancer in apreclinical study.The main objective of this thesis was to explore the impact of intermittent hypoxia on the development of breast cancer and to understand how the imbalance induced by intermittent hypoxia at the macro-environmental scale contributes to tumour development. Involvement of the endothelin pathway was evaluated by an ET-1 receptor antagonist.The experimental protocol was carried out on preclinical models combining a mouse model of orthotopic mammary tumour and two additional cell culture models. This mixed approach has been carried out thanks to the development of an in vitro device for cellular exposure to intermittent hypoxia.This cross-sectional work has shown that intermittent hypoxia induced by OSA leads to accelerated tumour growth and favours tumour dissemination in exposed animals and that this phenomenon involved the endothelin 1 pathway.Keywords: OSA, intermittent hypoxia, breast cancer, endothelin 1, macitentan, macroenvironment, preclinical studies, Effets délétères de l’hypoxie intermittente associée au syndrome d’apnées obstructives du sommeil sur la croissance et la dissémination métastatique du cancer du sein : implication de la voie HIF-1/VEGF/EndothélineLe syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie fréquente caractérisée par la survenue d’épisodes nocturnes d’apnées répétées à l’origine de cycles récurrents d’hypoxie-réoxygénation appelés hypoxie intermittente (HI). L’hypoxie intermittente, stimulus chronique et systémique, est à présent reconnue comme le principal facteur responsable d’effets délétères du SAOS au niveaucardiovasculaire et métabolique. De récentes études cliniques ont identifié le SAOS comme étant associé à une surmortalité par cancer tandis que des études précliniques ont confirmé qu’il pouvait promouvoir le développement tumoral. Chez l’animal il a été démontré que l’exposition à l’hypoxie intermittente favorise la croissance tumorale primaire et métastatique notamment sur modèles murins de mélanome. A ce jour aucune étude n’a évalué l’impact de l’hypoxie intermitente sur le développement et la dissémination métastatique du cancer du sein.L'objectif principal de ce travail de thèse est d’explorer l’impact de l’hypoxie intermittente sur le SAOS développement du cancer du sein et de comprendre comment le déséquilibre induit par l’hypoxie intermittente à l’échelle du macro-environnement contribue au développement tumoral. L’évaluation de l’implication de la voie de l’endothéline sur les effets observés a été mené par l’utilisation d’un antagoniste des récepteurs à l’ET-1.Le protocole expérimental a été mené sur un protocole expérimental associant un modèle murin de tumeur mammaire orthotopique et deux modèles de culture cellulaire. Cette approche mixte a été rendue possible grâce à la mise au point, au cours de cette thèse, d’un dispositif in vitro d’exposition cellulaire à l’hypoxie intermittente.Ce travail transversal a permis de montrer que l’hypoxie intermittente induite par le SAOS conduit à une accélération de la croissance tumorale et favorise la dissémination tumorale chez les animaux exposés et que ce phénomène engage la voie de l’endothéline 1.Mots-clés : SAOS, hypoxie intermittente, cancer du sein, endothéline 1, macitentan

Human cells are under constant threat from DNA-damaging agents. Double-strand breaks (DSBs) are highly deleterious DNA lesions that can induce chromosomal translocations, increase mutation rate and participate in malignant transformation. DSBs are also induced by standard anticancer treatments, in order to trigger cell death mechanisms in cancerous cells. In humans, DSBs are processed by complex repair systems that operate with different speed and fidelity. The last two decades saw the emergence of several repair inhibitors that target major repair pathways and reduce repair capacity in tumor cells. A better understanding of DSB repair processes would improve the identification of tumors that could respond to repair inhibitors. In addition, it may also allow the identification of specific repair profiles associated with an increased risk of treatment-induced adverse effects. Thus, functional approaches allowing the characterization of DSB repair profiles could complement current genotyping methods.In this intent, LXRepair developed a multiplexed assay on biochip that allows the analysis of several DSB repair activities. Repair profiles have been characterized in three human cancer cell lines as part of technical and biological assay validations. Repair activities were studied both at the basal level and following exposure to DSB-inducing chemical doxorubicin, combined or not with various repair inhibitors. In collaboration with the CIBEST team, results were compared to a reference assay based on agarose gel electrophoresis. In addition, 53BP1 foci and repair protein levels or activity were investigated, together with the activity of repair pathways that process lesions other than DSBs, allowing further characterizations of the cellular response to the treatments. This study highlighted the interest of the biochip approach compared to the chosen reference method, both from the technical and biological perspective. The assay reduced experimental workload while providing information on several repair pathways simultaneously. However, this work also reflects the complexity of the regulation of DNA repair systems and raises a set of questions that call for further investigation. Overall, the results obtained within the course of this project highlight the potential of the biochip method for various applications in oncology, fundamental research or biomolecular screening., Les cellules humaines sont constamment exposées à des facteurs divers qui endommagent leur ADN. Les cassures double-brin (CDB) comptent parmi les lésions de l’ADN les plus délétères ; elles peuvent induire des translocations chromosomiques, augmentent le risque de mutation et participent à la transformation en cellules cancéreuses. Des CDB sont d’autre part induites par les agents anticancéreux les plus courants, qui visent à déclencher la mort cellulaire dans les cellules tumorales. Chez l’Homme, ces lésions sont prises en charge par des mécanismes complexes de réparation qui opèrent de manière plus ou moins rapide et fidèle. Le développement d’inhibiteurs de réparation a permis de bloquer des mécanismes-clé et de diminuer la capacité de réparation des cellules tumorales. Une compréhension plus complète des mécanismes de réparation des CDB permettrait d’une part de mieux identifier les tumeurs susceptibles de répondre à des inhibiteurs de réparation et pourrait d’autre part permettre d’associer des profils de réparation spécifiques à une susceptibilité accrue de développer des effets indésirables liés aux traitements. Des méthodes fonctionnelles permettant de caractériser des profils de réparation pourraient ainsi compléter les techniques actuelles de génotypage.Dans cette optique, l’entreprise LXRepair a développé une méthode multiplexée sur biopuce permettant d’étudier la réparation des CDB via différentes voies. Dans le cadre de l’optimisation technique et biologique de ce test, les profils de réparation de plusieurs lignées cancéreuses humaines ont été comparés en l’absence de traitements et suite à une exposition à un composé génotoxique, la doxorubicine, combiné ou non à des inhibiteurs de réparation. En collaboration avec l’équipe CIBEST, les résultats obtenus ont été comparés à une approche de référence fondée sur l’électrophorèse sur gel d’agarose. En parallèle, la quantification de foci 53BP1, la mesure de l’abondance et de l’activité de protéines de réparation des CDB ainsi que l’étude de l’activité de voies de réparation d’autres lésions à l’ADN ont permis de mieux caractériser la réponse des modèles cellulaires aux différents traitements. Cette étude a mis en évidence l’intérêt de l’approche sur biopuce par rapport à la méthode de référence, aussi bien sur des aspects techniques (réduction du temps d’analyse par échantillon) que biologiques (caractérisation de plusieurs mécanismes de réparation simultanément). Cependant, les profils de réparation obtenus soulignent la complexité de la régulation de la réparation de l’ADN, ce qui soulève de nouvelles pistes de recherches. Dans l’ensemble, les résultats obtenus au cours de ce projet mettent en évidence l’intérêt la méthode sur biopuce, qui trouve des applications directes en oncologie, en recherche fondamentale ou en criblage biomoléculaire.

In research and in clinics, pathologic states of the brain have been widely characterized, and new treatment strategies evolve on a daily basis. Conversely, therapy of one of the most severe brain conditions, known as glioblastoma, is in many cases without success. Within the therapeutic range, radiotherapy represents the most efficient method. However, as normal tissue cells are equally affected by radiation effects as cancerous cells, the prescribed dose remains greatly limited by radiotoxic adverse reactions. Thus, a continuous demand of improved irradiation techniques challenges researchers and clinicians to date. A novel form of radiotherapy is being developed, termed Microbeam Radiation Therapy (MRT). In MRT, X-rays are generated by a synchrotron light source and are collimated into an array of parallel microbeams that are a few tens of microns wide and separated by a few hundred microns. This irradiation geometry allows very high dose deposition in the microbeam paths (peak dose) while tissue slices located in-between these paths receive only 5-10% of the peak dose (valley dose). The major benefit of this new modality lies within the preferential effects on tumor than on normal tissues. Tumor vessel responses differ drastically from those observed in mature blood vessels, thus preserving normal tissues while successfully ablating cancerous cells. In this thesis, the effects of MRT on normal brain tissue were further investigated. First, normal rats were exposed to whole-brain MRT (valley doses from 5 to 25 Gy). Second, MRT was delivered through multiple ports (up to 5), focalized in the right caudate nucleus (10 Gy valley dose). These animals were subject to behavioral tests, magnetic resonance imaging (MRI) and histologic analysis until one year post exposure. Results were compared to untreated rats and animals exposed to hospital- or synchrotron-generated broad beam (BB) irradiation. In addition, the multiport MRT geometry was tested on 9L gliosarcoma-bearing rats. The results demonstrated that long-term normal brain tissue effects of MRT at valley doses higher than 10 Gy were not negligible. Chronic vascular effects started off this dose, whereas tissue necrosis was only observed after 25 Gy exposure. MRT-induced behavioral changes were seen in increased locomotion and exploratory drive. However, veterinary observations did not raise concern in rats irradiated with ≤ 17 Gy MRT valley dose or in rats exposed to the multiport configuration. Remarkably, the successive addition of MRT incidences to the standard protocol for 9L tumor treatment increased significantly and exponentially animal survival and tumor control. Indeed, multiport MRT increases biological equivalent doses by a factor of ~2.5, a result never achieved by any other radiotherapeutical approach. The exceptional normal tissue sparing and the outstanding therapeutic index make multiport MRT a promising innovative method that is primed for clinical translation., En recherche et en clinique, les états pathologiques du cerveau ont été caractérisés, et de nouvelles stratégies de traitement évoluent au quotidien. Néanmoins, le traitement de l'une des maladies les plus graves, le glioblastome, est dans de nombreux cas sans succès. Dans ce domaine, la radiothérapie représente la méthode la plus efficace. Cependant, comme les cellules saines sont également affectées par les effets des rayonnements que les cellules cancéreuses, la dose prescrite reste fortement limitée par les effets indésirables radiotoxiques. Ainsi, une demande continue d’amélioration de techniques d'irradiation défie les chercheurs et les cliniciens à ce jour. Une nouvelle forme de radiothérapie est en cours de développement, la Microbeam Radiation Therapy (MRT). En MRT, les rayons X, générés par une source de lumière synchrotron, sont collimatés en microfaisceaux de quelques dizaines de microns de large et séparés de quelques centaines de microns. Cette géométrie d'irradiation permet un dépôt de dose très élevée dans les trajets des microfaisceaux (dose pic) tandis que les tranches de tissu situées entre eux ne reçoivent que 5 à 10% de la dose pic (dose vallée). Le principal avantage de cette nouvelle modalité réside dans les effets préférentiels sur la tumeur par rapport aux tissus sains. Les réponses des vaisseaux tumoraux diffèrent considérablement de celles observées dans les vaisseaux sanguins matures, préservant ainsi les tissus sains tout en permettant l'ablation des cellules cancéreuses. Dans cette thèse, les effets de la MRT sur le tissu cérébral sain ont été étudiés plus en détail. Premièrement, le cerveau entier de rats sains a été exposé à la MRT (doses vallées de 5 à 25 Gy). Deuxièmement, la MRT a été administrée selon plusieurs ports (jusqu'à 5), focalisées dans le noyau caudé droit (dose vallée de 10 Gy). Ces animaux ont été soumis à des tests comportementaux, à une imagerie par résonance magnétique (IRM) et à une analyse histologique jusqu'à un an après l'exposition. Ces résultats ont été comparés à des animaux non traités ou exposés à une irradiation par faisceau plein (Broad Beam, BB), généré à l'hôpital ou au synchrotron. Par ailleurs, l’efficacité thérapeutique de la MRT avec la géométrie à 5ports a été évaluée sur des rats porteurs de gliosarcome 9L. Les résultats ont démontré que les effets à long terme de la MRT sur les tissus cérébraux sains à des doses vallées supérieures à 10 Gy n'étaient pas négligeables. Des effets vasculaires chroniques ont débuté à cette dose, alors qu'une nécrose tissulaire n'a été observée qu'après une exposition de 25 Gy. Des changements de comportement ont été observés par une augmentation de la locomotion et de l'exploration. Cependant, les observations vétérinaires n'ont pas soulevé de préoccupation chez les rats irradiés avec une dose vallée de ≤ 17 Gy ou chez les rats exposés à la configuration multiport. Remarquablement, l'ajout successif d'incidences MRT au protocole standard pour le traitement des tumeurs 9L a augmenté de manière significative et exponentielle la survie des animaux et le contrôle tumoral. En effet, la MRT multiport augmente les doses d’équivalences biologiques d’un facteur d'environ 2.5, un résultat jamais atteint par aucune autre approche radiothérapeutique. La préservation des tissus sains et l'index thérapeutique exceptionnel font de la MRT multiport une méthode innovante et prometteuse qui est prête pour un transfert vers la clinique.

The care process is a complex event involving the collaboration of several specialized professionals in a high-tech environment. In this context, the teaching and acquisition of increasingly specialized technical skills has long been the main driving force behind the selection of health professionals. However, improving the quality and safety of care can only be based on the development of a genuine safety culture allowing the implementation of a risk management strategy. Several approaches will make it possible to structure this risk management: secure the learning of potentially dangerous invasive procedures for patients, acquire and assess organizational skills, promote communication and appropriate cooperation between the various healthcare professionals, adopt rationalization tools and standardization of practices.The development of new educational tools such as Simulation makes it possible to improve the quality of patient care by integrating non-technical and organizational skills into the training of health professionals through a reflective and experiential approach. Simulation-based teaching thus aims to teach, evaluate and improve technical procedure, diagnostic or therapeutic processes, more or less complex clinical situations or decision-making. It makes it possible to identify and recognize risky situations through a systemic analysis of the error. Soft skills can be organized into four broad categories: task management (planning and prioritizing, providing and maintaining standards and identifying available resources), teamworking (coordinating activities, exchanging information, leadership), situational awareness and decision making. Along with this classification of non-technical skills, we looked at the impact of simulation-based pedagogy according to the Kirkpatrick classification (reactions, learning, behavior, results), the final target being to improve quality and safety in patient care.We first built and validated simulation-based models for teaching and assessing technical and non-technical skills in healthcare. The “Tricked cart” model was developed for the purpose of teaching and evaluating task management by improving the recognition of sources of medication errors. The OTPA (Obstetric Team Performance Assessment) grid has been developed to provide a tool for assessing skills in critical situations.We then focused on measuring the impact of a larger-scale, inter-professional and multi-disciplinary educational program enabling the implementation of teamworking and in particular communication.Finally, we have developed a tool for measuring and analyzing situational awareness and decision making by combining a standardized simulated scenario with the use of an eye-tracking device. We analyzed the signals from an oculometric recording in order to identify the factors involved in situational awareness and decision making.More than a teaching technique, simulation is a methodological tool that allows teaching and evaluating technical and non-technical skills in healthcare and thus contribute to improving the quality and safety of care in a risk analysis and management process., Le processus de soins est un événement complexe impliquant la collaboration de plusieurs professionnels spécialisés dans un environnement à haute technicité. Dans ce contexte, l’enseignement et l’acquisition de compétences techniques de plus en plus pointues a longtemps été le principal moteur de sélection des professionnels de santé. Pourtant, l’amélioration de la qualité et de la sécurité des soins ne peut reposer que sur le développement d’une véritable culture sécurité permettant de mettre en place une stratégie de gestion du risque. Plusieurs démarches vont permettre de structurer cette gestion du risque : sécuriser l’apprentissage des gestes invasifs potentiellement dangereux pour les patients, acquérir et évaluer des compétences organisationnelles, favoriser une communication et une coopération adaptée entre les différents professionnels de santé, adopter des outils de rationalisation et de standardisation des pratiques.Le développement de nouveaux outils pédagogiques tels que la Simulation permet d’améliorer la qualité de la prise en charge des patients en intégrant à la formation des professionnels de santé des compétences non techniques et organisationnelles à travers une démarche réflexive et expérientielle. La pédagogie par simulation vise ainsi à enseigner, évaluer et améliorer des gestes techniques, des processus diagnostiques ou thérapeutiques, des situations cliniques plus ou moins complexes ou des prises de décisions. Elle permet d’identifier et de reconnaître les situations à risque à travers une analyse systémique de l’erreur. Les compétences non techniques peuvent être organisées en quatre grandes catégories : la gestion des tâches (planification et priorisation, mise en place de référentiels et identification des ressources disponibles), le travail en équipe (coordination, communication, leadership), la conscience situationnelle et la prise de décision. Parallèlement à cette classification des compétences non techniques, nous nous sommes intéressés à l’impact de la pédagogie par simulation selon la classification de Kirkpatrick (réactions, apprentissages, comportements, résultats), l’objectif final étant d’améliorer la qualité et la sécurité des soins aux patients.Nous avons dans un premier temps construit et validé des modèles d’enseignement et d’évaluation des compétences techniques et non techniques basés sur la simulation en santé Le modèle du « Chariot Piégé » a été développé dans un objectif d’enseignement et d’évaluation de la gestion des tâches à travers l’amélioration de la reconnaissance des sources d’erreurs médicamenteuses. La grille OTPA (Obstetric Team Performance Assessment) a été élaborée afin de fournir un outil d’évaluation des compétences en situation critique.Nous nous sommes ensuite intéressés à la mesure de l’impact d’un programme pédagogique à plus grande échelle, interprofessionnel et multidisiplinaire permettant d’implémenter le travail en équipe et notamment la communication.Enfin, nous avons développé un outil de mesure et d’analyse de la conscience situationnelle et de la prise de décision en combinant un scénario simulé standardisé à l’utilisation d’un dispositif de suivi oculaire (eye-tracking). Nous avons ainsi analysé les signaux issus d’un enregistrement oculométrique dans le but d’identifier les facteurs impliqués dans la conscience situationnelle et la prise de décision.Plus qu’une technique pédagogique, la simulation est un outil méthodologique qui permet d’enseigner et d’évaluer les compétences techniques et non techniques en santé et de contribuer ainsi à l’amélioration de la qualité et de la sécurité des soins dans une démarche d’analyse et de gestion du risque en santé.

Tryptophan (Trp) metabolism was investigated in various pathology, including cardiovascular diseases, cancerology and neurodegenerative diseases. Trp, an essential aminoacid, is catabolized into two major pathways: kynurenine (KYN) pathway represents 98% of Trp catabolism and is involved in cardiopathy and immune tolerance, as serotonin (5HT) pathway is implicated in depression and sleep. In this work, we have studied Trp pathway in phenylketonuria (PKU) and cardiovascular diseases.Firstly, we developed a simple method for quantification of Trp and 8 of its metabolites, involved in both KYN and 5HT pathways, using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry. This method, with a quick chromatographic runtime (15 min) and simple sample preparation, has been validated according to NF EN ISO 15189 criteria.Secondly, we explored Trp metabolism in phenylketonuria (OMIM 261600), a pathology caused by deficiency of phenylalanine hydroxylase enzyme (EC 1.14.16.1), that catalyses hydroxylation of phenylalanine (Phe) to tyrosine. Early low-Phe diet treatment, results in the prevention of severe mental retardation (IQ < 50) seen in untreated PKU patients.Many similarities between Trp and Phe metabolisms exist: transporters, cofactor and chaperone enzyme, and inhibition of one pathway by metabolites of the other pathway. As some of these metabolites have neuroactive properties, they should be considered in neurological impairment seen in this pathology and not totally explained by blood Phe concentrations.We assessed here a change of Trp metabolism in 151 adult PKU patients, with diminution of plasmatic concentrations of KYN and 3-hydroxykynurenic acid (3HK) in PKU patients compared to general population (P < .0001). These modifications were modified by diet type.In third line, we evaluated Trp metabolism in cardiovascular diseases. Prevention of these diseases representes a serious public health issue, based on diminution of co-morbidities like obstructive sleep apnoea (OSA). This syndrome affects 6-17% of adults worldwide, and is characterized by complete or partial pharyngeal collapse, sleep fragmentation and increased respiratory efforts, resulting in intermittent hypoxia and low-grade inflammation. Recent studies have explored Trp metabolism in cardiovascular diseases, but mainly in epidemiologic studies. We highlighted here clinical and preclinical studies that we will conducted in this field, in the way to characterized Trp modification in treated or untreated OSA, intermittent hypoxia (animal model of OSA) and exercise training.Trp metabolism is clearly involved in various pathological conditions. In this work, we have highlighted its modification in PKU. Physiopathological impact of these modifications have to been explored in various pathologies., Le métabolisme du tryptophane (Trp) a été investigué dans différentes pathologies, incluant les maladies cardiovasculaires, la cancérologie et les maladies neurodégénératives. Le Trp, acide aminé essentiel, est catabolisé en périphérie et au niveau central selon 2 voies : celle des kynurénines, quantitativement majoritaire et impliquée dans les cardiopathies et la tolérance immune, et celle de la sérotonine, connue pour son implication dans la dépression et le sommeil. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’implication de cette voie métabolique dans la phénylcétonurie (PCU) et les maladies cardiovasculaires.Dans la première partie de ce travail, nous avons mis au point une technique analytique de dosage de 9 métabolites de la voie du Trp, incluant ses 2 voies cataboliques. La méthode proposée, en HPLC-MS/MS, est fiable, reproductible, peu coûteuse, avec un processus pré-analytique simple et une durée d’analyse de 15 min. Ses critères sont conformes aux exigences du laboratoire selon les recommandations de la norme NF EN ISO 15189.Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés au métabolisme du Trp dans la phénylcétonurie (PCU ; OMIM 261600). Cette maladie, due à un déficit de la phénylalanine hydroxylase hépatique (PAH ; EC 1.14.16.1), entraine une accumulation de phénylalanine (Phe) associée à un déficit en tyrosine. Cette pathologie, causant principalement un profond retard mental (QI < 50), est traitable grâce à l’instauration le plus précocement possible d’un régime restreint en Phe.Plusieurs éléments rapprochent le métabolisme du Trp de celui de la Phe, que ce soient les transporteurs, cofacteurs et enzyme chaperone communs, ou les inhibitions de l’une des voies par des métabolites de l’autre voie. De plus, certains adultes atteints de PCU présentent des dysfonctions neuropsychologiques inexpliquées par leur concentration de Phe sanguine, ce qui pourrait être dû à des modifications de la voie métabolique du Trp, plusieurs kynurénines possédant des propriétés neuroactives.Nous avons mis en évidence une modification du métabolisme du Trp dans une population phénylcétonurique adulte française (n=151 patients), avec en particulier une diminution des concentrations sanguines de kynurénine (KYN) et d’acide 3-hydroxykynurénique (3HK) par rapport à notre population de référence (p-value < 0.0001), ces résultats étant modulés par le type de régime suivi.La troisième partie de notre travail a consisté en l’évaluation du métabolisme du Trp dans le contexte des maladies cardiovasculaires. La prévention de ces pathologies est un enjeu de santé publique majeur, et se base sur la maitrise des facteurs de risque, dont le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) qui touche 6 à 17% des adultes à travers le monde. Ce syndrome se caractérise par un collapsus pharyngé partiel ou total, une fragmentation du sommeil et une augmentation des efforts respiratoires et donc des séquences d’hypoxie – réoxygénations (hypoxie intermittente) responsables d’une inflammation de bas grade. Plusieurs études explorant les maladies cardiovasculaires et le métabolisme du Trp ont été publiées récemment, mais très peu apportaient un lien mécanistique. Nous présentons ici les prochaines études cliniques et pré-cliniques que nous souhaitons mener dans ce domaine, afin de caractériser les modifications du métabolisme du Trp dans le SAOS traité ou non, mais également lors de l’hypoxie intermittente (modèle animal du SAOS) ou lors d’un réentrainement à l’effort.Il est à présent évident que la voie métabolique du Trp est impliquée dans différentes conditions pathologiques. Nous avons mis en évidence lors de ce travail ses modifications dans la PCU. L’impact physiopathologique des modifications observées reste cependant à explorer dans de nombreuses pathologies.

Brain-computer interfaces (BCIs) are systems that allow the control of external devices from the brain’s neural signals without neuromuscular activation. Among the various applications, functional compensation and rehabilitation of individuals suffering from severe motor disabilities (with motor BCIs) has always been a focus for BCI research. Brain signals are translated, through signal processing steps, into orders realized by an effector which returns feedbacks (visual, tactile, proprioceptive…) to the patient giving him back some mobility and autonomy. Nevertheless, numerous challenges to translate BCI from offline experiments based on healthy subjects recordings to daily life applications for disable patients. Even though BCI decoding highlights good control performance during specific task such as center out experiments, the development of decoder for online asynchronous decoding, stable during long period, is still one of the BCI community claim. Moreover, a lack of studies and algorithms on multi-limb effector control were highlighted.Relying on the “BCI and Tetraplegia” clinical trial of CEA/LETI/CLINATEC, the development of new decoders for real-time closed-loop adaptive asynchronous multi-limb is addressed in the present doctoral thesis. Recursive exponentially weighted Markov switching multi-linear model (REW-MSLM) was designed to handle complex / high dimensional multi-limb effector control with online closed-loop calibration of the decoding model.Based on a mixture of expert architecture, REW-MSLM allows a tetraplegic patient who underwent bilateral epidural electrocorticographic (ECoG) arrays implantation of chronic wireless implants (WIMAGINE) 8D control of a whole body exoskeleton over several months without model recalibration. The patient was able to perform alternative 3D left and right hand translations and 1D left and right wrist rotations with high accuracy and during long period without any model recalibration. Experiments with higher controlled dimensions and other effectors such as wheelchair have also been tested and highlighted promising results. This PhD thesis aims to present new innovative adaptive BCI decoder adapted to multi-limb decoding for clinical applications and highlights the interest of such decoder in the perspective of the current state-of-the-art., Les interfaces cerveau-Machine (ICM) sont des systèmes permettant de traduire l’activité cérébrale d’un individu via un ordinateur afin d’effectuer des tâches nécessitant normalement une action des nerfs périphériques et/ou musculaires. En se basant sur l’essai clinique de CEA/LETI/CLINATEC, nommé « BCI et Tétraplégie », les recherches de thèse présentées dans ce manuscrit répondent aux challenges de l’intégration ICM dans la vie quotidienne, à savoir le contrôle complexe asynchrone d’effecteurs multi-membres et l’adaptation en temps réel des algorithmes de décodage durant des expériences en closed-loop. Pour répondre aux challenges de l’essai clinique, l’algorithme incrémental adapatif en temps réel Recursive exponentially weighted Markov switching multi-linear model (REW-MSLM) a été créé. L’algorithme REWMSLM repose sur une architecture du type Mixture d’Experts (ME). Les MEs combinent plusieurs décodeurs continus dit «experts » dont les prédictions sont pondérées par un modèle discretnommé «gate » . Les modèles des experts sont estimés via l’algorithme REW-NPLS tandis que l emodèle de gate est un modèle de markov caché (HMM). L’algorithme REW-MSLM a permis à un patient tétraplégique de contrôler un exosquelette 4 membres avec 8 degrés de liberté via ledécodage de signaux électrocorticographiques (ECoG) enregistrés avec deux implants épiduraux sans fil nommé WIMAGINE. Dans une même expérience, avec un même modèle, le patient aréalisé des tâches de contrôle alternatif des mouvements du bras gauche et du bras droit dansl’espace 3D et de rotation 1D des poignets gauche et droit. Le contrôle du patient durant ces tâches est resté très stable, même durant des expériences 6 mois après la fin de la mise à jour du modèle.Par exemple, les performances de contrôle réalisées 0 à 37 jours après la dernière mise à jour dumodèle ont montré un score de réussite de 71 ± 12% et 99 ± 2% pour les tâches de contrôle 3Ddes mouvements des mains et les tâches de contrôle 1D de rotation des poignets. Lesperformances de contrôle réalisées de 0 à 167 jours après la dernière mise à jour du modèle ontmontré un score de réussite de 67 ± 21% et 93 ± 12% pour les tâches de contrôle 3D desmouvements des mains et les tâches de contrôle 1D de rotation des poignets. Dans le but d’êtreintégré dans REW-MSLM, de nouveaux algorithmes, à savoir le (Automatic) Penalized RecursiveExponentially Weighted N-way Partial Least Squares (PREW-NPLS et APREW-NPLS) et uneversion du Modèle de Markov Caché Hiérarchique (H2M2), ont été imaginés et testés en offline.Lp-PREW-NPLS est un algorithme incrémental adaptatif permettant une pénalisation pargroupes du modèle de décodage suivant la norme/pseudo norme Lp=0, 0.5 ou 1. Pour uneutilisation en temps réel, l’algorithme PREW-NPLS nécessite de déterminer avec une étudeoffline préliminaire l’hyperparamètre de pénalisation optimal. APREW-NPLS permet de comparer en temps réel plusieurs modèles avec des hyperparamètres de pénalisation différents afin de l’optimiser en temps réel durant l’expérience. Les algorithmes PREW-NPLS et APREWNPLSont été créés pour réduire la dimension de l’espace des caractéristiques et améliorer lesperformances de décodage. H2M2, quant à lui est un classifieur dynamique similaire aux modèles de type HMM mais avec une structure hiérarchique. La structure hiérarchique est répartie encouches avec les états des couches inférieures dépendants des états des couches supérieures.L’algorithme H2M2 a été conçu dans le but d’améliorer la réactivité du modèle de classification de REW-MSLM (gating). Les résultats de décodage neural direct des signaux épiduraux ECoG obtenus nous poussent à diversifier l’utilisation de ces algorithmes à d’autres domaines.

All cells, whether prokaryotic or eukaryotic, have a rich and diversified external glycosylation layer, forming the immediate dominant face in relation to their environment. They result from complex enzymatic processes linking sugars to each other and to proteins or lipids. Variations of the "glycome" can appear in certain pathologies. Cancers are the most frequent pathologies with abnormalities in these glycosylations. These alterations are almost systematic on the surface of cancer cells. Among them, the Thomsen-new antigen (Tn), an N-acetylgalactosamine (GalNAc) on a serine or threonine, is strongly expressed in 90% of mammary carcinomas as well as in cancers of the bladder, cervix, ovary, colon, stomach and prostate. The ubiquitous presence of the Tn antigen in many cancers, combined with its absence in healthy cells, makes it a target of choice for targeted therapy or synthetic anti-tumor vaccines. No antibody targeting the Tn antigen is currently available because of the difficulty in developing an antibody with such specificity. Thus, we were interested in an alternative targeting strategy, based on the use of a molecule capable of recognizing the Tn antigen. C-Type lectins are a family of proteins capable of specifically and reversibly binding to certain carbohydrates in the presence of calcium. Macrophage galactose lectin (MGL) is a C-type lectin with a high affinity for GalNac and its derivatives such as the Tn antigen. This work consisted, initially, in the use of a soluble recombinant form of MGL to validate the potential of this tool for the targeting of cancer cells. The different experiments, in vitro and in vivo, involving MGL, demonstrated the latter's ability to specifically target human tumors via the Tn antigen. The extracellular portion of MGL is therefore a very good vector candidate for the diagnosis and imaging of human tumors and potentially for drug delivery. In a second step, various strategies for the development of a bifunctional tool exploiting this lectin were explored. The goal was to create a peptide platform that could be functionalized on one hand with several lectin domains, in order to control recognition affinity, and on the other hand with functional groups that could be variable according to the application (diagnostic, therapeutic, ...). The different coupling strategies employed allowed us to attach several lectin CRDs to a peptide support, while preserving the three-dimensional and functional state of the proteins. The characterizations carried out show a significant increase in affinity directly related to the number of lectins added to the platform. This work paves the way to new customizable sugar-targeting systems., L’ensemble des cellules, qu’elles soient procaryotes ou eucaryotes, est doté d’une couche de glycosylation externe riche et diversifiée, composant la face dominante immédiate en relation à leur environnement. Elles résultent de processus enzymatiques complexes liant les sucres entre eux et sur des protéines ou lipides. Des variations du « glycome » peuvent apparaître dans certaines pathologies. Les cancers sont les pathologies les plus fréquentes présentant des anomalies de ces glycosylations. Ces altérations sont quasi systématiques à la surface des cellules cancéreuses. Parmi celles-ci, l’antigène Thomsen-nouveau (Tn), un N-acétylgalactosamine (GalNAc) sur une sérine ou une thréonine, est fortement exprimé dans 90% des carcinomes mammaires ainsi que dans les cancers de la vessie, du col de l’utérus, de l’ovaire, du colon, de l’estomac et de la prostate. L’omniprésence de l’antigène Tn dans de nombreux cancers, associés à son absence dans les cellules saines, en fait une cible de choix pour la thérapie ciblée ou des vaccins synthétiques antitumoraux. Aucun anticorps ciblant l’antigène Tn n’est à ce jour disponible du fait de la difficulté à développer un anticorps avec une telle spécificité. Ainsi, nous nous sommes intéressés à une autre stratégie de ciblage, basée sur l’utilisation d’une molécule capable de reconnaître l’antigène Tn. Les lectines de type C sont une famille de protéines capables de se lier spécifiquement et de façon réversible à certains glucides, en présence de calcium. La macrophage galactose lectine (MGL) est une lectine de type C ayant une affinité très importante pour le GalNac et ses dérivés comme l’antigène Tn. Ce travail a consisté, dans un premier temps, à l’utilisation d’une forme recombinante soluble de la MGL pour valider le potentiel de cet outil pour le ciblage des cellules cancéreuses. Les différentes expériences, in vitro et in vivo, impliquant la MGL, ont démontré la capacité de cette dernière à cibler spécifiquement les tumeurs humaines via l’antigène Tn. La partie extracellulaire de la MGL est de ce fait un très bon candidat de vecteur pour le diagnostic et l’imagerie de tumeurs humaines et potentiellement pour l’administration de médicaments. Dans un deuxième temps, diverses stratégies de développement d’un outil bifonctionnel exploitant cette lectine ont été exploré. Le but était de créer une plateforme peptidique fonctionnalisable d’une part avec plusieurs domaines lectines, afin de contrôler l’affinité de reconnaissance, et d’autre part des groupements fonctionnels variable selon l’application recherché (diagnostique, thérapeutique, ...). Les différentes stratégies de couplage employées nous ont permis d’accrocher plusieurs CRD de lectine sur un support peptidique, cela en conservant l’état tridimensionnel et fonctionnel des protéines. Les caractérisations effectuées démontrent une importante augmentation de l’affinité directement fonction du nombre de lectine ajouté sur la plateforme. Ce travail ouvre la voie vers de nouveaux systèmes de ciblage des sucres modulable à façon.

All cells, whether prokaryotic or eukaryotic, have a rich and diversified external glycosylation layer, forming the immediate dominant face in relation to their environment. They result from complex enzymatic processes linking sugars to each other and to proteins or lipids. Variations of the "glycome" can appear in certain pathologies. Cancers are the most frequent pathologies with abnormalities in these glycosylations. These alterations are almost systematic on the surface of cancer cells. Among them, the Thomsen-new antigen (Tn), an N-acetylgalactosamine (GalNAc) on a serine or threonine, is strongly expressed in 90% of mammary carcinomas as well as in cancers of the bladder, cervix, ovary, colon, stomach and prostate. The ubiquitous presence of the Tn antigen in many cancers, combined with its absence in healthy cells, makes it a target of choice for targeted therapy or synthetic anti-tumor vaccines. No antibody targeting the Tn antigen is currently available because of the difficulty in developing an antibody with such specificity. Thus, we were interested in an alternative targeting strategy, based on the use of a molecule capable of recognizing the Tn antigen. C-Type lectins are a family of proteins capable of specifically and reversibly binding to certain carbohydrates in the presence of calcium. Macrophage galactose lectin (MGL) is a C-type lectin with a high affinity for GalNac and its derivatives such as the Tn antigen. This work consisted, initially, in the use of a soluble recombinant form of MGL to validate the potential of this tool for the targeting of cancer cells. The different experiments, in vitro and in vivo, involving MGL, demonstrated the latter's ability to specifically target human tumors via the Tn antigen. The extracellular portion of MGL is therefore a very good vector candidate for the diagnosis and imaging of human tumors and potentially for drug delivery. In a second step, various strategies for the development of a bifunctional tool exploiting this lectin were explored. The goal was to create a peptide platform that could be functionalized on one hand with several lectin domains, in order to control recognition affinity, and on the other hand with functional groups that could be variable according to the application (diagnostic, therapeutic, ...). The different coupling strategies employed allowed us to attach several lectin CRDs to a peptide support, while preserving the three-dimensional and functional state of the proteins. The characterizations carried out show a significant increase in affinity directly related to the number of lectins added to the platform. This work paves the way to new customizable sugar-targeting systems., L’ensemble des cellules, qu’elles soient procaryotes ou eucaryotes, est doté d’une couche de glycosylation externe riche et diversifiée, composant la face dominante immédiate en relation à leur environnement. Elles résultent de processus enzymatiques complexes liant les sucres entre eux et sur des protéines ou lipides. Des variations du « glycome » peuvent apparaître dans certaines pathologies. Les cancers sont les pathologies les plus fréquentes présentant des anomalies de ces glycosylations. Ces altérations sont quasi systématiques à la surface des cellules cancéreuses. Parmi celles-ci, l’antigène Thomsen-nouveau (Tn), un N-acétylgalactosamine (GalNAc) sur une sérine ou une thréonine, est fortement exprimé dans 90% des carcinomes mammaires ainsi que dans les cancers de la vessie, du col de l’utérus, de l’ovaire, du colon, de l’estomac et de la prostate. L’omniprésence de l’antigène Tn dans de nombreux cancers, associés à son absence dans les cellules saines, en fait une cible de choix pour la thérapie ciblée ou des vaccins synthétiques antitumoraux. Aucun anticorps ciblant l’antigène Tn n’est à ce jour disponible du fait de la difficulté à développer un anticorps avec une telle spécificité. Ainsi, nous nous sommes intéressés à une autre stratégie de ciblage, basée sur l’utilisation d’une molécule capable de reconnaître l’antigène Tn. Les lectines de type C sont une famille de protéines capables de se lier spécifiquement et de façon réversible à certains glucides, en présence de calcium. La macrophage galactose lectine (MGL) est une lectine de type C ayant une affinité très importante pour le GalNac et ses dérivés comme l’antigène Tn. Ce travail a consisté, dans un premier temps, à l’utilisation d’une forme recombinante soluble de la MGL pour valider le potentiel de cet outil pour le ciblage des cellules cancéreuses. Les différentes expériences, in vitro et in vivo, impliquant la MGL, ont démontré la capacité de cette dernière à cibler spécifiquement les tumeurs humaines via l’antigène Tn. La partie extracellulaire de la MGL est de ce fait un très bon candidat de vecteur pour le diagnostic et l’imagerie de tumeurs humaines et potentiellement pour l’administration de médicaments. Dans un deuxième temps, diverses stratégies de développement d’un outil bifonctionnel exploitant cette lectine ont été exploré. Le but était de créer une plateforme peptidique fonctionnalisable d’une part avec plusieurs domaines lectines, afin de contrôler l’affinité de reconnaissance, et d’autre part des groupements fonctionnels variable selon l’application recherché (diagnostique, thérapeutique, ...). Les différentes stratégies de couplage employées nous ont permis d’accrocher plusieurs CRD de lectine sur un support peptidique, cela en conservant l’état tridimensionnel et fonctionnel des protéines. Les caractérisations effectuées démontrent une importante augmentation de l’affinité directement fonction du nombre de lectine ajouté sur la plateforme. Ce travail ouvre la voie vers de nouveaux systèmes de ciblage des sucres modulable à façon.

Brain-computer interfaces (BCIs) are systems that allow the control of external devices from the brain’s neural signals without neuromuscular activation. Among the various applications, functional compensation and rehabilitation of individuals suffering from severe motor disabilities (with motor BCIs) has always been a focus for BCI research. Brain signals are translated, through signal processing steps, into orders realized by an effector which returns feedbacks (visual, tactile, proprioceptive…) to the patient giving him back some mobility and autonomy. Nevertheless, numerous challenges to translate BCI from offline experiments based on healthy subjects recordings to daily life applications for disable patients. Even though BCI decoding highlights good control performance during specific task such as center out experiments, the development of decoder for online asynchronous decoding, stable during long period, is still one of the BCI community claim. Moreover, a lack of studies and algorithms on multi-limb effector control were highlighted.Relying on the “BCI and Tetraplegia” clinical trial of CEA/LETI/CLINATEC, the development of new decoders for real-time closed-loop adaptive asynchronous multi-limb is addressed in the present doctoral thesis. Recursive exponentially weighted Markov switching multi-linear model (REW-MSLM) was designed to handle complex / high dimensional multi-limb effector control with online closed-loop calibration of the decoding model.Based on a mixture of expert architecture, REW-MSLM allows a tetraplegic patient who underwent bilateral epidural electrocorticographic (ECoG) arrays implantation of chronic wireless implants (WIMAGINE) 8D control of a whole body exoskeleton over several months without model recalibration. The patient was able to perform alternative 3D left and right hand translations and 1D left and right wrist rotations with high accuracy and during long period without any model recalibration. Experiments with higher controlled dimensions and other effectors such as wheelchair have also been tested and highlighted promising results. This PhD thesis aims to present new innovative adaptive BCI decoder adapted to multi-limb decoding for clinical applications and highlights the interest of such decoder in the perspective of the current state-of-the-art., Les interfaces cerveau-Machine (ICM) sont des systèmes permettant de traduire l’activité cérébrale d’un individu via un ordinateur afin d’effectuer des tâches nécessitant normalement une action des nerfs périphériques et/ou musculaires. En se basant sur l’essai clinique de CEA/LETI/CLINATEC, nommé « BCI et Tétraplégie », les recherches de thèse présentées dans ce manuscrit répondent aux challenges de l’intégration ICM dans la vie quotidienne, à savoir le contrôle complexe asynchrone d’effecteurs multi-membres et l’adaptation en temps réel des algorithmes de décodage durant des expériences en closed-loop. Pour répondre aux challenges de l’essai clinique, l’algorithme incrémental adapatif en temps réel Recursive exponentially weighted Markov switching multi-linear model (REW-MSLM) a été créé. L’algorithme REWMSLM repose sur une architecture du type Mixture d’Experts (ME). Les MEs combinent plusieurs décodeurs continus dit «experts » dont les prédictions sont pondérées par un modèle discretnommé «gate » . Les modèles des experts sont estimés via l’algorithme REW-NPLS tandis que l emodèle de gate est un modèle de markov caché (HMM). L’algorithme REW-MSLM a permis à un patient tétraplégique de contrôler un exosquelette 4 membres avec 8 degrés de liberté via ledécodage de signaux électrocorticographiques (ECoG) enregistrés avec deux implants épiduraux sans fil nommé WIMAGINE. Dans une même expérience, avec un même modèle, le patient aréalisé des tâches de contrôle alternatif des mouvements du bras gauche et du bras droit dansl’espace 3D et de rotation 1D des poignets gauche et droit. Le contrôle du patient durant ces tâches est resté très stable, même durant des expériences 6 mois après la fin de la mise à jour du modèle.Par exemple, les performances de contrôle réalisées 0 à 37 jours après la dernière mise à jour dumodèle ont montré un score de réussite de 71 ± 12% et 99 ± 2% pour les tâches de contrôle 3Ddes mouvements des mains et les tâches de contrôle 1D de rotation des poignets. Lesperformances de contrôle réalisées de 0 à 167 jours après la dernière mise à jour du modèle ontmontré un score de réussite de 67 ± 21% et 93 ± 12% pour les tâches de contrôle 3D desmouvements des mains et les tâches de contrôle 1D de rotation des poignets. Dans le but d’êtreintégré dans REW-MSLM, de nouveaux algorithmes, à savoir le (Automatic) Penalized RecursiveExponentially Weighted N-way Partial Least Squares (PREW-NPLS et APREW-NPLS) et uneversion du Modèle de Markov Caché Hiérarchique (H2M2), ont été imaginés et testés en offline.Lp-PREW-NPLS est un algorithme incrémental adaptatif permettant une pénalisation pargroupes du modèle de décodage suivant la norme/pseudo norme Lp=0, 0.5 ou 1. Pour uneutilisation en temps réel, l’algorithme PREW-NPLS nécessite de déterminer avec une étudeoffline préliminaire l’hyperparamètre de pénalisation optimal. APREW-NPLS permet de comparer en temps réel plusieurs modèles avec des hyperparamètres de pénalisation différents afin de l’optimiser en temps réel durant l’expérience. Les algorithmes PREW-NPLS et APREWNPLSont été créés pour réduire la dimension de l’espace des caractéristiques et améliorer lesperformances de décodage. H2M2, quant à lui est un classifieur dynamique similaire aux modèles de type HMM mais avec une structure hiérarchique. La structure hiérarchique est répartie encouches avec les états des couches inférieures dépendants des états des couches supérieures.L’algorithme H2M2 a été conçu dans le but d’améliorer la réactivité du modèle de classification de REW-MSLM (gating). Les résultats de décodage neural direct des signaux épiduraux ECoG obtenus nous poussent à diversifier l’utilisation de ces algorithmes à d’autres domaines.

The unique characteristics of nanomaterials (NMs) are valuable in many industrial and biomedical applications. However, NMs might also give rise to unforeseen toxicity that could adversely affect the biological system specially the immune system. In the immune system as phagocytes can engulf foreign materials therefore they are appropriate for immunotoxicity screening because these cells participate in unspecific and specific immune responses.In this study, we investigated the impact of different NMs, such as gold nanoparticles (AuNPs), neutral lipid nanoparticles (NLCs), cationic lipid nanoparticles (CLCs), and amphiphilic dendrimers (ADs) on primary macrophages (BMDMs) and dendritic cells (BMDCs) by two approaches. In the first approach, we investigated the direct effect of exposure to NMs. In the second approach, we studied the indirect effect by activating the NMs exposed cells with different activators (LPS and IL-4).The study of direct effect of NMs shows that none of the tested NMs altered the phagocytosis capacity. All of the NMs had none or little direct effect on BMDCs activation. In case of BMDMs, AuNPs, CLCs, and ADs significantly decreased cell activation while NLCs did not. The study of cytokine production based on IL-6 and TNF-a production, NO production, and cellular metabolism based on the investigation of glycolysis and mitochondrial metabolism also indicated no or little direct effect on BMDCs and BMDMs. However, we have noticed a significant increase in MCP-1 production by CLCs and ADs exposed cells while AuNPs and NLCs did not modulate MCP-1 production. Also, we noted that CLCs and NLCs at high concentrations could slightly increase ROS production while AuNPs and ADs did not modulate ROS production by BMDMs and BMDCs.Investigation of indirect effect of NMs revealed, when NMs exposed cells were challenged with LPS, we have recorded NMs specific modulation in the response of BMDCs based on cell activation, cytokine and chemokine secretion, NO, and ROS production. All NMs showed none or little modification of cellular metabolism of BMDCs. On the other hand, we have recorded a significant alteration in NMs exposed BMDMs upon LPS challenge in response to cell activation, cytokine and chemokine secretion, NO production, and cellular metabolism. However, ROS production remains unaltered in the case of all the NMs exposed BMDMs.The study of in vitro antigen presentation, revealed that exposure to different NMs altered T cell-specific cytokines reflecting alteration in CD4 + T lymphocytes polarization.Overall, these results demonstrate that NMs directly do not modify phagocytic activity, cytokine and chemokine production, NO and ROS production, cellular metabolism, but when instigated with an activation signal like LPS or IL-4, NMs exposed cells respond differently.The outcome of this study enriches the knowledge regarding NMs specific immunotoxicity, which may facilitate the design of nanomaterials that retain their useful properties, but display reduced toxicity (i.e., safety-by-design). This research will also improve our understanding of how different NMs can modulate the immune system, which might help suggest new therapy acting on the immune system such as anti-inflammatory drugs or vaccines., Les caractéristiques uniques des nanomatériaux (NMs) sont précieuses dans de nombreuses applications industrielles et biomédicales. Toutefois, les MR pourraient également donner lieu à une toLes phagocytes du xicité imprévue qui pourrait nuire au système biologique en particulier au système immunitaire. Les phagocytes du système immunitaire ont la capacité d'ingérer des matériaux étrangers ; ils sont donc appropriés pour l'étude de l'immunotoxicité car ils sont impliqués dans les réponses immunitaires non spécifiques et spécifiques.Dans cette étude, nous avons étudié l'impact de différents nano matériaux (NM), telles que des nanoparticules d'or (AuNPs), des nanoparticules lipidiques neutres (NLCs) ou cationiques (CLCs), et des dendrimères amphiphiliques (ADs) sur les macrophages primaires (BMDMs) et des cellules dendritiques (BMDCs) par deux approches. Dans la première, nous avons recherché les effets directs de l'exposition. Dans la seconde, nous avons étudié les effets indirects sur l'activation du LPS ou de l'IL-4 des cellules exposées aux NMs.Nos résultats concluent que tous les NMs testés n'ont pas modifié la capacité de phagocytose. Une analyse plus approfondie montre que tous les NMs ne montrent aucun, ou peu, effet direct sur l'activation des BMDC. Pour le BMDMs, les AuNPs, les CLCs et les ADs ont considérablement diminué l'activation cellulaire tandis que les NLCs n'ont d'effet. L'étude de la production de cytokine basée sur la production d'IL-6 et de TNF-a, de la production de NO et du métabolisme cellulaire basée sur l'étude de la glycolyse et du métabolisme mitochondrial n'a également pas ou peu d'effet direct sur les BMDCs et les BMDMs. Cependant, nous avons remarqué une augmentation significative de la production de MCP-1 par les CLCs et les cellules exposées aux ADs, tandis que les AuNPs et les NLCs n'ont pas d'effet sur la production de MCP-1. De plus, nous avons noté que les CLCs et les NLCs à forte concentration pourraient légèrement augmenter la production de ROS, tandis que les AuNPs et les ADs ne modulaient pas la production de ROS par les BMDM et les BMDC.L'étude des effets indirects de NMs a montré que quand les cellules exposées aux NMs sont stimulées par du LPS, nous avons observé une modulation de la réponse des BMDCs au niveau de l'activation cellulaire, la sécrétion de cytokine et de chimiokine, NO, et la production de ROS. Toutes les NMs n'affectent pas, ou peu, le métabolisme des BMDCs. D'autre part, nous avons enregistré une altération significative chez les BMDMs exposés aux NMs dans leur réponse à l'activation par le LPS au niveau de l'activation cellulaire, la sécrétion de cytokine et de chimiokine, la production de NO et le métabolisme cellulaire. Cependant, la production de ROS reste inchangée dans le cas des BMDMs exposés aux NMs.L'étude in vitro de la présentation d'antigène, a indiqué que l'exposition à différents NMs modifie les cytokines produites par les cellules T, reflétant l'altération de la polarisation des lymphocytes T CD4 +.Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que les NMs ne modifient pas directement l'activité phagocytique, la production de cytokine et de chimiokine, la production de NO et de ROS, le métabolisme cellulaire des cellules phagocytaires, mais lorsqu'elles sont confrontées à un signal d'activation comme le LPS ou l'IL-4, les cellules exposées aux NMs réagissent différemment.

Context: The exposome is defined as encompassing all the life-course environmental exposures from the prenatal period onwards. Challenges in the characterization of its effects on health include a limited statistical power and a possibly high rate of false positive signals of current studies. False positives findings may correspond to reverse causality. To cope with such challenges, refinement in statistical methods may be needed. In addition, using (a priori) biological information, e.g. from intermediary layers such as DNA methylation, may help to reduce the problem dimensionality and possibly false positive signals due to reverse causality.Aims: We aimed to identify strategies to limit the false positive rate in exposome studies, in particular by integrating a priori information from the methylome and to apply these strategies to the question of the exposome’s influences on child health. We also aimed to illustrate issues of exposome studies related to models’ stability.Methods: We first implemented two “oriented Meet-in-the-Middle” (oMITM) approaches to characterize the link between the exposome and child health outcomes (Body Mass Index, BMI and lung function) in the Helix cohorts (1173 mother-child pairs); the approach relied on 3 steps: a) identification of CpGs loci (i.e. methylation sites) independently associated with exposures and the outcome using a priori information and/or univariate linear regressions; b) identification by linear regression of the exposures associated with at least one of these CpGs, thus constituting a reduced exposome; c) test of their association with the outcome. We then performed a Monte-Carlo simulation study to characterize the performance of the oMITM design under various causal assumptions. We simulated realistic exposome, intermediary layer and outcome relying on data from the Helix BMI study and assuming linear relationships between components of the three layers. The magnitude of links was allowed to vary, leading to 2281 scenarios under 5 different causal structures, including a structure corresponding to reverse causality. For each scenario, we generated 100 datasets and tested 6 methods: 3 ignoring the methylome data (“agnostic approaches”: ExWAS; DSA; LASSO) and 3 using methylome data (two implementations of oMITM and a mediation analysis). Methods’ performance was assessed by sensitivity and specificity. We further performed a two-layer simulation study to assess the instability of some agnostic methods, with a focus on LASSO.Results: The oMITM approaches performed on Helix data identified one exposure, copper post-natal blood level, associated with higher BMI and with lower lung function. An ExWAS relating exposome to BMI identified in the same data 18 additional (lipophilic) exposures, whose association with BMI could possibly be due to reverse causality. The simulation study showed that, compared to the other approaches, the oMITM design may allow to discard some false positive findings in at least one situation of reverse causality and to increase specificity when the intermediate layer mediates part of the effect of the exposome on the outcome, at a cost in terms of sensitivity loss. The oMITM – DSA implementation showed better performances (sensitivity, specificity) than the oMITM – ExWAS. The second simulation study showed that the stabilization step changes model performance thus illustrating its importance when using agnostic machine learning algorithms such as LASSO. Discussion and perspectives: The use of complex statistical methods tailored for intermediate or high dimensional data, or the consideration of biological information, could help tackle the question of false positives in exposome studies. We developed a design, oMITM, which was less prone to reverse causation bias than agnostic approaches ignoring intermediate layers between the exposome and health, at a cost in terms of sensitivity., Contexte : L'exposome est défini comme l’ensemble des expositions environnementales reçues au cours de la vie (dont la vie prénatale). La puissance statistique limitée et le taux élevé de faux positifs des études actuelles sont deux défis majeurs pour la caractérisation de ses effets sur la santé. Les faux-positifs peuvent notamment être dus à de la causalité inverse. Pour faire face à ces défis, affiner les méthodes statistiques est utile, mais l'utilisation d'information biologique, par exemple provenant de couches intermédiaires telle la méthylation de l'ADN, peut aussi contribuer à réduire la dimension du problème, et les faux positifs liés à la causalité inverse.Objectifs : Notre objectif principal est d’identifier des stratégies pour limiter les faux positifs dans les études sur l’exposome, en particulier en intégrant des informations a priori provenant du méthylome, et d’appliquer ces stratégies à l’étude de l’influence de l'environnement sur la santé de l’enfant. Nous avons également cherché à illustrer d’autres enjeux des études sur l’exposome liés à l’instabilité des modèles.Méthodes : Nous avons d'abord mis en œuvre deux approches "Meet-in-the-Middle orientées" (oMITM) pour caractériser le lien entre exposome et santé de l'enfant (indice de masse corporelle, IMC et fonction pulmonaire) dans les cohortes Helix (1173 mères-enfants) ; l'approche comprenait 3 étapes : a) identification de CpG indépendamment associés aux expositions et à la santé en utilisant des connaissances a priori et/ou des régressions linéaires univariées ; b) identification par régression linéaire des expositions associées à au moins un de ces CpG, constituant un exposome réduit ; c) test de leur association avec la santé. Nous avons ensuite réalisé une simulation de Monte-Carlo pour caractériser la pertinence du design oMITM sous différentes structures causales. Nous avons simulé un exposome, une couche intermédiaire et un évènement de santé à partir des données Helix en postulant des relations linéaires entre les couches. La magnitude des liens variait, générant 2281 scénarios sous 5 structures causales différentes, dont une de causalité inverse. Pour chaque scénario, 100 jeux de données étaient générés et 6 méthodes testées : 3 ignorant le méthylome ("approches agnostiques" : ExWAS ; DSA ; LASSO) et 3 l’utilisant (deux implémentations d’oMITM et une analyse de médiation). Les performances étaient évaluées par leur sensibilité et spécificité. Nous avons aussi effectué une étude de simulation pour évaluer l'instabilité de certaines méthodes agnostiques, en particulier le LASSO.Résultats : Les approches oMITM sur les données Helix ont identifié une exposition, le niveau postnatal de cuivre dans le sang, associé à un IMC accru et à une fonction pulmonaire diminuée. Une ExWAS entre exposome et IMC dans HELIX a identifié 18 autres expositions (lipophiles), dont l'association avec l'IMC pourrait de ce fait être due à de la causalité inverse. L'étude de simulation a montré que, par rapport aux autres approches, le design oMITM peut éviter certains faux positifs dans au moins une situation de causalité inverse et augmenter la spécificité lorsque la couche intermédiaire médie une partie de l'effet de l'exposome sur la santé, ceci à un coût en terme de sensibilité. L’implémentation oMITM-DSA montrait de meilleures performances qu’oMITM-ExWAS. La deuxième simulation a montré que l'étape de stabilisation du modèle est cruciale lors de l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage agnostique tels LASSO, car elle en modifie les performances.Discussion : L'utilisation de méthodes statistiques complexes adaptées à des données de dimensions intermédiaires ou élevées, ou la prise en compte de connaissances biologiques, pourraient aider à limiter les faux positifs dans les études sur l’exposome. Nous avons proposé un design, oMITM, qui est moins sujet au biais de causalité inverse que les approches agnostiques avec un coût en termes de sensibilité.

Context: The exposome is defined as encompassing all the life-course environmental exposures from the prenatal period onwards. Challenges in the characterization of its effects on health include a limited statistical power and a possibly high rate of false positive signals of current studies. False positives findings may correspond to reverse causality. To cope with such challenges, refinement in statistical methods may be needed. In addition, using (a priori) biological information, e.g. from intermediary layers such as DNA methylation, may help to reduce the problem dimensionality and possibly false positive signals due to reverse causality.Aims: We aimed to identify strategies to limit the false positive rate in exposome studies, in particular by integrating a priori information from the methylome and to apply these strategies to the question of the exposome’s influences on child health. We also aimed to illustrate issues of exposome studies related to models’ stability.Methods: We first implemented two “oriented Meet-in-the-Middle” (oMITM) approaches to characterize the link between the exposome and child health outcomes (Body Mass Index, BMI and lung function) in the Helix cohorts (1173 mother-child pairs); the approach relied on 3 steps: a) identification of CpGs loci (i.e. methylation sites) independently associated with exposures and the outcome using a priori information and/or univariate linear regressions; b) identification by linear regression of the exposures associated with at least one of these CpGs, thus constituting a reduced exposome; c) test of their association with the outcome. We then performed a Monte-Carlo simulation study to characterize the performance of the oMITM design under various causal assumptions. We simulated realistic exposome, intermediary layer and outcome relying on data from the Helix BMI study and assuming linear relationships between components of the three layers. The magnitude of links was allowed to vary, leading to 2281 scenarios under 5 different causal structures, including a structure corresponding to reverse causality. For each scenario, we generated 100 datasets and tested 6 methods: 3 ignoring the methylome data (“agnostic approaches”: ExWAS; DSA; LASSO) and 3 using methylome data (two implementations of oMITM and a mediation analysis). Methods’ performance was assessed by sensitivity and specificity. We further performed a two-layer simulation study to assess the instability of some agnostic methods, with a focus on LASSO.Results: The oMITM approaches performed on Helix data identified one exposure, copper post-natal blood level, associated with higher BMI and with lower lung function. An ExWAS relating exposome to BMI identified in the same data 18 additional (lipophilic) exposures, whose association with BMI could possibly be due to reverse causality. The simulation study showed that, compared to the other approaches, the oMITM design may allow to discard some false positive findings in at least one situation of reverse causality and to increase specificity when the intermediate layer mediates part of the effect of the exposome on the outcome, at a cost in terms of sensitivity loss. The oMITM – DSA implementation showed better performances (sensitivity, specificity) than the oMITM – ExWAS. The second simulation study showed that the stabilization step changes model performance thus illustrating its importance when using agnostic machine learning algorithms such as LASSO. Discussion and perspectives: The use of complex statistical methods tailored for intermediate or high dimensional data, or the consideration of biological information, could help tackle the question of false positives in exposome studies. We developed a design, oMITM, which was less prone to reverse causation bias than agnostic approaches ignoring intermediate layers between the exposome and health, at a cost in terms of sensitivity., Contexte : L'exposome est défini comme l’ensemble des expositions environnementales reçues au cours de la vie (dont la vie prénatale). La puissance statistique limitée et le taux élevé de faux positifs des études actuelles sont deux défis majeurs pour la caractérisation de ses effets sur la santé. Les faux-positifs peuvent notamment être dus à de la causalité inverse. Pour faire face à ces défis, affiner les méthodes statistiques est utile, mais l'utilisation d'information biologique, par exemple provenant de couches intermédiaires telle la méthylation de l'ADN, peut aussi contribuer à réduire la dimension du problème, et les faux positifs liés à la causalité inverse.Objectifs : Notre objectif principal est d’identifier des stratégies pour limiter les faux positifs dans les études sur l’exposome, en particulier en intégrant des informations a priori provenant du méthylome, et d’appliquer ces stratégies à l’étude de l’influence de l'environnement sur la santé de l’enfant. Nous avons également cherché à illustrer d’autres enjeux des études sur l’exposome liés à l’instabilité des modèles.Méthodes : Nous avons d'abord mis en œuvre deux approches "Meet-in-the-Middle orientées" (oMITM) pour caractériser le lien entre exposome et santé de l'enfant (indice de masse corporelle, IMC et fonction pulmonaire) dans les cohortes Helix (1173 mères-enfants) ; l'approche comprenait 3 étapes : a) identification de CpG indépendamment associés aux expositions et à la santé en utilisant des connaissances a priori et/ou des régressions linéaires univariées ; b) identification par régression linéaire des expositions associées à au moins un de ces CpG, constituant un exposome réduit ; c) test de leur association avec la santé. Nous avons ensuite réalisé une simulation de Monte-Carlo pour caractériser la pertinence du design oMITM sous différentes structures causales. Nous avons simulé un exposome, une couche intermédiaire et un évènement de santé à partir des données Helix en postulant des relations linéaires entre les couches. La magnitude des liens variait, générant 2281 scénarios sous 5 structures causales différentes, dont une de causalité inverse. Pour chaque scénario, 100 jeux de données étaient générés et 6 méthodes testées : 3 ignorant le méthylome ("approches agnostiques" : ExWAS ; DSA ; LASSO) et 3 l’utilisant (deux implémentations d’oMITM et une analyse de médiation). Les performances étaient évaluées par leur sensibilité et spécificité. Nous avons aussi effectué une étude de simulation pour évaluer l'instabilité de certaines méthodes agnostiques, en particulier le LASSO.Résultats : Les approches oMITM sur les données Helix ont identifié une exposition, le niveau postnatal de cuivre dans le sang, associé à un IMC accru et à une fonction pulmonaire diminuée. Une ExWAS entre exposome et IMC dans HELIX a identifié 18 autres expositions (lipophiles), dont l'association avec l'IMC pourrait de ce fait être due à de la causalité inverse. L'étude de simulation a montré que, par rapport aux autres approches, le design oMITM peut éviter certains faux positifs dans au moins une situation de causalité inverse et augmenter la spécificité lorsque la couche intermédiaire médie une partie de l'effet de l'exposome sur la santé, ceci à un coût en terme de sensibilité. L’implémentation oMITM-DSA montrait de meilleures performances qu’oMITM-ExWAS. La deuxième simulation a montré que l'étape de stabilisation du modèle est cruciale lors de l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage agnostique tels LASSO, car elle en modifie les performances.Discussion : L'utilisation de méthodes statistiques complexes adaptées à des données de dimensions intermédiaires ou élevées, ou la prise en compte de connaissances biologiques, pourraient aider à limiter les faux positifs dans les études sur l’exposome. Nous avons proposé un design, oMITM, qui est moins sujet au biais de causalité inverse que les approches agnostiques avec un coût en termes de sensibilité.

Primary liver cancer (PLC) is the fourth leading cause of cancer death worldwide with an increasing incidence in the past decades. Hepatocellular carcinoma (HCC) represents 90% of all PLC and usually arises on chronic liver diseases that have been progressing, often silently, for years. Implementation of interventions at different times of the liver disease natural history is likely to modify either the trajectory of progression towards HCC or the prognosis after diagnosis of HCC. Identifying specific trajectories and their determinants is critical to optimize individual management of patients at an early stage of the disease to improve the long-term prognosis. The objective of this thesis is to leverage data available in multicenter medical databases to study, on the one hand, health trajectories of patients with HCC taking into account social determinants of health and care pathways, with a focus on alcoholic etiology, and on the other hand design simple and robust tools for risk stratification of recurrence of HCC after curative treatment.Thus, this thesis aims at answering four questions about the evolution of HCC and patients health trajectories. First, what is the part of the underlying etiology of HCC on the geographical discrepancies of incidence, management and survival? To answer this question, a first work, published in Digestive Diseases and Sciences, has shown that the geographical disparities in treatment and prognosis are particularly marked for alcohol-associated HCCs, and suggests, as a way to mitigate these disparities, to promote the care of HCC patients within expert centers in HCC management. The second question was to determine whether alcohol-associated HCC is a homogeneous entity. For this, an article in the final process for submission shows, using a latent class analysis, that five homogeneous phenotypes of HCC associated with alcohol can be identified and are associated with distinct prognoses. The third question addressed in this thesis search to assess the impact of social determinants and non take-up of healthcare resources on HCC management and prognosis. Considering the lack of data to address this issue in available databases, it was decided to increase the knowledge in this field through two distinct projects for which applications for funding were submitted: 1) the “RESONANCE” project proposes to analyze the indirect consequences of the sanitary situation linked to Covid-19, imposing delays in management and treatment, on the incidence rate of severe forms of chronic liver disease, including HCC diagnosed at an advanced stage not amenable to curative treatment options 2) the “Social-CHIEF” project aims to study for the first time in France the impact of social determinants of health on the management of patients with a recent diagnosis of HCC, as part of the ongoing national cohort of patients with HCC (CHIEF cohort).At the other end of patients health trajectories, this time after HCC diagnosis, robust tools are needed to predict the recurrence of HCC after curative treatment in order to guide surveillance and design of clinical trials testing adjuvant treatment options. To address this medical need, two new HCC recurrence prediction scores (Recurrence Risk Reassessment (R3) score after liver transplantation and Early Recurrence Score (ERS) after resection) were built and validated.In conclusion, leveraging a wide range of health databases, this thesis provides new elements to understand health trajectories of patients with HCC. The results obtained open up perspectives for the implementation of interventions aiming at “reprogramming” of health trajectories towards more favorable outcomes for chronic liver diseases. New questions are also emerging that will need to be addressed through transdisciplinary collaborations at the crossroads of medicine, social sciences, public health and biology., Le cancer primitif du foie, essentiellement représenté par le carcinome hépatocellulaire (CHC), est la quatrième cause de mortalité par cancer dans le monde, avec une augmentation de l’incidence au cours des dernières décennies. Le CHC constitue la complication ultime d’une maladie chronique du foie évoluant souvent depuis des années. La mise en place d’interventions à différents moments de cette histoire naturelle est susceptible de modifier soit la trajectoire d’évolution vers le CHC soit le pronostic après le diagnostic du CHC. Identifier les différentes trajectoires et comprendre leurs déterminants est essentiel afin d’optimiser la prise en charge individuelle des patients à un stade précoce de la maladie pour améliorer le pronostic à long terme.L’objectif de cette thèse est d’utiliser les données disponibles dans les bases de données médicales pour étudier d’une part les trajectoires de santé des patients avec CHC en prenant en compte les déterminants sociaux de santé et les parcours de soins, avec un focus sur l’étiologie alcoolique et d’autre part d’élaborer des outils de stratification du risque de récidive du CHC après traitement à visée curative.Ainsi, ce travail de thèse a cherché à répondre à quatre questions. Tout d’abord quelle est l’influence de l’étiologie du CHC dans les disparités territoriales d’incidence, de prise en charge et de survie? Pour cela, un premier travail, publié dans Digestive Diseases and Sciences, a montré des disparités géographiques de prise en charge et de pronostic particulièrement marquées pour les CHC liés à l’alcool, et propose comme piste, pour lutter contre ces disparités, de promouvoir la prise en charge des patients au sein d’établissements spécialisés. La deuxième question visait à définir si le CHC lié à l’alcool est une entité homogène. Pour cela un article en cours de soumission montre, à l’aide d’une analyse en classes latentes, que cinq phénotypes homogènes de CHC associés à l’alcool peuvent être identifiés et sont associés à des pronostics distincts. La troisième question abordée visait à approfondir l’impact des déterminants sociaux et des phénomènes de non recours aux soins sur les modalités de prise en charge et le pronostic des patients avec CHC. Face à l’absence de données médicales disponibles dans les bases existantes, il a été décidé de documenter la question et de proposer deux projets: 1) le projet « RESONANCE » propose d’analyser les conséquences indirectes de la situation sanitaire liées à la Covid-19 imposant des retards de prise en charge, sur le taux d’incidence des formes sévères de maladies chroniques du foie, dont le CHC avancé 2) le projet « Social-CHIEF » a pour objectif d’étudier pour la première fois l’impact des déterminants sociaux de santé sur les modalités de prise en charge des patients avec un diagnostic récent de CHC en France, dans le cadre de la cohorte nationale de patients avec CHC (cohorte CHIEF) en cours de recrutement.Enfin, des outils robustes sont nécessaires pour prédire la récidive du CHC après traitement curatif afin de guider la surveillance et la conception d’essais cliniques testant les options de traitement adjuvant. Pour répondre à ce besoin, deux nouveaux score de prédiction de la récidive du CHC, l’un après transplantation hépatique et le second après résection, ont été construits et validés.En conclusion, ce travail de thèse a permis d’apporter, grâce à l’analyse de diverses bases de données de santé, des éléments nouveaux pour appréhender les trajectoires de santé des patients avec CHC. Les résultats obtenus ouvrent des perspectives pour la mise en place d’interventions cherchant à « reprogrammer » les trajectoires de santé vers des formes plus favorables de maladies chroniques du foie. De nouvelles questions émergent également qu’il conviendra d’aborder par le biais de collaborations transdisciplinaires au carrefour de la médecine, des sciences sociales, de la santé publique et de la biologie.

Background - Preventing severe intraventricular hemorrhage (IVH) is always a daily challenge in neonatology intensive care unit (NICU). Despite of many progress realized during last decades, their incidence remains stable, around 10%.Objectives - This PhD work has two main objectives: (i) identify perinatal risk factors of IVH through Epipage 2 cohort and (ii) examinate factors associated with worse neurosensory outcome at 2 years of corrected age with comparison between 3 cohorts: from Canada, France, Australia and New Zealand.Methods – This present work incorporated 2studies and 1 project: 1- The association between the main cause of delivery and IVH was studied with multinomial regression model in infants < 32 weeks of gestational age (GA). 2- A propensity score was used to analyse if early extubation was a risk factor of IVH in infants born under 29 weeks of GA. 3/Concerning the third project data of the three international cohort will be pooled in order to be analyzed together.Results - Abruptio placenta and preterm labor (PL) with inflammation were associated with grade 3 and 4 IVH (only grade 4 IVH for PL). Otherwise early extubation was not associated with severe IVH.Conclusion – Concerning severe IVH, our work shows that taking account the causes of prematurity is crucial and new gentle ventilation strategies are relatively safe. The comparison between different population based cohorts could contribute to deeply understand and enhance the care to improve the outcome.; Prévenir l’hémorragie intraventriculaire (HIV) reste un challenge pour le néonatologue car malgré les progrès effectués dans le domaine ces dernières années, son incidence reste stable, autour de 10%.Objectifs – Cette thèse de doctorat a deux objectifs principaux : (i) identifier des facteurs de risques per-nataux des HIV sévères au sein de la cohorte Epipage 2 (ii) étudier des facteurs influençant le devenir neurosensoriel à 2 ans à travers 3 cohortes : française (Epipage2), canadienne et australo-néozélandaise.Méthodes – Trois travaux ont contribués à répondre à ces objectifs : 1-, le lien entre la cause maternelle de l’accouchement et les HIV sévères a été étudié chez l’enfant de moins de 32 SA, grâce à une régression logistique multinomiale. 2- Un score de propension a été construit afin d’étudier la relation entre l’extubation précoce et le risque des HIV chez l’enfant de moins de 29 SA. 3-Concernant le devenir, le projet consiste comparer le devenir neurosensoriel d’enfants entre 18 et 36 mois d’âge corrigé entre 3 cohortes internationalesRésultats - L’hématome rétroplacentaire (HRP) et la menace d’accouchement prématuré avec inflammation sont associés à une augmentation de l’incidence des HIV sévères (uniquement HIV de grade 4 pour les MAP). L’extubation précoce n’est pas associée aux HIV sévères dans notre cohorte.Conclusion - Concernant la prévention des hémorragies cérébrales de la grande prématurité, nos travaux montrent d’une part, que la prise en compte des causes de la prématurité a son importance et que d’autres part les nouvelles stratégies de prise en charge ventilatoire comportent une certaine sécurité. La comparaison de différentes cohortes en population peut continuer à approfondir et améliorer les pratiques afin d’obtenir de meilleurs résultats quant à leur devenir.

Background. The general objective of this thesis was to evaluate a hybrid pedagogical method using an integrated learning environment (ILE) in the training of health professionals. Three research questions followed one after the other. Does the acceptability of blended learning affect students' learning strategies and learning approaches? Does the acceptability of an ILE affect students' self-efficacy? What characteristics of a dematerialised course make students' attention variable?Materials & Methods. We carried out 2 quantitative observational studies, as well as a single-blind observational experiment coupled with a qualitative analysis, with different classes of midwifery students of Grenoble-Alpes University Faculty of Medicine.Results. Students have suited learning approaches and strategies despite the use of a hybrid teaching method which they reject; there is no correlation between poor acceptability of the ILE and different spheres of students' self-efficacy; and the variability of attention declared by students varies according to certain factors common to those detected by artificial intelligence (type of language, slide duration…).Discussion. The internal and external validities of this work highlight the close links between interest, motivation, engagement by identification, and attention. It is thus possible to put forward principles of pedagogical engineering in health within the framework of dematerialized courses focusing on the content, form and type of knowledge capsule. Finally, the health teacher must above all be “connected to” the students, so that technical developments can be adapted to their needs.; Contexte. L’objectif général de ce travail de thèse était d’évaluer une méthode pédagogique hybride utilisant un environnement informatique pour l’apprentissage humain (EIAH) dans le cadre de la formation des professionnels de santé. Trois questions de recherche se sont ainsi succédé. L’acceptabilité de l’apprentissage hybride influe-t-elle sur les stratégies et approches d’apprentissage des étudiants ? L’acceptabilité d’un EIAH influe-t-elle sur le sentiment d’auto-efficacité des étudiants ? Quelles caractéristiques d’un cours dématérialisé fait varier l’attention des étudiants ?Matériels & Méthodes. Deux études observationnelles quantitatives ont été réalisées, ainsi qu’une expérimentation observationnelle en simple insu couplée à une analyse qualitative, auprès de différentes promotions d’étudiants sages-femmes de l’UFR de Médecine de l’université Grenoble-Alpes.Résultats. Les étudiants ont des approches et stratégies d’apprentissage adaptées malgré l’utilisation d’une méthode pédagogique hybride qu’ils rejettent ; il n’existe pas de corrélation entre une mauvaise acceptabilité de l’EIAH et différentes sphères du sentiment d’auto-efficacité des étudiants ; enfin la variabilité d’attention déclarée par les étudiants varie selon certains facteurs communs à ceux détectés par une intelligence artificielle (type de langage, durée des diapositives…).Discussion. Les validités interne et externe de ces travaux permettent de mettre en avant les liens étroits entre intérêt, motivation, engagement par identification et attention. Il est ainsi possible de proposer des principes d’ingénierie pédagogique en santé dans le cadre de la création des cours dématérialisés axés sur le contenu, la forme et le type de capsule de connaissances. Finalement, l’enseignant en santé doit surtout être « connecté » aux étudiants, pour que les évolutions techniques s’adaptent à ses besoins.

Background. The general objective of this thesis was to evaluate a hybrid pedagogical method using an integrated learning environment (ILE) in the training of health professionals. Three research questions followed one after the other. Does the acceptability of blended learning affect students' learning strategies and learning approaches? Does the acceptability of an ILE affect students' self-efficacy? What characteristics of a dematerialised course make students' attention variable?Materials & Methods. We carried out 2 quantitative observational studies, as well as a single-blind observational experiment coupled with a qualitative analysis, with different classes of midwifery students of Grenoble-Alpes University Faculty of Medicine.Results. Students have suited learning approaches and strategies despite the use of a hybrid teaching method which they reject; there is no correlation between poor acceptability of the ILE and different spheres of students' self-efficacy; and the variability of attention declared by students varies according to certain factors common to those detected by artificial intelligence (type of language, slide duration…).Discussion. The internal and external validities of this work highlight the close links between interest, motivation, engagement by identification, and attention. It is thus possible to put forward principles of pedagogical engineering in health within the framework of dematerialized courses focusing on the content, form and type of knowledge capsule. Finally, the health teacher must above all be “connected to” the students, so that technical developments can be adapted to their needs., Contexte. L’objectif général de ce travail de thèse était d’évaluer une méthode pédagogique hybride utilisant un environnement informatique pour l’apprentissage humain (EIAH) dans le cadre de la formation des professionnels de santé. Trois questions de recherche se sont ainsi succédé. L’acceptabilité de l’apprentissage hybride influe-t-elle sur les stratégies et approches d’apprentissage des étudiants ? L’acceptabilité d’un EIAH influe-t-elle sur le sentiment d’auto-efficacité des étudiants ? Quelles caractéristiques d’un cours dématérialisé fait varier l’attention des étudiants ?Matériels & Méthodes. Deux études observationnelles quantitatives ont été réalisées, ainsi qu’une expérimentation observationnelle en simple insu couplée à une analyse qualitative, auprès de différentes promotions d’étudiants sages-femmes de l’UFR de Médecine de l’université Grenoble-Alpes.Résultats. Les étudiants ont des approches et stratégies d’apprentissage adaptées malgré l’utilisation d’une méthode pédagogique hybride qu’ils rejettent ; il n’existe pas de corrélation entre une mauvaise acceptabilité de l’EIAH et différentes sphères du sentiment d’auto-efficacité des étudiants ; enfin la variabilité d’attention déclarée par les étudiants varie selon certains facteurs communs à ceux détectés par une intelligence artificielle (type de langage, durée des diapositives…).Discussion. Les validités interne et externe de ces travaux permettent de mettre en avant les liens étroits entre intérêt, motivation, engagement par identification et attention. Il est ainsi possible de proposer des principes d’ingénierie pédagogique en santé dans le cadre de la création des cours dématérialisés axés sur le contenu, la forme et le type de capsule de connaissances. Finalement, l’enseignant en santé doit surtout être « connecté » aux étudiants, pour que les évolutions techniques s’adaptent à ses besoins.

Currently, orthopedic surgery is evolving towards the constant search for minimal tissue aggressiveness for the patient and towards an optimized operative procedure. For a few years now, clinicians have been using ultrasound techniques for diagnostic and therapeutic purposes, particularly in the pathology of the upper limb, for which it is becoming more and more frequent that orthopedic surgeons are being trained in ultrasound techniques making it easier to read the various images and their interpretation. The development of the M15 endo-ultrasound probe aims to combine the advantages of external ultrasound with those of arthroscopic exploration for practitioners, by giving them more access to the deep structures of interest of the shoulder and allowing them a better quality visualization. The objective of this thesis work was to determine the place of endo-ultrasound during arthroscopic procedures at the shoulder.The first part of this work aims to lay the foundations of the anatomy and the main pathologies that can affect the articular complex of the shoulder as well as the bases of arthroscopy and ultrasound at the level of this complex. This seemed to us to be an essential prerequisite before moving on to developing the possibilities of using an endo-ultrasound probe during arthroscopic shoulder procedures.In the second part of this thesis, we assessed the feasibility of an endo-ultrasound exploration of structures of interest in the shoulder during an arthroscopic procedure using the M15 probe. We presented the principles of endo-echography then we exposed the results of the study of reproducibility of the procedure between manipulators of different level of experience and finally we were able to compare the methods of exploration of the structures of interest of the shoulder by endo-ultrasound versus exploration by external ultrasound. These experimental works are, to our knowledge, the first to have defined the place of endo-ultrasound in the course of shoulder arthroscopy procedures.The third part of this work allowed us to develop the perspectives of research and clinical applicability of these works around this original work and in particular the aspects concerning the vascularization of the shoulder and its means of intraoperative evaluation by endo-ultrasound probe as well as its application when taking care of common shoulder pathologies such as interstitial ruptures of the rotator cuff tendons, the removal of intra-tendinous calcifications and exploration of tendinitis of the long head of the biceps. We believe that it is essential to validate the exploration of these structures and pathologies during surgery procedure. We want to orient ourselves towards the definition of the applicability of the procedure to specific pathologies so that this intraoperative endoscopic imaging system whose usability has been validated ex-vivo can be validated in current practice in-vivo.; A l’heure actuelle, la chirurgie orthopédique évolue vers la recherche constante d’une agressivité tissulaire minimale pour le patient et vers une efficacité du geste opératoire optimisée. Depuis quelques années, les cliniciens utilisent les techniques échographiques à but diagnostic et thérapeutique notamment dans la pathologie du membre supérieur, pour laquelle il devient de plus en plus fréquent que les chirurgiens orthopédistes, se forment aux techniques échographiques rendant plus aisée la lecture des différentes images et leur interprétation. Le développement de la sonde d’endo-échographie « M15 » a pour objectif d’allier les avantages de l’échographie externe à ceux de l’exploration arthroscopique pour les praticiens, en leur donnant davantage d’accès aux structures profondes d’intérêt de l’épaule et en leur permettant une visualisation de meilleure qualité. L’objectif de ce travail de thèse était de déterminer la place de l’endo-échographie au cours des procédures arthroscopiques au niveau de l’épaule.La première partie de ce travail a permis de poser les bases de l’anatomie et des principales pathologies pouvant affecter l’ensemble articulaire de l’épaule ainsi que les bases de l’arthroscopie et de l’échographie au niveau de cet ensemble articulaire. Cela nous a semblé un prérequis indispensable avant de passer au développement des possibilités d’utilisation de sonde d’endo-échographie au décours de procédures d’arthroscopie d’épaule.Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nous avons évalué la faisabilité d’une exploration endo-échographique de structures d’intérêt de l’épaule au décours d’une procédure d’arthroscopie à l’aide de la sonde M15. Nous avons présenté les principes de l’endo-échographie puis nous avons exposé les résultats de l’étude de reproductibilité de la procédure entre manipulateurs de niveau d’expérience différent et enfin nous avons pu comparer les modalités d’exploration des structures d’intérêt de l’épaule par endo-échographie versus exploration par échographie externe. Ces travaux expérimentaux sont, à notre connaissance, les premiers à avoir permis de définir la place de l’endo-échographie au décours de procédures d’arthroscopie d’épaule.La troisième partie de ce travail nous a permis d’évoquer les perspectives de développement et d’applicabilité clinique de ces travaux autour de ce travail princeps et notamment les aspects concernant la vascularisation tissulaire de l’épaule et ses moyens d’évaluation per opératoire par sonde d’endo-échographie ainsi que son application lors de la prise en charge des pathologies courantes de l’épaule comme les ruptures interstitielles des tendons de la coiffe des rotateurs, l’exérèse de calcifications intra tendineuses et l’exploration des tendinites du long biceps. Il nous semble indispensable de valider l’exploration de ces structures et pathologies en per opératoire. Nous voulons nous orienter vers la définition de l’applicabilité de la procédure à des pathologies spécifiques afin que ce système d’imagerie endoscopique peropératoire dont nous avons validé l’utilisabilité ex-vivo puisse être validé en pratique courante in-vivo.

The human brain is a perfect example of our dependence on oxygen. Brain physiological constraints render it vulnerable to hypoxia, such as encountered in environmental conditions (high altitude exposure) or pathological hypoxemic conditions. Among those pathological conditions, and due to its high prevalence in general population and the various levels of hypoxia resulting of the different degrees of severity of the pathology, obstructive sleep apnoea syndrome (OSAS) is a pathophysiological model of choice to investigate the detrimental effects of hypoxia on the brain. The cyclical, repeated episodes of apnoea and hypopnea during sleep that characterize OSAS result in intermittent hypoxia, sleep fragmentation and fluctuations in intrathoracic pressure, which are stressors that triggers mechanisms contributing to the initiation and progression of life-threatening cardiometabolic diseases, as well as several brain repercussions, such as cognitive impairment and stroke. This Thesis work explores the bidirectional relationship between sleep apnoea syndromes (SAS) and the brain. The first axis is focused on the neurocognitive consequences of OSAS through the lens of gait control. The neurocognitive signature of OSAS has been thoroughly investigated but recently, gait impairments have been highlighted in severe OSAS, with dose-response relationship between OSAS severity and the magnitude of gait impairments. As gait control relies at least partly on frontal lobe functions, it has been suggested that gait could represent a marker of OSAS brain repercussions. We investigated the effects of continuous positive airway pressure (CPAP) treatment on gait control, with contrasting results. In a first prospective controlled study, eight weeks of CPAP improved gait control in severe OSAS patients (Baillieul et al., 2018, Plos One). In order to validate those results and investigate the neurophysiological correlates of the link between gait control and OSAS, we conducted a randomized controlled trial which investigated the impact of an 8-week CPAP treatment compared to sham-CPAP on gait control in severe OSAS patients (Baillieul et al., 2020, Submitted). Contrary to our hypothesis, we found no improvement in gait control in the CPAP group and this result is substantiated by the absence of impact of CPAP on the determinants of gait control, further illustrating the complexity of the OSAS-neurocognitive relationship. The second axis is focused on the cerebrovascular repercussions of SAS. SAS and stroke are both severe intertwined conditions, SAS being both cause and potentially consequence of stroke. The present work is focused on the identification of phenotypic traits of SAS in post-stroke patients, to improve diagnosis of SAS following stroke (Baillieul et al., in preparation). Screening stroke patients for SAS is crucial due to the high risk of morbimortality and functional consequences associated to SAS following stroke but cannot be achieved without a more accurate identification of patients at risk to develop SAS following stroke. The third axis has been conceived as a perspective that will serve the development of the second axis. In this last axis, the potential of brain imagery and in particular magnetic resonance imagery to develop markers of stroke recovery as well as investigate the pathophysiological mechanisms underlying stroke-related deficiencies are presented, with a specific focus on gait and walking activity. The neural correlates of walking activity following stroke are highlighted, using a voxel-based lesion-symptom mapping approach (Baillieul et al., 2019, Hum. Mov. Sci.). Imagery markers of walking recovery following stroke using diffusion tensor imaging are also presented (Soulard et al. 2019, Neurology). This work on brain imagery markers of stroke recovery will further serve the development of investigations focused on the neural correlates of SAS following stroke., Les contraintes physiologiques cérébrales rendent le cerveau humain vulnérable à l'hypoxie, qu’elle soit environnementale (haute altitude) ou en lien avec une pathologie hypoxémiante. Parmi ces pathologies, et en raison de sa forte prévalence dans la population générale, le syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est un modèle physiopathologique reconnu des effets délétères de l'hypoxie sur le cerveau. Les épisodes cycliques d'apnées et d'hypopnées survenant au cours du sommeil qui caractérisent le SAOS entraînent une hypoxie intermittente, une fragmentation du sommeil et des fluctuations de la pression intra-thoracique, tous trois facteurs déclenchant des mécanismes intermédiaires contribuant au développement de maladies cardio-métaboliques ainsi que des répercussions cérébrales (troubles cognitifs et accidents vasculaires cérébraux (AVC)). Ce travail de thèse explore la relation bidirectionnelle entre les syndromes d’apnées du sommeil (SAS) et le cerveau. Le premier axe se concentre sur les conséquences neurocognitives du SAOS au travers du contrôle de la marche. Les répercussions neurocognitives du SAOS sont à ce jour bien décrites et des troubles de la marche ont récemment été mis en évidence, avec une relation de type dose-réponse entre la gravité du SAOS et la sévérité des troubles de la marche. Il a ainsi été suggéré que la marche pouvait représenter un marqueur des répercussions cérébrales du SAOS. Les effets du traitement par pression positive continue (PPC) sur le contrôle de la marche ont été investigués au cours de ce travail de Thèse, avec des résultats contrastés. Dans une première étude prospective contrôlée, 8 semaines de traitement par PPC entraînaient une amélioration du contrôle de la marche chez des patients atteints de SAOS sévère (Baillieul et al., 2018, Plos One). Afin de valider ces résultats et d'étudier les corrélats neurophysiologiques du lien entre marche et SAOS, nous avons mené un essai contrôlé randomisé étudiant l'impact de 8 semaines de traitement par PPC comparativement à la Sham-PPC (Baillieul et al., 2020, Soumis). Contrairement à notre hypothèse, nous n'avons constaté aucune amélioration du contrôle de la marche dans le groupe PPC, résultat corroboré par l'absence d'impact de la PPC sur les déterminants du contrôle de la marche. Le deuxième axe est centré sur les répercussions cérébro-vasculaires des SAS. SAS et AVC sont deux pathologies graves et étroitement liées, le SAS pouvant être à la fois cause et conséquence potentielle des AVC. Le présent travail est axé sur l'identification des traits phénotypiques de SAS chez les patients post-AVC, afin d'en améliorer le diagnostic (Baillieul et al., en préparation). Le dépistage du SAS post-AVC est crucial en raison du risque élevé de morbi-mortalité et de conséquences fonctionnelles associées au SAS après AVC, mais il ne peut être effectif sans une identification plus précise des patients à risque de SAS. Le troisième axe a été conçu comme une perspective qui servira au développement du deuxième axe. Dans ce dernier axe, le potentiel de l'imagerie cérébrale et en particulier de l'imagerie par résonance magnétique pour développer des marqueurs de récupération et étudier les mécanismes physiopathologiques des déficiences liées aux AVC sont présentés, au travers de la marche et de son contrôle. Les corrélats neuronaux de la marche comme activité post-AVC sont mis en évidence, en utilisant une approche de type Voxel-based lesion-symptom mapping (Baillieul et al., 2019, Hum. Mov. Sci.). Les marqueurs d'imagerie basés sur l’utilisation du Diffusion tensor imaging pour prédire la récupération de la marche post-AVC sont également présentés (Soulard et al., 2019, Neurology). Ces travaux sur les marqueurs d'imagerie cérébrale de la récupération post-AVC serviront à développer des outils pour les recherches à venir sur les corrélats neuronaux des SAS post-AVC.

Consulting a therapist using practices without scientific basis (complementary and alternative medicine (CAM) practitioner) involves risks: delaying the diagnosis of a serious disease, turning away from effective treatement, exposing oneself to false information about one's health or illness, or simply paying and spending time for treatment that is at best ineffective but harmless, at worst useless and dangerous. Thus, the use of CAM practitioners questions both from the point of view of public health and the reasons for this behaviour. Yet, in France, data on the subject are scarce and insufficiently detailed to assess the real public health challenge of the phenomenon. In addition, the mechanisms leading patients to use CAM practitioners are poorly understood, which can make it difficult to communicate on the subject for professionals and health institutions. Therefore, our objectives were to describe and explain the use of CAM practitioners in the general French population. After conducting a systematic literature review and developing and validating a questionnaire adapted to our objectives, we performed a cross-sectional survey with a convenience sample of 10,478 adults living in metropolitan France, as well as a case-control study involving 2,056 respondents from this sample. In the latter, we tested whether being dissatisfied with one’s physician can explain the use of a CAM practitioner without medical training. Finally, we proposed an explanatory model of this recourse, accompanied by testable predictions.52% of respondents reported use of an acupuncturist, chiropractor, homeopath, magnetizer, osteopath or bonesetter in the past 12 months. 68 other types of CAM practitioners were consulted, raising the total recourse rate to 54%. These practitioners, mainly unconventional health practitioners, were consulted mainly for low back pain in addition to medical care. For low back pain, our results showed that being dissatisfied with medical care explains a large part of the complementary use of a CAM practitioner without medical training, except for non-physician osteopaths. Conversely, consulting a CAM practitioner in isolation from any medical care is poorly explained by dissatisfaction with one's general practitioner. In both cases, complementary or isolated recourse, other explanatory factors should be considered, such as the fact that physicians and other conventional health practitioners use or advise themselves scientifically unfounded practices., Consulter un thérapeute usant de pratiques sans fondement scientifique (thérapeute alternatif - TA) comporte des risques : retarder le diagnostic d'une maladie grave, se détourner d'une prise en charge efficace, s'exposer à des considérations erronées sur sa santé ou sa maladie, ou tout simplement payer et consacrer du temps pour un traitement au mieux sans effet mais inoffensif, au pire inefficace et dangereux. Ainsi, le recours aux TA interroge tant du point de vue de la santé publique que des raisons de ce comportement. Pourtant, en France, les données sur le sujet sont rares et insuffisamment détaillées pour évaluer l'enjeu de santé publique réel du phénomène. En outre, les processus causaux conduisant les patients à recourir aux TA sont mal connus, ce qui peut rendre difficile de communiquer sur le sujet pour les professionnels et institutions de santé. Dès lors, nos objectifs ont été de décrire et d'expliquer le recours aux TA dans la population générale française. Après avoir réalisé une revue systématique de littérature et développé et validé un questionnaire adapté à nos objectifs, nous avons conduit une étude transversale auprès d'un échantillon de convenance de 10 478 adultes résidant en France métropolitaine, ainsi qu'une analyse cas-témoins avec 2 056 répondants de cet échantillon. Dans cette dernière, nous avons testé si le fait d'être insatisfait de son médecin généraliste peut conduire à recourir à un TA non médecin. Enfin, nous avons proposé un modèle explicatif de ce recours, accompagné de prédictions testables.52 % des répondants ont déclaré avoir eu recours, durant les 12 derniers mois, à un acupuncteur, chiropracteur, homéopathe, magnétiseur, ostéopathe ou rebouteux. 68 autres types de TA ont été consultés, élevant le taux de recours total à 54 %. Ces thérapeutes, principalement non professionnels de santé, ont été consultés majoritairement pour une lombalgie en complément d'une prise en charge médicale. Pour une lombalgie, nos résultats ont montré qu'être insatisfait de sa prise en charge médicale explique une part importante du recours complémentaire à un TA non médecin, sauf pour les ostéopathes non médecin. En revanche, consulter un TA isolément d'une prise en charge médicale est faiblement expliqué par une insatisfaction vis-à-vis de son médecin généraliste. Dans les deux cas, recours complémentaire ou isolé, d'autres facteurs explicatifs devraient être envisagés, tels que le fait que des médecins et autres professionnels de santé utilisent ou conseillent eux-mêmes des pratiques scientifiquement infondées.

The field of electron microscopy has undergone rapid transformation in the past few years. It has become one of the most powerful techniques for investigating macromolecular complexes, providing unprecedented structural insights into the fundamental processes of cellular life. In this thesis, I use cryo electron microscopy and negative stain electron microscopy to investigate two biological systems. The first is an enterobacterial protein triad formed of the E. coli proteins LdcI, involved in the acid stress response, and RavA and ViaA, which sensitise E. coli to aminoglycosides. I show that the AAA+ ATPase RavA exists in two distinct conformational states, shedding insight into its ATPase mechanism and revealing unexpected mechanistic similarities to the well-characterised unfoldase ClpX. I also explore the effects of fluorescent protein tags on the structure and function of LdcI, in order to facilitate super-resolution fluorescence microscopy. The second complex is the mitochondrial Complex I assembly complex, which is composed of ACAD9, ECSIT and NDUFAF1 and is involved in the maturation of respiratory Complex I in mitochondria. I investigate the ACAD9-ECSIT-CTD subcomplex using cryo-EM, providing insights into the structure of ACAD9, the location of the ECSIT-CTD binding site and the release of the FAD cofactor of ACAD9 upon ECSIT-CTD binding. Finally, in conjunction with biochemical and biophysical analysis, I place the structural information presented in this thesis in a biological context and lay a platform for future studies of both protein complexes., Le domaine de la microscopie électronique a connu une transformation rapide au cours des dernières années. Elle est devenue l'une des techniques les plus puissantes pour l'étude des complexes macromoléculaires, fournissant des informations structurales sans précédent sur les processus fondamentaux de la vie cellulaire. Dans cette thèse, j'utilise la cryo-microscopie électronique et la microscopie électronique à coloration négative pour étudier deux systèmes biologiques. Le premier est une triade de protéines entérobactériennes formée de la protéine LdcI de E. coli, impliquée dans la réponse au stress acide, et RavA et ViaA, qui sensibilisent E. coli aux aminoglycosides. Je montre que l'ATPase AAA+ RavA existe dans deux états conformationnels distincts, ce qui permet de mieux comprendre son mécanisme d'ATPase et révèle des similarités mécanistiques inattendues avec l’unfoldase ClpX bien caractérisée. J'explore également les effets des marqueurs de protéines fluorescentes sur la structure et la fonction de LdcI, afin de faciliter la microscopie à fluorescence à super-résolution. Le second complexe est le complexe d'assemblage du Complexe I mitochondrial, qui est composé d'ACAD9, d'ECSIT et de NDUFAF1 et qui est impliqué dans la maturation du Complexe respiratoire I chez les mitochondries. J'étudie le sous-complexe ACAD9-ECSIT-CTD à l'aide de la cryo-EM, ce qui me permet de mieux comprendre la structure d'ACAD9, l'emplacement du site de liaison d'ECSIT-CTD et la libération du cofacteur FAD d'ACAD9 lors de la liaison d'ECSIT-CTD. Enfin, en conjonction avec l'analyse biochimique et biophysique, je place les informations structurales présentées dans cette thèse dans un contexte biologique et je pose une base pour les études futures des deux complexes protéiques.

The clinical evaluation of drugs before approval is based on randomized controlled trials. Although they are considered as the gold standard for testing drugs, their results are necessarily limited to patients included in the trials. Moreover, almost all clinical trials are primarily designed to assess the efficacy of a treatment, so safety is only a secondary concern. Regarding sleep apnea syndrome (SAS), while many drug trials have been conducted, most of the results are weak or even contradictory. In addition to limited trial duration and population size, one explanation is that the sleep apnea population is highly heterogeneous with respect to symptoms and physiological traits linked to disease pathogenesis, giving various patient “phenotypes”. Real-life data are therefore needed to define which drugs could improve SAS or associated comorbidities and who might benefit from them. On the contrary, clinicians need to be aware that some drugs may induce or worsen sleep apnea.Pharmacoepidemiology is now part of any pharmacovigilance survey, as it provides both descriptive and comparative approaches of spontaneous reports. Associations between the exposure to one or more drugs and the occurrence of adverse effects can thus be sought. As for all observational studies, the major difficulty is to control for confounding factors. One of the study designs commonly used, is the case/non-case analysis, which investigates disproportionality between the numbers of adverse drug reactions reported with the drug of interest compared to the number reported with all other drugs. In this way, we showed significant associations between the use of baclofen, gabapentinoids or valproic acid and the reporting of SAS in the WHO drug adverse event database, suggesting a role of the GABAergic system in the pathogenesis of drug-induced central sleep apnea. A disproportionality signal was also found for ticagrelor, based on a different mechanism of action.Pharmacoepidemiological analyses also make it possible to study the benefit of drugs in real-life. Propensity scores are used to minimize selection bias, leading to a comparability between the exposure groups close to that observed in randomized trials. Using these statistical methods, we have investigated the potential value of targeting the renin-angiotensin system for the management of hypertension in obstructive sleep apnea (OSA) patients, especially the use of sartans. For hypertensive apneic patients, our work suggests that diuretics could decrease the severity of OSA, particularly in the overweight or moderately obese. Prospective studies are now needed to confirm these findings, because real-life data cannot be a substitute for controlled clinical trials., Avant leur mise sur le marché, l'évaluation clinique des médicaments repose sur des essais contrôlés randomisés. Bien qu'ils représentent la méthode de référence, leurs résultats sont nécessairement limités aux patients inclus dans ces essais. De plus, ils sont d’abord conçus pour mesurer l'efficacité des traitements, avant d’évaluer leurs effets indésirables. Concernant le syndrome d'apnées du sommeil (SAS), alors que de nombreux essais médicamenteux ont été menés, la plupart des résultats sont de faible niveau de preuve, voire contradictoires. Outre la durée et les effectifs limités de ces essais, une explication est que le SAS est une pathologie hétérogène en termes de symptômes et de physiopathologie, incluant divers "phénotypes" de patients. Des données de vie réelle sont donc nécessaires pour définir quels médicaments pourraient améliorer le SAS ou les comorbidités associées et quels patients pourraient en bénéficier. Au contraire, les cliniciens doivent être avertis que certains médicaments peuvent induire ou aggraver le SAS.La pharmacoépidémiologie fait désormais partie de toute enquête de pharmacovigilance, car elle permet une approche à la fois descriptive et comparative des notifications spontanées. Des associations entre l'exposition à un ou plusieurs médicaments et l'apparition d'effets indésirables peuvent ainsi être recherchées. Comme pour toutes les études observationnelles, la principale difficulté consiste à contrôler les facteurs de confusion. L'un des modèles couramment utilisés est l'analyse cas/non-cas, qui étudie la disproportionnalité entre le nombre d’effets indésirables rapportés avec le médicament d’intérêt, par rapport aux effets notifiés pour les autres médicaments. Nous avons ainsi montré des associations significatives entre l'utilisation de baclofène, des gabapentinoïdes ou de l'acide valproïque et la survenue de SAS dans la base de pharmacovigilance de l'OMS, suggérant le rôle du système GABAergique dans la pathogenèse des apnées centrales d’origine médicamenteuse. Un signal de disproportionnalité a également été observé pour le ticagrélor, reposant sur un mécanisme d'action différent.Les analyses pharmacoépidémiologiques permettent également d'étudier le bénéfice des médicaments en vie réelle. Le score de propension est utilisé pour minimiser les biais de sélection et recréer des conditions de comparabilité proches de celles des essais randomisés. À l'aide de ces méthodes statistiques, nous avons évalué l'intérêt potentiel de cibler le système rénine-angiotensine pour la prise en charge de l'hypertension artérielle chez les patients atteints d’apnées obstructives, en particulier avec l’utilisation des sartans. Chez ces mêmes patients apnéiques et hypertendus, nos travaux suggèrent que les diurétiques pourraient diminuer la sévérité des apnées, notamment en cas de surpoids ou d’obésité modérée. Des études prospectives sont désormais nécessaires afin de confirmer ces résultats, car les données de vie réelle ne peuvent se substituer aux essais cliniques contrôlés.

The evolution of chronic diseases implies the consideration of the patient to be active and collaborative in the multidisciplinary healthcare team. Medication non-adherence is a silent epidemic that affects 50% of patients with chronic disease.A first publication reports on the work done using the Delphi method with French-speaking members of the International Society for Medication Adherence (ESPACOMP) for the translation of the 7 terms and definitions of the ABC taxonomy of medication adherence. The objective is to promote a standardized taxonomy of medication adherence among French-speaking researchers and clinicians. Medication adherence, which describes medication-taking behavior, is defined according to three operational and quantifiable parameters: A. initiation, B. implementation, and C. Persistence.A second publication reports a review on measures of medication adherence in chronic patients commonly used in current practice, in research projects, for epidemiological or interventional studies. For each method, the review presents descriptions of the measures and their strengths and limitations.A third publication presents the construction of a self-questionnaire to meet our needs for the provision of a clinical routine tool (simple, self-administered, feasible in current practice, including outpatient), to target patients in difficulty with their drug treatment and to identify levers that can be mobilized for educational support.The questionnaire was developed for a population of chronic patients with type 2 diabetes, heart failure or chronic obstructive pulmonary disease. After item generation and the item reduction phase, the QUILAM questionnaire contains a visual analogue scale and 14 likert type items. This is the first scale available in French to identify the barriers and levers of medication adherence in patients with chronic disease. Four dimensions are described: general representations, specific representations, organization and relationship with caregivers. It is relatively simple and easily integrated into the clinical routine with a good acceptability and a 5 to 10 minutes passation time. The test-retest reports a good intra-class correlation between J0 and J15 for each item.Further research is needed to finalize the psychometric validation of the questionnaire (structural validity, internal consistency, external consistency and sensitivity following an intervention).This tool will be used to open communication with the patient about the daily challenge of taking medication. After identification of patients at risk, several types of interventions integrated into care can be considered by multidisciplinary team working around the chronically ill patient according to the barriers and levers to medication adherence identified., La complexité de la pathologie chronique impose qu’on repense le modèle d’accompagnement pluriprofessionnel en intégrant le patient dans une démarche collaborative. La non-adhésion médicamenteuse est une épidémie silencieuse qui touche 50% des patients atteint de maladie chronique.Une première publication rapporte le travail réalisé en utilisant la méthode Delphi auprès des francophones membres de la société internationale de l’adhésion médicamenteuse (ESPACOMP) pour la traduction des 7 termes et définitions de la taxonomie ABC de l’adhésion médicamenteuse. L’objectif est de promouvoir une taxonomie standardisée de l’adhésion aux médicaments auprès des chercheurs et cliniciens francophones. L'adhésion aux médicaments, qui décrit le comportement de prise de médicaments, est définie selon trois paramètres opérationnels et quantifiables : A. l'initiation, B. l’implémentation et C. La persistance.Une deuxième publication rapporte une revue de la littérature sur les mesures d’adhésion aux médicaments des patients atteints de maladie chronique couramment utilisées en pratique courante, dans le cadre de projets de recherche, pour les études épidémiologiques ou pour les études interventionnelles. La revue présente, pour chaque méthode, les descriptions des mesures ainsi que leurs points forts et leurs limites.Une troisième publication présente la construction d’un autoquestionnaire pour répondre à nos besoins de mise à disposition d’un outillage de routine clinique (simple, auto-administré, réalisable en pratique courante, y compris en ambulatoire), pour cibler les patients en difficulté avec la prise de leur traitement médicamenteux et identifier des leviers mobilisables pour l’accompagnement éducatif. Le questionnaire a été développé pour une population de patients chroniques atteints de diabète de type 2, d’insuffisance cardiaque ou de bronchopneumopathie obstructive chronique. Après génération des items et la phase de réduction du nombre d’items, le questionnaire QUILAM contient une échelle visuelle analogique et 14 items de type likert. Il s’agit de la première échelle disponible en langue française visant à identifier les freins et les leviers de l’adhésion médicamenteuse des patients atteints de maladie chronique. Quatre dimensions sont décrites : les représentations générales, les représentations spécifiques, l’organisation et la relation avec les soignants. Le QUILAM est relativement simple et facilement intégrable à la routine clinique avec une bonne acceptabilité et une durée de passation de 5 à 10 minutes. Le test-retest rapporte une bonne corrélation intra-classe entre J0 et J15 pour chaque item.D’autres recherches sont nécessaires pour finaliser la validation psychométrique du questionnaire : (validité structurelle, cohérence interne, cohérence externe, sensibilité du questionnaire à la suite d’une intervention).Cet outil sera utilisé pour ouvrir la communication avec le patient sur ce défi quotidien qu’est la prise des médicaments. Nous proposons au final plusieurs types d’interventions intégrées aux soins qui pourront être envisagées par l’équipe pluriprofessionnellequi gravite autour du patient atteint de maladie chronique selon les freins et leviers à l’adhésion médicamenteuse identifiés.

Background - Preventing severe intraventricular hemorrhage (IVH) is always a daily challenge in neonatology intensive care unit (NICU). Despite of many progress realized during last decades, their incidence remains stable, around 10%.Objectives - This PhD work has two main objectives: (i) identify perinatal risk factors of IVH through Epipage 2 cohort and (ii) examinate factors associated with worse neurosensory outcome at 2 years of corrected age with comparison between 3 cohorts: from Canada, France, Australia and New Zealand.Methods – This present work incorporated 2studies and 1 project: 1- The association between the main cause of delivery and IVH was studied with multinomial regression model in infants < 32 weeks of gestational age (GA). 2- A propensity score was used to analyse if early extubation was a risk factor of IVH in infants born under 29 weeks of GA. 3/Concerning the third project data of the three international cohort will be pooled in order to be analyzed together.Results - Abruptio placenta and preterm labor (PL) with inflammation were associated with grade 3 and 4 IVH (only grade 4 IVH for PL). Otherwise early extubation was not associated with severe IVH.Conclusion – Concerning severe IVH, our work shows that taking account the causes of prematurity is crucial and new gentle ventilation strategies are relatively safe. The comparison between different population based cohorts could contribute to deeply understand and enhance the care to improve the outcome., Prévenir l’hémorragie intraventriculaire (HIV) reste un challenge pour le néonatologue car malgré les progrès effectués dans le domaine ces dernières années, son incidence reste stable, autour de 10%.Objectifs – Cette thèse de doctorat a deux objectifs principaux : (i) identifier des facteurs de risques per-nataux des HIV sévères au sein de la cohorte Epipage 2 (ii) étudier des facteurs influençant le devenir neurosensoriel à 2 ans à travers 3 cohortes : française (Epipage2), canadienne et australo-néozélandaise.Méthodes – Trois travaux ont contribués à répondre à ces objectifs : 1-, le lien entre la cause maternelle de l’accouchement et les HIV sévères a été étudié chez l’enfant de moins de 32 SA, grâce à une régression logistique multinomiale. 2- Un score de propension a été construit afin d’étudier la relation entre l’extubation précoce et le risque des HIV chez l’enfant de moins de 29 SA. 3-Concernant le devenir, le projet consiste comparer le devenir neurosensoriel d’enfants entre 18 et 36 mois d’âge corrigé entre 3 cohortes internationalesRésultats - L’hématome rétroplacentaire (HRP) et la menace d’accouchement prématuré avec inflammation sont associés à une augmentation de l’incidence des HIV sévères (uniquement HIV de grade 4 pour les MAP). L’extubation précoce n’est pas associée aux HIV sévères dans notre cohorte.Conclusion - Concernant la prévention des hémorragies cérébrales de la grande prématurité, nos travaux montrent d’une part, que la prise en compte des causes de la prématurité a son importance et que d’autres part les nouvelles stratégies de prise en charge ventilatoire comportent une certaine sécurité. La comparaison de différentes cohortes en population peut continuer à approfondir et améliorer les pratiques afin d’obtenir de meilleurs résultats quant à leur devenir.

Tryptophan (Trp) metabolism was investigated in various pathology, including cardiovascular diseases, cancerology and neurodegenerative diseases. Trp, an essential aminoacid, is catabolized into two major pathways: kynurenine (KYN) pathway represents 98% of Trp catabolism and is involved in cardiopathy and immune tolerance, as serotonin (5HT) pathway is implicated in depression and sleep. In this work, we have studied Trp pathway in phenylketonuria (PKU) and cardiovascular diseases.Firstly, we developed a simple method for quantification of Trp and 8 of its metabolites, involved in both KYN and 5HT pathways, using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry. This method, with a quick chromatographic runtime (15 min) and simple sample preparation, has been validated according to NF EN ISO 15189 criteria.Secondly, we explored Trp metabolism in phenylketonuria (OMIM 261600), a pathology caused by deficiency of phenylalanine hydroxylase enzyme (EC 1.14.16.1), that catalyses hydroxylation of phenylalanine (Phe) to tyrosine. Early low-Phe diet treatment, results in the prevention of severe mental retardation (IQ < 50) seen in untreated PKU patients.Many similarities between Trp and Phe metabolisms exist: transporters, cofactor and chaperone enzyme, and inhibition of one pathway by metabolites of the other pathway. As some of these metabolites have neuroactive properties, they should be considered in neurological impairment seen in this pathology and not totally explained by blood Phe concentrations.We assessed here a change of Trp metabolism in 151 adult PKU patients, with diminution of plasmatic concentrations of KYN and 3-hydroxykynurenic acid (3HK) in PKU patients compared to general population (P < .0001). These modifications were modified by diet type.In third line, we evaluated Trp metabolism in cardiovascular diseases. Prevention of these diseases representes a serious public health issue, based on diminution of co-morbidities like obstructive sleep apnoea (OSA). This syndrome affects 6-17% of adults worldwide, and is characterized by complete or partial pharyngeal collapse, sleep fragmentation and increased respiratory efforts, resulting in intermittent hypoxia and low-grade inflammation. Recent studies have explored Trp metabolism in cardiovascular diseases, but mainly in epidemiologic studies. We highlighted here clinical and preclinical studies that we will conducted in this field, in the way to characterized Trp modification in treated or untreated OSA, intermittent hypoxia (animal model of OSA) and exercise training.Trp metabolism is clearly involved in various pathological conditions. In this work, we have highlighted its modification in PKU. Physiopathological impact of these modifications have to been explored in various pathologies., Le métabolisme du tryptophane (Trp) a été investigué dans différentes pathologies, incluant les maladies cardiovasculaires, la cancérologie et les maladies neurodégénératives. Le Trp, acide aminé essentiel, est catabolisé en périphérie et au niveau central selon 2 voies : celle des kynurénines, quantitativement majoritaire et impliquée dans les cardiopathies et la tolérance immune, et celle de la sérotonine, connue pour son implication dans la dépression et le sommeil. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’implication de cette voie métabolique dans la phénylcétonurie (PCU) et les maladies cardiovasculaires.Dans la première partie de ce travail, nous avons mis au point une technique analytique de dosage de 9 métabolites de la voie du Trp, incluant ses 2 voies cataboliques. La méthode proposée, en HPLC-MS/MS, est fiable, reproductible, peu coûteuse, avec un processus pré-analytique simple et une durée d’analyse de 15 min. Ses critères sont conformes aux exigences du laboratoire selon les recommandations de la norme NF EN ISO 15189.Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés au métabolisme du Trp dans la phénylcétonurie (PCU ; OMIM 261600). Cette maladie, due à un déficit de la phénylalanine hydroxylase hépatique (PAH ; EC 1.14.16.1), entraine une accumulation de phénylalanine (Phe) associée à un déficit en tyrosine. Cette pathologie, causant principalement un profond retard mental (QI < 50), est traitable grâce à l’instauration le plus précocement possible d’un régime restreint en Phe.Plusieurs éléments rapprochent le métabolisme du Trp de celui de la Phe, que ce soient les transporteurs, cofacteurs et enzyme chaperone communs, ou les inhibitions de l’une des voies par des métabolites de l’autre voie. De plus, certains adultes atteints de PCU présentent des dysfonctions neuropsychologiques inexpliquées par leur concentration de Phe sanguine, ce qui pourrait être dû à des modifications de la voie métabolique du Trp, plusieurs kynurénines possédant des propriétés neuroactives.Nous avons mis en évidence une modification du métabolisme du Trp dans une population phénylcétonurique adulte française (n=151 patients), avec en particulier une diminution des concentrations sanguines de kynurénine (KYN) et d’acide 3-hydroxykynurénique (3HK) par rapport à notre population de référence (p-value < 0.0001), ces résultats étant modulés par le type de régime suivi.La troisième partie de notre travail a consisté en l’évaluation du métabolisme du Trp dans le contexte des maladies cardiovasculaires. La prévention de ces pathologies est un enjeu de santé publique majeur, et se base sur la maitrise des facteurs de risque, dont le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) qui touche 6 à 17% des adultes à travers le monde. Ce syndrome se caractérise par un collapsus pharyngé partiel ou total, une fragmentation du sommeil et une augmentation des efforts respiratoires et donc des séquences d’hypoxie – réoxygénations (hypoxie intermittente) responsables d’une inflammation de bas grade. Plusieurs études explorant les maladies cardiovasculaires et le métabolisme du Trp ont été publiées récemment, mais très peu apportaient un lien mécanistique. Nous présentons ici les prochaines études cliniques et pré-cliniques que nous souhaitons mener dans ce domaine, afin de caractériser les modifications du métabolisme du Trp dans le SAOS traité ou non, mais également lors de l’hypoxie intermittente (modèle animal du SAOS) ou lors d’un réentrainement à l’effort.Il est à présent évident que la voie métabolique du Trp est impliquée dans différentes conditions pathologiques. Nous avons mis en évidence lors de ce travail ses modifications dans la PCU. L’impact physiopathologique des modifications observées reste cependant à explorer dans de nombreuses pathologies.

Primary liver cancer (PLC) is the fourth leading cause of cancer death worldwide with an increasing incidence in the past decades. Hepatocellular carcinoma (HCC) represents 90% of all PLC and usually arises on chronic liver diseases that have been progressing, often silently, for years. Implementation of interventions at different times of the liver disease natural history is likely to modify either the trajectory of progression towards HCC or the prognosis after diagnosis of HCC. Identifying specific trajectories and their determinants is critical to optimize individual management of patients at an early stage of the disease to improve the long-term prognosis. The objective of this thesis is to leverage data available in multicenter medical databases to study, on the one hand, health trajectories of patients with HCC taking into account social determinants of health and care pathways, with a focus on alcoholic etiology, and on the other hand design simple and robust tools for risk stratification of recurrence of HCC after curative treatment.Thus, this thesis aims at answering four questions about the evolution of HCC and patients health trajectories. First, what is the part of the underlying etiology of HCC on the geographical discrepancies of incidence, management and survival? To answer this question, a first work, published in Digestive Diseases and Sciences, has shown that the geographical disparities in treatment and prognosis are particularly marked for alcohol-associated HCCs, and suggests, as a way to mitigate these disparities, to promote the care of HCC patients within expert centers in HCC management. The second question was to determine whether alcohol-associated HCC is a homogeneous entity. For this, an article in the final process for submission shows, using a latent class analysis, that five homogeneous phenotypes of HCC associated with alcohol can be identified and are associated with distinct prognoses. The third question addressed in this thesis search to assess the impact of social determinants and non take-up of healthcare resources on HCC management and prognosis. Considering the lack of data to address this issue in available databases, it was decided to increase the knowledge in this field through two distinct projects for which applications for funding were submitted: 1) the “RESONANCE” project proposes to analyze the indirect consequences of the sanitary situation linked to Covid-19, imposing delays in management and treatment, on the incidence rate of severe forms of chronic liver disease, including HCC diagnosed at an advanced stage not amenable to curative treatment options 2) the “Social-CHIEF” project aims to study for the first time in France the impact of social determinants of health on the management of patients with a recent diagnosis of HCC, as part of the ongoing national cohort of patients with HCC (CHIEF cohort).At the other end of patients health trajectories, this time after HCC diagnosis, robust tools are needed to predict the recurrence of HCC after curative treatment in order to guide surveillance and design of clinical trials testing adjuvant treatment options. To address this medical need, two new HCC recurrence prediction scores (Recurrence Risk Reassessment (R3) score after liver transplantation and Early Recurrence Score (ERS) after resection) were built and validated.In conclusion, leveraging a wide range of health databases, this thesis provides new elements to understand health trajectories of patients with HCC. The results obtained open up perspectives for the implementation of interventions aiming at “reprogramming” of health trajectories towards more favorable outcomes for chronic liver diseases. New questions are also emerging that will need to be addressed through transdisciplinary collaborations at the crossroads of medicine, social sciences, public health and biology., Le cancer primitif du foie, essentiellement représenté par le carcinome hépatocellulaire (CHC), est la quatrième cause de mortalité par cancer dans le monde, avec une augmentation de l’incidence au cours des dernières décennies. Le CHC constitue la complication ultime d’une maladie chronique du foie évoluant souvent depuis des années. La mise en place d’interventions à différents moments de cette histoire naturelle est susceptible de modifier soit la trajectoire d’évolution vers le CHC soit le pronostic après le diagnostic du CHC. Identifier les différentes trajectoires et comprendre leurs déterminants est essentiel afin d’optimiser la prise en charge individuelle des patients à un stade précoce de la maladie pour améliorer le pronostic à long terme.L’objectif de cette thèse est d’utiliser les données disponibles dans les bases de données médicales pour étudier d’une part les trajectoires de santé des patients avec CHC en prenant en compte les déterminants sociaux de santé et les parcours de soins, avec un focus sur l’étiologie alcoolique et d’autre part d’élaborer des outils de stratification du risque de récidive du CHC après traitement à visée curative.Ainsi, ce travail de thèse a cherché à répondre à quatre questions. Tout d’abord quelle est l’influence de l’étiologie du CHC dans les disparités territoriales d’incidence, de prise en charge et de survie? Pour cela, un premier travail, publié dans Digestive Diseases and Sciences, a montré des disparités géographiques de prise en charge et de pronostic particulièrement marquées pour les CHC liés à l’alcool, et propose comme piste, pour lutter contre ces disparités, de promouvoir la prise en charge des patients au sein d’établissements spécialisés. La deuxième question visait à définir si le CHC lié à l’alcool est une entité homogène. Pour cela un article en cours de soumission montre, à l’aide d’une analyse en classes latentes, que cinq phénotypes homogènes de CHC associés à l’alcool peuvent être identifiés et sont associés à des pronostics distincts. La troisième question abordée visait à approfondir l’impact des déterminants sociaux et des phénomènes de non recours aux soins sur les modalités de prise en charge et le pronostic des patients avec CHC. Face à l’absence de données médicales disponibles dans les bases existantes, il a été décidé de documenter la question et de proposer deux projets: 1) le projet « RESONANCE » propose d’analyser les conséquences indirectes de la situation sanitaire liées à la Covid-19 imposant des retards de prise en charge, sur le taux d’incidence des formes sévères de maladies chroniques du foie, dont le CHC avancé 2) le projet « Social-CHIEF » a pour objectif d’étudier pour la première fois l’impact des déterminants sociaux de santé sur les modalités de prise en charge des patients avec un diagnostic récent de CHC en France, dans le cadre de la cohorte nationale de patients avec CHC (cohorte CHIEF) en cours de recrutement.Enfin, des outils robustes sont nécessaires pour prédire la récidive du CHC après traitement curatif afin de guider la surveillance et la conception d’essais cliniques testant les options de traitement adjuvant. Pour répondre à ce besoin, deux nouveaux score de prédiction de la récidive du CHC, l’un après transplantation hépatique et le second après résection, ont été construits et validés.En conclusion, ce travail de thèse a permis d’apporter, grâce à l’analyse de diverses bases de données de santé, des éléments nouveaux pour appréhender les trajectoires de santé des patients avec CHC. Les résultats obtenus ouvrent des perspectives pour la mise en place d’interventions cherchant à « reprogrammer » les trajectoires de santé vers des formes plus favorables de maladies chroniques du foie. De nouvelles questions émergent également qu’il conviendra d’aborder par le biais de collaborations transdisciplinaires au carrefour de la médecine, des sciences sociales, de la santé publique et de la biologie.