Dissertations / Theses on the topic 'Cellules osseuses – Propriétés électriques'

L'activité cellulaire répond à la stimulation électrique (SE). Le but de cette thèse était le développement d'un composite multifonctionnel et l'étude de la réponse des ostéoblastes à la SE transmise par un tel composite. Les objectifs spécifiques étaient les suivants: a) synthèse des particules de haute conductivité en polypyrroles (PPy) avec des rendements élevés en contrôlant la taille et la régularité moléculaire; b) bioactivation des particules PPy par dopage à l'héparine (HE); c) préparation de composites multifonctionnels électriquement stables et présentant une haute affinité biologique; d) étude de la prolifération et de la minéralisation des ostéoblastes sur un échafaudage conducteur sous SE. Le chapitre I résume les phénomènes bioélectriques chez l'humain à différents niveaux, les mécanismes possibles de l'action de l'électricité sur les cellules, et l'étude de la SE en génie tissulaire osseux. Ce chapitre propose également une revue critique des différentes techniques et des différentes méthodologies de SE utilisées pour des études environnementales, scientifiques et pour les soins cliniques. Les hypothèses et les objectifs de la thèse sont présentés. Le chapitre II décrit la synthèse des nanoparticules en PPy par polymérisation en emulsion en utilisant le réactif de Fenton comme oxydant. Ces nanoparticules présentent une morphologie polygonale creuse, avec une épaisseur approximative de 50 nm et un diamètre de 400-500 nm. Les caractéristiques cristallines de ces nanoparticules ont été démontrées. Un mécanisme plausible de synthèse est proposé. Le chapitre III rapporte la bioactivation des particules en PPy en utilisant F héparine (HE) comme dopant, la préparation d'une membrane conductrice biodégradable, et la culture de fibroblastes sur ces membranes. Le dopage avec HE améliore la stabilité électrique de la membrane conductrice et augmente l'adhésion et la prolifération de cellules. Le chapitre IV démontre que la SE induite par la membrane conductrice peut moduler l'activité des ostéoblastes et accélérer la formation osseuse. Un champ électrique optimal de 200 mV/mm avec une durée de stimulation entre 2 et 8 h a favorisé la prolifération des ostéoblastes et augmenté l'expression et la production de ses marqueurs spécifiques de maturation (ALP) et de minéralisation (CO). Le chapitre V présente une discussion générale, le sommaire des conclusions et les perspectives de recherche pour le futur. L'implication de ces travaux en génie tissulaire et en santé humaine est également abordée.

Apercu bibliographique sur la technologie d'elaboration du silicium polycristallin qui expose entre autres la nouvelle technique dite de dopage preferentiel utilisee pour reduire les recombinaisons au niveau des joints des grains. Modele bidimensionnel pour l'etude de l'influence des dimensions des grains et de la vitesse de recombinaison aux joints des grains sur les performances de la cellules. Une extension de ce modele permettant detenir compte de l'existence de jonctions verticales dues au dopage, on etudie l'influence de la profondeur du dopage preferentiel sur les performances de la cellule solaire

Les cellules thalamocorticales (TC) du noyau ventro-postéro-latéral (VPL) du thalamus relayent l'information du système somatosensoriel (synapses excitatrices lemniscales aux dendrites proximaux) à la région correspondante du cortex, mais reçoivent également en rétro-propagation des projections du cortex (synapses excitatrices corticothalamiques aux dendrites distaux). Afin d'étudier l'intégration synaptique aux différentes parties de la cellule TC, nous avons bâti un modèle multi-compartimental à partir de reconstructions tridimensionnelles de cellules du noyau VPL, ce qui consiste en une discrétisation spatiale des dendrites en une multitude de segments associés à des circuits RC interconnectés. Nous avons pu dégager quantitativement l'impact de la géométrie cellulaire (taille d'arborisation et diamètre dendritique) sur l'amplitude et sur la durée des réponses au soma. Nous avons par la suite comparé l'intégration synaptique pour différentes distributions des entrées aux dendrites proximaux et distaux et sous différentes conditions de courants intrinsèques et de potentiel membranaire. Dans tous les cas, la sommation des entrées proximales induisait une réponse indépendante de la distribution, alors que la réponse aux entrées distales saturait lorsqu'elles étaient localisées aux mêmes branches. Nos résultats ont permis d'apporter une explication physiologique au patron d'organisation synaptique chez les cellules TC.
Thalamocortical (TC) cells from the ventroposterolateral (VPL) nucleus of the thalamus relay the somatosensory inputs (excitatory lemniscal synapses at proximal dendrites) to the corresponding cortical area, but also receive feedback excitatory inputs from the cortex (corticothalamic synapses at distal dendrites). The goal of this study was to compare the synaptic integration of inputs coming to proximal vs. distal dendrites. A multicompartmental model was drawn from fully reconstructed cells of the VPL nucleus. Dendrites were spatially discretized in multiple segments associated to interconnected RC circuits. We were able to characterize the impact of neuronal size and dendritic diameter on the amplitude and on the time course of the somatic response. We also compared the synaptic integration for different distributions of proximal or distal inputs under different conditions of membrane potential and active properties. In all cases, the summation of proximal inputs was independent of their distribution, while the response induced by distal inputs saturated when those inputs were located at the same branches. The results obtained in this study suggest a physiological explanation of the synaptic pattern at TC cells.

L’activité électrique cardiaque prend naissance dans le nœud sinusal et se propage au myocarde contractile grâce au tissu de conduction. Le travail exposé dans cette thèse démontre le rôle de deux sous-unités de canaux ioniques dans l’automatisme des cellules sinusales et la conduction de l’influx électrique dans le cœur, grâce à l’utilisation de modèles murins. Le premier confirme in vivo l’hypothèse selon laquelle le canal calcique de type T, Cav3. 1, participe à l’automatisme du nœud sinusal et démontre son implication dans la conduction auriculo-ventriculaire (AV) de l’influx électrique. Dans un second, l’invalidation du canal sodique Nav1. 5 (Scn5a+/-) conduit à une dysfonction sinusale, des troubles de conduction AV et intra-ventriculaires identiques à ceux observés chez des patients porteurs de mutations du gène SCN5A. Ce modèle reproduit fidèlement l’hétérogénéité phénotypique existant chez les patients, suggérant l’importance de gènes modulateurs ou de l’environnement dans le phénotype des maladies génétiques. Enfin, la modulation du rythme constituant un enjeu majeur en thérapeutique cardiaque, nous avons montré que l’inhibition chronique des canaux pacemaker HCN induisait un remodelage ionique sinusal mais avait peu d’effet sur l’expression des canaux ioniques dans le ventricule chez la souris
Cardiac impulse originates from the sinus node and propagates through the cardiac conduction system to depolarise atrial and ventricular myocardium. The work exposed herein reveals the implications of two ion channel subunits in sinus node automaticity and in cardiac electrical conduction by the use of mouse models. The first model confirms the hypothesis implicating the calcium channel subunit Cav3. 1 in sinus node automaticity, and shows its implication in atrioventricular (AV) conduction. The second model shows that heterozygous invalidation of Nav1. 5 sodium channel subunit (Scn5a+/- mice) induces sinus node dysfunction, impaired AV conduction and delayed intramyocardial conduction. These cardiac abnormalities are similar to the phenotype observed in patients with SCN5A mutations. Moreover, Scn5a+/- mice showed phenotype heterogeneity, just as in patients, revealing the importance of modulator genes or environment in the phenotype of genetic disorders. Finally, as cardiac rhythm modulation is of major interest in cardiac therapeutics, we have shown that chronic inhibition of HCN channels induces a complex ionic remodelling in the sinus node, but has little impact on ion channel expression in the mouse ventricle

Le travail réalisé au cours de cette thèse a eu pour objet d'étudier la modification chimique du canal calcique de type l à l'aide d'un réactif spécifique des fonctions thiols (le PHMPS), ainsi que le couplage entre ce canal calcique de type l et les canaux calciques du réticulum sarcoplasmique, à l'aide de la ryanodine. Les études ont été réalisées sur cellules ventriculaires de cobaye par une mesure du courant calcique et des mouvements de charges intramembranaires associés. Cette deuxième mesure a, préalablement fait l'objet d'une importante mise au point, rendue possible par la mise en évidence et l'étude du blocage du courant calcique par le gadolinium. L’oxydation des fonctions thiols portées par le canal calcique, à l'aide de 100 m de PHMPS, nous a conduit à postuler un modèle fonctionnel impliquant la participation des groupements thiols dans le fonctionnement du canal calcique. L’utilisation de la ryanodine (100m) sur le courant calcique et les mouvements de charges associés, par comparaison avec des résultats obtenus sur le muscle squelettique nous a permis de confirmer par une approche électrophysiologique, l'absence de couplage électromécanique dans les cellules cardiaques. Cependant, les résultats obtenus en présence de PHMPS nous conduisent à postuler pour une éventuelle interaction entre les deux canaux lors d'un stress oxydatif

Le travail de recherche effectué au cours de cette thèse a pour objet d'étudier le couplage excitation-contraction dans les cardiomyocytes isolés de mammifères. Nous avons mesuré le courant calcique de type L dans des myocytes ventriculaires de cobaye isolés enzymatiquement grâce à la technique du patch clamp en configuration cellule entière. 80% des cellules présentent un courant calcique avec une inactivation multiphasique. Nous avons montré que ce décours multiphasique était du à la libération de calcium par le réticulum sarcoplasmique. Nous avons conclu qu'un lien fonctionnel dans les cellules ventriculaires de cobaye existe entre le DHPr et le RyR et celui-ci est dû à la présence de microdomaine dans les « fuzzy space » (espace flou). Une relation entre le décours multiphasique et la facilitation dépendante du potentiel du courant calcique a été observée. L'état de phosphorylation des cellules est impliqué et le le Cs + pourrait induire une activation de la PKA. D'autre part, nous avons mené une étude complète sur l'effet du gonflement cellulaire sur les différentes phases du couplage excitation-contraction. Nous avons utilisé la technique de patch clamp, la fluorimétrie pour mesurer le transitoire calcique, un détecteur de bord pour mesurer la contraction, un microscope confocale pour visualiser la membrane plasmique et enfin des techniques biochimiques pour vérifier l'état de phosphorylation de protéines. Un effet biphasique a été trouvé. Au bout d'une minute d'exposition à une solution hypoosmotique, une augmentation de la durée du potentiel d'action, de la contraction, du transitoire calcique a été observée. Une exposition plus longue (10 min) fait diminuer tous ces paramètres. L'amplitude du courant calcique diminue dès le passage de la solution hypoosmotique. D'autre part, le système de tubule T visualisé en microscopie confocale n'est pas altéré par le choc hypoosmotique et l'état de phosphorylation des phospholambanes n'est pas modifié.

L'etude a ete realisee sur les cardiomyocytes de rat nouveau-nes en culture en presence de noradrenaline avec ou sans inhibiteur des recepteurs 1 et -adrenergiques avec la technique de patch clamp en configuration cellule-entiere. La premiere partie de notre etude a permis de montrer que le processus hypertrophique induit par la noradrenaline est accompagne d'une augmentation de la densite du courant calcium de type l (i c a - l), tandis que le courant calcium de type t (i c a - t) n'est pas affecte. Nos resultats montrent que ces effets de la noradrenaline sur la croissance cellulaire et sur i c a - l sont dus a l'activation des recepteurs 1. L'inhibition du processus hypertrophique par blocage de la transcription et de la traduction previent l'augmentation de densite de i c a - l induite par le traitement a la noradrenaline. Ainsi, il peut etre suppose que dans nos conditions experimentales, la stimulation 1-adrenergique augmente la synthese des canaux calciques de type l. La deuxieme partie de notre etude a permis de caracteriser sur les cardiomyocyte ventriculaires de rats nouveau-nes en culture, une composante de courant calcium dont les proprietes sont proches de celles du courant de type l. De plus, ce courant est observe sur les cellules fraichement isolees de curs de rats ages de 4, 10 et 15 jours,

Nos approches génomiques ont montré que les cellules cardiaques adaptent leurs propriétés électrophysiologiques aux contraintes physiologiques ou pathologiques à long terme en modifiant l'expression transcriptionnelle de réseaux de canaux ioniques. Cependant, les mécanismes fondamentaux qui lient le phénotype électrophysiologigue à la machinerie de transcription restent peu connus. Afin de mieux les comprendre, j'ai développé une approche de biologie intégrée consistant à : 1/ établir les profils d’expression de l'ensemble des facteurs de transcription cardiaques; 2/ corréler ces profils avec ceux des canaux ioniques afin d'identifier les facteurs de transcription et les canaux dont l'expression varie de façon similaire; 3/ prédire la fixation des facteurs de transcription sur les promoteurs des canaux ioniques du même cluster par bioinformatique ; 4/ invalider ou surexprimer les facteurs de transcription présélectionnés dans des cardiomyocytes en culture et étudier l'impact moléculaire sur la transcription des canaux ioniques et l'impact fonctionnel sur leur activité en patch-clamp. Pendant ma thèse, j'ai cherché à identifier les mécanismes physiologiques responsables de l'évolution de l'activité électrique intrinsèque du cœur avec l'âge et les mécanismes physiopathologiques du remodelage électrique dans l’insuffisance cardiaque. Mes résultats suggèrent dans ce dernier cas un rôle de Mef2d dans la régulation du gène SCN5A, codant le principal canal sodique responsable de la dépolarisation des cardiomyocytes et de la conduction du signal électrique. Les perspectives de ce travail sont de valider in vivo les mécanismes du couplage excitation-transcription de l'activité électrique du cœur suggérés par mes résultats en utilisant des modèles transgéniques
Our genomic approaches have shown that the cardiac cells adapt their electrophysiological properties to physiological or pathological situations by modifying gene expression levels of networks of the ionic channels sub-units. These modifications are generally consistent with the electrophysiological properties of the cardiac cells and are precisely regulated. However, the fundamental mechanisms implicated in this transcriptional regulation are not much known. To better understand these mechanisms, I developed an integrative approach which allows investigating this question in a global way. It consists in: 1/ defining expression pattern of all the cardiac transcription factors ; 2/ correlating these profile with those of ion channel to identify transcription factors and channels that share a similar pattern ; 3/ predicting using bioinformatics transcription factor binding site on ion channels of the same cluster ; 4/ invalidating or surexpressing transcription factors in neonatal cardiomyocytes in vitro , and in studying their molecular effects on ion channels transcription, and their functional effects on their activity by patch-clamp. During my PhD. I was concerned in identifying physiological mechanisms responsible of cardiac electrical activity evolution with aging, and the physiopathological mechanisms during electrical remodeling in the failure heart. The first results suggest that transcription factor Mef2d could regulate ion channel gene SCN5A. The perspectives of this work are to keep on validating in vitro the supposed excitation-transcription coupling mechanisms of the cardiac electrical activity suggested by my results, using transgenic models

Au cours de ce travail, des traitements a l'aluminium susceptibles d'ameliorer les proprietes electriques du materiau et les performances du composant ont ete appliques a des plaquettes et a des cellules solaires au silicium multicristallin. La diffusion d'aluminium en face arriere, a des temperatures comprises entre 800 et 950c, accroit les longueurs de diffusion des porteurs minoritaires. Cet accroissement est d'autant plus grand que les valeurs initiales sont elevees. L'etude des caracteristiques courant-tension sous eclairement montre que les meilleurs resultats sont obtenus a la suite d'un traitement a 900c pendant 4h. La diffusion d'aluminium permet d'accroitre considerablement la densite de photocourant. En revanche, une diffusion superficielle de phosphore prealable est necessaire pour ameliorer la tension de circuit ouvert et le facteur de forme. Ces ameliorations resultent de l'action de l'aluminium (interface al-si) sur les impuretes metalliques presentes dans le materiau. Par exemple, la densite de centres recombinants (introduits volontairement par une contamination avec de l'or) diminue apres le traitement pres de l'interface, ce qui montre que la couche d'al ou l'interface al/si induit un effet getter. De plus, l'existence d'une couche p#+ en face arriere a ete mise en evidence et la structure n#+pp#+ permet d'ameliorer les performances du dispositif grace a un effet b. S. F (back surface field). Par ailleurs, les problemes de reflexion a l'interface aluminium-silicium a la suite de traitements thermiques a 450c pour realiser un contact ohmique et 900c pour former une jonction pp#+, ont ete abordes

Depuis plusieurs années, de nombreux travaux ont étayé la fonction endocrine du cœur. L’existence de systèmes hormonaux dans le tissu cardiaque plus particulièrement celui des peptides natriurétiques, a conféré au cœur la propriété de glande endocrine en plus de sa simple fonction de pompe. Le BNP constitue le second membre de peptides natriurétiques. Il est principalement secrété par les ventricules en réponse à une surcharge de pression ou de volume. Grâce à ses propriétés diagnostiques, thérapeutiques et pronostiques, ce peptide est actuellement considéré comme le marqueur hormonal de la décompensation cardiaque. A l’échelle des cardiomyocytes, le BNP semble être impliqué dans la modulation de l’homéostasie calcique, régulant ainsi la fonction contractile du cœur. Le but de notre étude est d’évaluer sur des cardiomyocytes normaux et hypertrophiés, la concentration plasmatique de BNP, le rôle des canaux calciques ventriculaires dans sa sécrétion et le profil d’expression de ce peptide ainsi que celui de ces récepteurs (NPR-A, -B et -C); De même, nous avons étudié l’effet autocrine du BNP sur le taux de calcium intracellulaire, sur la densité du courant calcique de type L (ICaL) et sur le potentiel d’action (PA) dans des cardiomyocytes normaux. En utilisant plusieurs approches, combinant les techniques d’ELISA, de RT-PCR, d’immunohistochimie, de cytofluorimétrie laser et de patch-clamp, nous avons pu mettre en évidence que les canaux calciques transmembranaires de type L moduleraient la sécrétion du BNP, qu’il existe une surexpression des récepteurs NPR-A et NPR-C dans l’hypertrophie cardiaque, et finalement nous avons démontré que le BNP module la libération de calcium intracellulaire, modifie le PA et diminue la densité du ICaL dans les cardiomyocytes normaux. En effet, dans notre modèle d’hypertrophie, nous avons montré que la concentration de BNP dans le sang et le milieu de culture est significativement augmenté, que cette augmentation est contrebalancée par la présence d’antagonistes calciques dans le milieu de culture des cardiomyocytes normaux et hypertrophiés ; De plus, l’expression génique des récepteurs NPR-A et –C est significativement augmenté dans les cardiomyocytes hypertrophiés et elle est en corrélation avec l’augmentation de la concentration plasmatique de BNP et son degré d’expression dans le myocarde ; finalement le BNP diminue la concentration de calcium intracellulaire, augmente la durée et la phase II du PA, réduit l’amplitude et le temps d’inactivation du ICaL, , augmente le courant de fenêtre et modifie la disponibilité d’activation et d’inactivation du canal calcique de type L. En conclusion, cette étude nous a permis de mettre en évidence une relation réciproque entre le BNP et l’homéostasie calcique, qui pourrait être responsable des effets autocrines et paracrines du BNP sur la fonction cardiaque normale et dans le remodelage myocardique en réponse à un stress hémodynamique
The existence of hormonal systems in the heart tissue especially that of natriuretic peptides, has conferred to the heart its property of endocrine gland in addition to its function of pump. The BNP is the second member of natriuretic peptides, mainly secreted by the ventricles in response to pressure overload or volume. This peptide is currently regarded as the hormonal marker of cardiac decompensation. In the cardiomyocyte, the BNP appears to be involved in modulating calcium homeostasis, regulating the contractile function of the heart. The purpose of our study is to assess on normal and hypertrophied cardiomyocites, the plasma concentration of BNP, the role of ventricular calcium channels in its secretion and the expression of this peptide and that of its receptors(NPR-A,-B and C). Similarly, we studied the autocrine effect of BNP on the rate of intracellular calcium, the density of the L-type calcium current(lcal) and the action potential(AP) in normal cardiomyocytes. By using different approaches, combining the techniques of ELISA, RT-PCR, immunohistochemistry, cytofluorimetry and patch-clamp, we were able to show that L-type calcium channels modulates the secretion of BNP, that there is an over-expression of the NPR-A and NPR-C in cardiac hypertrophy, and that the BNP modulates the release of intracellular calcium, alters the AP and reduces the density of lcal in normal cardiomyocytes. In conclusion, this study has identified a reciprocal relationship between the BNP and calcium homeostasis, which could be responsible for autocrine and paracrine effects of BNP on normal cardiac function and myocardial remodelling in response to hemodynamic stress

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une pathologie qui peut être associée à des troubles de la conduction cardiaque, des arythmies et une cardiomyopathie dilatée. La DM1 est due à l’expansion d’une séquence de triplets CTG dans une région non codante du gène DMPK, dont le mécanisme pathogène prédominant est un effet toxique d’ARN messagers mutés séquestrés dans le noyau cellulaire et responsables d’anomalies d’épissage de multiples transcrits. Des mutations de SCN5A, le gène codant la sous-unité α de canal sodique cardiaque, Nav1. 5, avec une perte de fonction du canal sont associées à des manifestations cliniques similaires à celles de la DM1. Notre objectif était de rechercher des arguments en faveur de l’implication d’une dysfonction de Nav1. 5 et d’anomalies d’épissage de SCN5A dans la physiopathologie de la DM1. Nous avons pu élargir le spectre des similitudes entre ces deux cadres pathologiques en identifiant une prévalence élevée du syndrome de Brugada, une entité très spécifique d’une dysfonction de Nav1. 5, chez des patients DM1. Nous avons identifié des anomalies de l’épissage cardiaque de SCN5A dans la DM1 chez l’homme et le modèle transgénique murin DMSXL, avec la surexpression d’isoformes foetales spécifiques de ces deux espèces, Nav1. 5e et Nav1. 5a respectivement. Nav1. 5e était connu comme étant associé à une perte de fonction. L’étude en patch clamp a révélé chez la souris DMSXL des anomalies de l’activation et de l’inactivation canalaire, sans diminution de la densité du courant, présentant des similitudes avec celles observées dans des modèles d’expression cellulaire de Nav1. 5a. Ces résultats sont en faveur d’un lien entre anomalies d’épissage et altérations de la fonction canalaire sodique. L’imputabilité de ces anomalies dans la survenue des complications rythmiques demande à être confirmé par des études complémentaires
Myotonic dystrophy type (DM1) is a genetic disorder which may be associated with cardiac conduction defects, arrhythmias and dilated cardiomyopathy. DM1 is related to the expansion of CTG-triplet repeats in the 3’UTR non-coding region of the DMPK gene. The sequestration of mutant DMPK mRNAs in the nucleus causes abnormal splicing of multiple pre-mRNAs. Cardiac manifestations of loss-of-function mutations in SCN5A, the gene encoding the α-subunit of Nav1. 5, the cardiac sodium channel, are very similar to those observed in DM1. Our objective was to determine whether Nav1. 5 dysfunction and SCN5A missplicing may be involved in the pathophysiology of DM1. We identified in DM1 patients a high prevalence of type 1 Brugada electrocardiographic pattern, which is very specific to Nav1. 5 dysfunction. We identified SCN5A missplicings in hearts from a DM1 patient and DMSXL transgenic mice reproducing the mutant RNAs toxic effect, with overexpression of fetal isoforms of Nav1. 5 specific to both species, Nav1. 5e and Nav1. 5a respectively. Sodium current dysfunction had been previously reported for Nav1. 5e. Patch clamp studies in DMSXL mice showed abnormal gating properties of the sodium channel which were consistent with those previously reported for Nav1. 5a. Our findings suggest a link between SCN5A missplicing and abnormal sodium current properties. The implication of these abnormalities in cardiac arrhythmias associated with DM1 has to be confirmed by additional studies

L'introduction du memoire est consacree a une revue methodique des mecanismes cellulaires impliques dans la liberation hormonale, rapportes dans la litterature, puis a la presentation detaillee des questions posees (couplage excitation-liberation) et des techniques utilisees (enrichissement des cellules, cultures primaires, identification par immunofluorescence et hrpa, perifusion electrophysiologie). Brievement, la liberation de base est stimulee par le grf dependent du calcium extracellulaire. De fait, il a ete trouve que les cellules somatotropes generent des potentiels d'action a composante sodique et calcique. La srif affecte les proprietes electriques des cellules tout d'abord (10 msec), en hyperpolarisant le potentiel de repos par augmentation d'une conductance potassique de type canal couple a un recepteur, puis dans un second temps (3-5 min. ), en augmentant les courants potassiques voltage-dependants (i#a et i#k) et en diminuant les courants calciques potentiel-dependants (i#t et i#l). Au contraire, la grf depolarise la cellule par la mise en jeu d'une augmentation d'une conductance calcique et celle d'un autre ion actuellement non caracterise. En conclusion, la srif et la grf modifient des conductances membranaires potassiques et calciques qui diminuent ou augmentent le taux du calcium intracellulaire (ca#i), modulant par la les processus d'exocytose

Le microscope à force atomique (AFM) est un outil puissant pour l'étude des systèmes biologiques. Dans cette thèse, je me suis intéressé à la corrélation de quatre types de microscopies : la microscopie à force atomique, la microscopie optique à fluorescence à haute résolution, la microscopie électronique, et la microscopie à sonde de Kelvin (KFM). La corrélation des trois premières microscopies a donné naissance à l'approche CLAFEM (Correlative Light Atomic Force Electron Microscopies). Cette technique m'a permis de détecter des organites intracellulaires, tels que l'appareil de Golgi et des mitochondries. Des comètes d'actine dues à l'infection d'une cellule par Shigella flexneri, et le site d'entrée de Yersinia pseudotuberculosis ont été imagés avec cette approche. Parallèlement à cette partie expérimentale, j'ai développé un logiciel, appelé pyAF, pour analyser des courbes de forces et pour corréler les différents types de microscopies. Dans une deuxième partie, j'ai effectué des mesures des propriétés électriques par KFM et exploré la possibilité d'utiliser celle-ci en milieu liquide. L'étude des propriétés électriques en KFM a été effectuée sur des virus de la mosaïque du tabac à l'air, en utilisant des leviers conventionnels. L'utilisation de sondes Kolibri (résonateurs à quartz oscillant à 1 MHz) à l'air et en liquide a été explorée
The atomic force microscope (AFM) is a powerful tool for the study of biological systems. In this work, I was interested in the correlation of four types of microscopies: the atomic force microscopy, the high resolution fluorescence microscopy, the electron microscopy and the kelvin force microscopy (KFM). The correlation of the three first types of microscopies gave birth to the CLAFEM approach (Correlative Light Atomic Force Electron Microscopies). This technique allowed me to detect intracellular organelles, like the Golgi apparatus and mitochondria. Actin tails due to the infection of cells by the Shigella flexneri bacterium, and the entry site of Yersinia pseudotuberculosis bacteria were imaged with this approach. In parallel to this experimental part, I developed a software, called pyAF, for the analysis of force curves and the correlation of the different types of microscopies. In a second part, I measured electrical properties by KFM and explored the possibility to use KFM in liquid. Electrical properties of tobacco mosaic viruses were studied in air, using conventional cantilevers. I also used a new type of probe, called Kolibri, which is a quartz resonator oscillating at 1 MHz, in air and in liquid

Le principal objectif de ce travail est d’étudier les cellules solaires organiques de type hétérojonction en volume à l’aide d’un modèle bidimensionnel spécifique incluant un état intermédiaire pour la dissociation des charges dans les matériaux organiques. Ce modèle est mis en place dans un logiciel de simulation par éléments finis. Après validation, il est comparé à deux approches existant dans la littérature. Le grand nombre de paramètres requis pour décrire le mécanisme complexe de génération de charges nécessite un algorithme robuste, basé sur l’exploitation de chaînes de Markov, pour extraire ces paramètres physiques à partir de données expérimentales. Le modèle ainsi que la procédure d’extraction de paramètres sont utilisés dans un premier temps pour étudier le mécanisme de dissociation associé à une cellule comportant une nouvelle molécule. Ensuite le comportement en température de cellules à base de P3HT : PCBM est simulé et comparé à des mesures expérimentales
The main objective of this work is to study bulk heterojunction organic solar cells with a specific two dimensional model that takes into account an intermediate state specific to organic materials. The model is solved numerically by a finite element software. After its validation, it is compared to two existing approaches in the literature. The large number of parameters needed to describe the complex charge generation mechanism requires a robust parameter extraction algorithm, based on the operation of Markov chains, in order to extract these physical parameters from experimental characterizations. The model and the parameter extraction method are then used to study the charge dissociation mechanism of a cell with a newly synthesized molecule. Finally, the temperature evolution of P3HT : PCBM solar cells are simulated and compared to experimental measurements

La protéine TRPM4 porte un courant cationique non-sélectif activé par le calcium intracellulaire (NSCCa). Au niveau cardiaque, il est présent sur l’oreillette (humain, rat et souris) et dans le noeud sinusal (souris), mais peu exprimé au niveau ventriculaire. Toutefois son expression ventriculaire est augmentée en cas d’hypertrophie cardiaque. Malgré une cartographie bien établie l’implication de TRPM4 dans l’activité électrique cardiaque était jusqu’à aujourd’hui inconnue. Ce travail de thèse a eu pour objectif d’évaluer l’implication du canal TRPM4 dans l’activité cardiaque, en utilisant des techniques d’électrophysiologie. Nous avons combiné une approche pharmacologique, utilisant les inhibiteurs du TRPM4 et une approche de transgénèse, en utilisant des souris invalidées pour le gène TRPM4. Nous avons observé que le canal TRPM4 est impliqué dans la durée du potentiel d’action de l’oreillette de souris, puisque son inhibition diminue la durée du PA, et que les souris invalidées pour le gène TRPM4 présentent un PA plus court que les souris sauvages. Le canal participe également à certaines formes d’arythmies ventriculaires. Nous avons développé un modèle d’arythmies d’hypoxie-réoxygénation sur du ventricule de souris, où l’application des inhibiteurs du TRPM4 conduit à la disparition de ces arythmies. Enfin nous avons établi un lien entre des mutations du gène TRPM4 et le syndrome de Brugada. En particulier, une mutation K914X aboutissant à un canal non fonctionnel, a été identifiée chez un malade atteint du syndrome de Brugada. L’ensemble de nos travaux identifiant, le TRPM4 comme une nouvelle cible pharmacologique dans la prévention des troubles du rythme cardiaque
The TRPM4 protein, is a member of the larger family "Transient Receptor Potentiel" channels, and supports a nonselective cationique current activated by intracellular calcium (NSCCa). TRPM4 presents a large tissular distribution. In the heart, it is present in the atrium (human, rat and mouse) and sinus node (mouse), but it is only slightly expressed in the ventricle. However its ventricular expression is increased in case of cardiac hypertrophy (SHR rat). While TRPM4 cardiac mapping is well established, its implication in the cardiac activity was still unknown. Our work had for objective to estimate the implication of the TRPM4 channel in the cardiac activity, by using electrophysiological technics (intracellular microelectrode and patch-clamp). We combined a pharmacological approach, using two inhibitors of the TRPM4 (the acid flufénamique and 9-phénanthrol) and an approach of transgenesis, by using mice invalidated for the TRPM4 gene. We observed that TRPM is implied in the mice atrial action potential duration (APD), because its inhibition decreases the APD, and TRPM4-/-transgenics mice present a shorter AP than TRPM4+/+ mice. TRPM4 channel also participates in ventricular arrhythmias. We developed a model of hypoxia-reoxygenation to produce arrhythmias. The application of TRPM4 inhibitors eliminates these arrhythmias. Finally we established a link between TRPM4 mutations and Brugada syndrome. In particular, the mutation K914X giving an unfunctional channel, was identified in a patient affected by Brugada Syndrome. Our study identifies, TRPM4 as a new promising pharmacological target in the prevention of cardiac electrical disturbance

Alors que 50 million de personnes souffrent de traumatismes crâniens chaque année dans le monde entier, le choc (stress mécanique externe), engendré à cette occasion sur le réseau neuronal, peut amener à l’apparition de lésions cérébrales traumatiques. A moyen et long termes, ce processus peut entraîner une neuro-inflammation et la manifestation de pathologies telles que la maladie de Parkinson ou d'Alzheimer. Ce travail de doctorat a pour objectif de développer un microsystème étirable pour l’étude électro-mécanique de réseaux de neurones in vitro. Un tel microsystème doit intégrer des électrodes isolantes, mécaniquement robustes sur le support étirable. La première partie de ce travail a consisté en l’étude de la métallisation directe sur PDMS par masquage physique. Ensuite, une couche mince de la résine photosensible ‘SU-8’ a été intercalée entre le PDMS et les métaux permettant ainsi de rigidifier les lignes métalliques et déplacer la contrainte mécanique vers le support de PDMS. Afin d’éviter toute fissure sous contrainte mécanique, l’architecture et l’orientation des électrodes a été étudiée et validée par un modèle physique. Dans un deuxième temps, un microsystème de PDMS/SU-8/Cr-Au/Parylène a ensuite été fabriqué par photolithographie via une technologie planaire et est compatible avec le dispositif commercialisé par MultiChannel System© qui permet de visualiser et d’enregistrer les influx nerveux d’un réseau neuronal mature. Pour la fabrication du microsystème étirable, un procédé de microfabrication complet a été développé pour 3 étapes de photolithographie sur PDMS. La fonctionnalité de ce microsystème a été validée par la visualisation de réponses électriques d’un réseau neuronal au bout de 12 jours in vitro (DIV). Ce microsystème présente des électrodes avec un ratio signal/bruit comparable aux MultiElectrode Array (MEA) commerciaux
50 million people suffer from head trauma each year worldwide. The shock (external mechanical stress) acting on neural networks insided the brain can lead to the appearance of traumatic brain injuries (TBI). In the short term and long term, this process can lead to neuroinflammation and the manifestation of pathologies such as Parkinson’s disease or Alzheimer’s disease. This thesis aims to develop a stretchable microsystem for the electromechanical study of neural networks in vitro. Such a microsystem must integrate insulated electrodes which are mechanically robust on the stretchable support. The first part of this work consisted in studying the direct metallization on PDMS using physical masking. Next, a patterned photoresist (SU-8) thin film was then used between the PDMS and the metals. The stiff SU-8 shields the metallization from strain—which now occurs in the adjacent PDMS. In order to avoid cracks under mechanical stress, the architecture and orientation of the electrodes has been studied and validated by a physical model. The second part was the fabrication of a PDMS/SU-8/Cr-Au/Parylene stretchable microsystem by photolithography using a planar process developed during the thesis work. The microsystems is compatible with MultiChannel System© commercial device which allows the visualization and recording the nerve impulses of a mature neural network. A microfabrication process has been developed with 3 photolithography steps on a PDMS substrate. The functionality of the microsystem has been validated by the visualization of electrical responses of neural network at 12 days in vitro (DIV). In addition, this microsystem demonstrates a signal/noise ratio comparable to commercial MultiElectrode Array (MEA)

L’objectif de cette thèse est d’étudier le dépôt de couches minces d’oxydes et de sulfures par la méthode du dépôt chimique en phase vapeur à flux alternés (ALCVD). Ces matériaux sont ensuite utilisés dans la réalisation de cellules solaires en couches minces à base de diséléniure de cuivre, de gallium et d’indium (CIGS). Dans un premier temps, le dépôt de couches minces de sulfure d’indium, de sulfure de zinc et de couches mixtes a été réalisé à 200 °C. L’étude des mécanismes de croissance de ces matériaux à l’aide d’une microbalance à cristal de quartz a révélé des mécanismes de désorption importants pendant les purges et des réactions d’échange entre le diethylzinc et le sulfure d’indium. Les propriétés des couches mixtes varient entre celles du sulfure d’indium et celles du sulfure de zinc. La meilleure cellule solaire réalisée avec une couche tampon en ZnInxSy atteint un rendement de 11,2 % (couche tampon de référence : 12,3 %). D’autres matériaux à base d’oxysulfure de zinc (Zn(O,S)) (Zn(O,S):In, Zn(O,S):Al) ont été étudiés et utilisés comme couches tampons donnant des performances inférieures. Dans un second temps, l’étude de la croissance de couches d’oxyde de zinc (ZnO) et d’oxyde de zinc dopées à l’aluminium (ZnO:Al) à 160 °C a permis de mettre en avant l’influence des temps de purge au cours de la croissance sur les propriétés électriques des couches. Finalement, des couches minces de disulfure de cuivre et d’indium (CuInS2) ont été déposées suivant un procédé en deux étapes faisant intervenir des processus de diffusion. Une couche de moins de 300 nm d’épaisseur utilisée comme absorbeur de cellule solaire a permis d’obtenir un rendement de 2,8 %
The aim of this thesis is to study the deposition of oxide and sulfide thin films using the atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method. These materials are used to make copper indium gallium diselenide (CIGS) based thin film solar cells. First, indium sulfide, zinc sulfide and zinc indium sulfide thin films were deposited at 200 °C. The growth mechanisms of these materials were studied using the quartz crystal microbalance technique showing important desorption mechanisms taking place during purges and exchange reactions between diethylzinc and indium sulfide. Thin film characterizations and their use as buffer layers in solar cells showed that the material properties vary from the properties of indium sulfide to the one of zinc sulfide. The best solar cell reaches an efficiency of 11,2 % (reference buffer layer 12,3 %) and an open circuit voltage 15 mV higher than the one of the reference cell. Other materials based on zinc oxysulfide (Zn(O,S)) (Zn(O,S):In, Zn(O,S):Al) were studied as buffer layers but the performance reached were below those obtained with zinc indium sulfide buffer layers. Secondly, growth studies of zinc oxide (ZnO) and aluminum doped zinc oxide (ZnO:Al) thin films at 160 °C showed the influence of purge durations on the electrical properties of the layers. The comparison between ZnO:Al layers deposited by ALCVD and sputtered layers demonstrated that, when used as a window layer in solar cells, this material can reach equivalent or better performance. Finally, copper indium disulfide (CuInS2) thin films were obtained using a two stage process involving diffusion processes. A layer thinner than 300 nm was used as a solar cell absorber allowing an efficiency of 2,8 %

Les premiers essais cliniques de thérapie cellulaire cardiaque, ont suggéré la faisabilité et l'efficacité de l'injection intramyocardique de myoblastes, mais également la survenue d'arythmies au décours de l'injection. Dans un modèle de rongeur, nous avons montré que l'injection intramyocardique de myoblastes autologues facilitait le déclenchement de tachycardies ventriculaires alors que l’injection de véhicule ou de cellules dérivées de la moelle ne modifiait pas la stabilité électrique du myocarde. Les myoblastes transplantés avaient une activité contractile indépendante de celle des cardiomyocytes hôtes. Cependant, la surexpression de connexine43 (protéine principale des jonctions communicantes des cardiomyocytes) dans les myoblastes permet aux 2 types cellulaires se contracter de façon synchrone. Ce travail suggère l’importance du couplage électromécanique intercellulaire dans l’innocuité et l’efficacité de la thérapie cellulaire cardiaque
Small scale clinical trials suggested the feasibility and the efficacy of myoblast transplantation. However, these trials were hampered by unexpected episodes of arrhythmia. Using a rat model we showed that myoblast transplantation can facilitate ventricular tachycardia occurrence whereas vehicle or bone marrow cells injection did not alter cardiac electrical stability. We also showed that transplanted myoblasts contract without synchrony with host cardiomyocytes. However, following connexin43 overexpression (the main gap junction protein in cardiomyocytes) in myoblasts, both cell types can contract in synchrony. This work suggests the importance of electromechanical cell coupling for the safety and the efficacy in cardiac cell therapy

Ce travail de thèse, qui est inscrit dans le cadre d’un projet national de recherche appliqué à vocation industrielle intitulé ´PHARE´, a pour but de mieux appréhender les propriétés optiques, structurales et de passivation des couches de nitrure de silicium SiN:H élaborées par un réacteur prototype ´PECVD´ de la société ´Roth & Rau´ en fonction de ses différents paramètres technologiques afin de les optimiser en vue de leur utilisation pour des cellules photovoltaïques. Nous avons pu élaborer une large gamme d’indice de réfraction (1,9
This work of thesis, registered within the framework of a national project of research applied to industry labellized `PHARE'. The work has been proposed for the purpose of better apprehending the optical, structural and passivating properties hydrogenated silicon nitride films (SiN:H) elaborated by a prototype reactor PECVD, Roth & Rau, with respect to various technological parameters and to optimize them for the use of silicon-based solar cells. A broad range of refractive index (1. 9

De nombreuses mutations du gène Scn5A, codant le canal cardiaque sodique Nav1. 5, ont été trouvées chez des patients souffrant de différentes pathologies cardiaques responsables de morts subites telles que la maladie de Lenègre ou le syndrome de Brugada. Nav1. 5 joue un rôle majeur dans l’initiation et la propagation du potentiel d’action cardiaque. Afin de mieux comprendre l'implication de Nav1. 5 dans ces pathologies, j'ai travaillé sur un modèle de souris invalidée de façon hétérozygote pour le gène Scn5a, Scn5a+/-. Ces souris ont la particularité de développer au sein d'une même portée des troubles de la conduction plus ou moins prononcés. Les souris Scn5a+/- ayant des troubles de la conduction sévères développent, comme dans la maladie de Lenègre, de la fibrose en vieillissant. Pour expliquer cette différence de phénotype, j'ai étudié la biosynthèse du canal Nav1. 5. Par des expériences de marquage métabolique j’ai estimé à 3h50 la demi-vie du canal Nav1. 5 néo-synthétisé et j’ai montré que la présence de la sous-unité β1 régulatrice du canal ne modifiait pas cette cinétique. Par des approches biochimiques, j’ai aussi montré que le canal Nav1. 5 dans les membranes plasmiques est très stable et est peu endocyté. J'ai également étudié le profil d’expression des miRNAs cardiaques des souris Scn5a+/-. Parmi les 117 miRNAs mis en évidence, j'ai détecté la surexpression de miR-574-3p dans les cœurs de souris adultes Scn5a+/- développant des troubles sévères de la conduction et la sous expression de miR-23a dans les cœurs de jeunes souris Scn5a+/-. L'ensemble de ces résultats ouvre des nouvelles perspectives pour appréhender les mécanismes impliqués dans la maladie de Lenègre
Many mutations in Scn5A gene encoding Nav1. 5 cardiac sodium channel, were identified in patients suffering from cardiac channelopathies such as Lenegre disease or the Brugada syndrome, responsible for sudden death. Nav1. 5 plays a key role in the generation of the cardiac action potential and in its propagation. To understand the role of Nav1. 5 in these syndromes, we are using a mouse model invalidated for Scn5a at the heterozygous state (Scn5a+/-). Interestingly, littermates Scn5a+/- mice develop either severe or mild conduction defects. In addition, mice with severe conduction defects develop fibrosis with aging, as do patients with Lenègre disease. To explain these different phenotypes I analyzed Nav1. 5 biosynthesis. Using metabolic labeling in pulse chase experiments I determined a half-life of 3h50 for neo-synthesized Nav1. 5 and showed that the presence of β1 auxiliary subunit did not influence Nav1. 5 synthesis and stability. On the other hand, using biochemical analysis and membrane biotinilation experiments I showed that, once expressed in the plasma membranes, Nav1. 5 was very stable and exhibited little endocytosis. I also analyzed the cardiac miRNA expression profiles of Scn5a+/- mice. Among the 117 miRNAs identified, I showed that miR-574-3p was over-expressed in adult Scn5a+/- mice with severe conduction defects whereas miR-23a was under-expressed in young Scn5a +/- mice. Altogether, these data open new avenues of research to understand the mechanisms of Lenègre disease

Dans l'industrie agroalimentaire on fait appel à des traitements physiques, chimiques ou biologiques pour modifier les propriétés de la matière première dans le cadre de différentes chaînes de transformation. Dans ce travail nous avons étudié un procédé original d'amélioration du pressage des végétaux par lartechnique du champ électrique pulsé (CEP). Un premier objectif de cette thèse était d'optimiser les paramètres du traitement électrique et du pressage (intensité du CEP, durée de traitement, moment d'application du CEP, pression, taille de particules, propriétés du produit traité). Cette optimisation a été réalisée pour deux régimes de pressage: à pression constante et à vitesse constante. La faisabilité du pressage combiné au CEP a été vérifiée à l'échelle semi industrielle. Elle montre que le CEP permet d'améliorer le rendement en jus et la qualité des produits extraits avec une consommation énergétique réduite. Un second objectif était d'étudier l'influence d'un traitement thermique modéré, combiné au CEP sur les propriétés mécaniques et électro-physiques du tissu végétal et sur son comportement au pressage. Des tests conductimétriques et rhéologiques ont prouvé qu'un traitement thermique modéré ramollit la structure tissulaire sans endommager la qualité des produits extraits. Le traitement thermique, suivi par un CEP à froid permet d'augmenter considérablement la cinétique de pressage. L'application du CEP à une température modérée (5055°C) diminue le seuil d'électroperméabilisation et permet l'utilisation de champs d'intensité réduite « 100 V/cm). Un chauffage ohmique à de basses intensités pourrait servir de traitement électrique alternatif, en effet, il perméabilise électriquement les membranes et ramollit thermiquement les parois cellulaires
Different physical, chemical or biological treatments are used in food industry to modify the properties of the raw material within the framework of various chains of transformation. In this work we have studied an original process in order to improve the pressing of plants by pulsed electric field (PEF). The first objective of this thesis was to optimize the parameters of electric treatment and pressing (intensity of the PEF, treatment duration, moment of PEF application, pressure, size of particles, properties of treated product). This optimization was carried out for two ways of pressing: at constant pressure and at constant speed. The feasibility of pressing combined with PEF was checked at semi-industrial scale. It shows that the PEF improves the juice yield and the quality of the products extracted while reducing the power consumption. The second objective was to study the influence of a moderate thermal treatment combined to PEF on the mechanical and electro-physical properties of vegetable tissue and on its pressing behavior. Conductimetric and rheological tests proved that a moderate thermal treatment softens the tissue structure without damaging the quality of extracted products. The thermal treatment, followed by a non-thermal PEF treatment drastically increases the kinetics of pressing. The application of PEF at moderate temperature (50-55°C) reduces the threshold of the electropermeabilization and allows the use of fields with reduced intensity (< 100 V/cm). An ohmic heating at low intensities could be used as an alternative electric treatment; indeed, it permeabilizes electrically the membranes and softens thermally the cellular walls

Ce travail a pour but de comprendre l'effet de la compensation du dopage sur les performances des cellules photovoltaïques à base de silicium de qualité solaire purifié par voie métallurgique. Après avoir développé la physique des matériaux compensés, l'influence de la compensation a été étudiée à l'échelle de la plaquette. Nous avons mis en évidence une forte réduction non prédite de la mobilité des porteurs. Au contraire, la compensation du dopage s'est avérée bénéfique à la durée de vie volumique. Nous avons précisé les propriétés recombinantes des dopants. L'étude a été transposée à l'échelle de la cellule. Des rendements de 16% ont été obtenus sur des cellules fortement dopées et compensées. La présence de nombreuses associations entre impuretés dopantes et défauts nous a conduits à l'élaboration d'un algorithme permettant de simuler la cinétique de ce type d'association. Enfin, deux techniques innovantes de mesure des teneurs en dopants et en oxygène interstitiel ont été présentées.

Outre les applications photoniques et nanoélectroniques, les structures formées de nanoparticules de silicium insérées dans une matrice diélectrique pourraient jouer un rôle important dans le développement de concepts innovants de cellules photovoltaïques dits de 3ème génération, permettant d’atteindre des rendements de conversion largement supérieurs à celui des cellules actuelles (31 %). Néanmoins, les propriétés optoélectroniques de ces nanostructures doivent être maîtrisées de manière à obtenir un matériau de bonne qualité pour les applications photovoltaïques. Le présent travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des propriétés optiques, électriques et structurales de nanoparticules de silicium (Np-Si) immergées dans une matrice d’oxyde ou de nitrure de silicium sous forme de couches minces obtenues par différentes techniques de dépôt. Dans un premier temps, les conditions de formation de ces nanostructures dans des couches de nitrure enrichies en silicium déposées par PECVD sont étudiées afin de trouver les conditions de dépôt optimales permettant d’avoir une forte densité de nanoparticules ainsi qu’une taille contrôlée. L’étude de l’influence d’un traitement thermique sur les caractéristiques des Np-Si sera présentée. Afin de contrôler la taille de Np-Si, des structures en multicouches élaborées en utilisant différents procédures de dépôt sont analysées. Les résultats de photoluminescence obtenus sur les multicouches SiO2/SiOx/SiO2 déposées par pulvérisation magnétron permettent de valider les performances de telles structures. Des structures similaires préparées par PECVD en alternant une couche de nitrure stoechiométrique et une couche de nitrure riche en silicium sont aussi étudiées. L’accent est mis particulièrement sur l’analyse des propriétés d’absorption et de transport de charges dans ces nanostructures afin de tester leur efficacité "photovoltaïque" et évaluer la possibilité de réaliser des cellules multijonctions à base de ces nanomatériaux. La dépendance du coefficient d’absorption et du courant photogénéré en fonction de la taille et la densité des Np-Si est ainsi présentée. Une partie de ce travail est dédiée à l’étude de l’effet de dopage sur les propriétés optiques des couches nanocomposites
Silicon nanoparticles (Si-Np) embedded in dielectric matrix have received attention as promising materials for optoelectronic applications. More specifically, bandgap engineering of new materials based on Si-Np has been proposed for possible application in an "all-silicon" tandem solar cell within the field of "third generation" photovoltaics. Such an application would require nanoparticles to exhibit quantum confinement whereby the optical and electrical properties of a film could be tuned by controlling the size of these nanostructures. This thesis investigates the structural, optical and electrical properties of Si-Np grown in-situ or via solid phase crystallisation in different host matrices. A study of the relevant plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) parameters for the formation of Si-Np in amorphous silicon nitride was carried out and the optimization of each deposition parameters, for obtaining best material quality, is presented. Structural techniques, including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, transmission electron microscopy and X-ray reflectivity were employed to gather structural information about the Si-Np-SiNx structures. A case study on the effect of annealing temperature on the size and density of Si-Np is demonstrated. Size dependent photoluminescence and absorption is presented for SiO2/SiOx/SiO2 multilayer structures embedded with Si-Np. A similar multilayers based on silicon nitride material, grown by PECVD, are also investigated. Photogenerated current of these structures, extracted from the photocurrent measurements is investigated in the present work in order to expand the understanding of engineering electrical injection in laterally active paths. In addition, the effect of boron doping of gas-phase silicon nanoparticles on the light emission and structural properties is studied. These observations may be important for future photovoltaic applications

La neurotensine (NT) est un neuropeptide localisé dans le complexe hypothalamo-hypophysaire. La NT stimule les activités électrique et sécrétrice des cellules mélanotropes de grenouille en activant des récepteurs couplés aux protéines Gq/11 et présentant des caractéristiques pharmacologiques intermédiaires entre celles des récepteurs NTR1 et NTR2 de mammifères. L'activation de ces récepteurs stimule la formation d'inositol trisphosphate induisant une mobilisation du Ca2+ des compartiments intracellulaires. L'élévation de la concentration du Ca2+ cytosolique provoque la sécrétion de l'hormone mélanotrope a, l'émission d'un courant chlore responsable d'une dépolarisation membranaire à l'origine de la genèse de potentiels d'action, l'activation de la PKC qui réduit l'amplitude des courants calciques de types L et N ainsi que la genèse d'un courant potassique activé par le Ca2+ impliqué dans les post-potentiels hyperpolarisants nécessaires au maintien de l'excitabilité des cellules
Neurotensin (NT) is a tridecapeptide present in the hypothalamic-pituitary complex. NT stimulates both the electrical and secretory activities of frog melanotrophs via activationt of Gq/11 protein-coupled receptors whose pharmacological profile exhibits similarities with those of mammalian NTR1 and NTR2. Activation of receptors stimulates inositol trisphosphate production that induces a Ca2+ mobilization from intracellular stores. Increase in cytosolic Ca2+ concentration provokes release of a-melanocyte stimulating hormone, chloride efflux through Ca2+-sensitive Cl- channels inducing membrane depolarization and consecutive action potential discharge, activation of PKC that reduces the L- and N-type Ca2+ currents and genesis of calcium-sensitive potassium current involved in hyperpolarizing post-potentials necessary to maintain the cell excitability

Dans cette thèse, deux dispositifs de culture in vitro de cellules ont été développés selon des technologies de microfabrication, qui offrent de nouveaux niveaux de contrôle sur le microenvironnement de la culture cellulaire. Les applications des dispositifs développés dans la recherche sur le cancer et la neurobiologie ont été démontrées, notamment pour l'étude fondamentale de métastases du cancer et le pathfinding axonal de neurones. La puce microfluidique dédiée à la transmigration comprend des microcanaux utilisées pour mimer les capillaires des tissus le long de la trajectoire des cellules cancéreuses lors de la métastase. La transparence optique du dispositif a permis une bonne observation de la déformation et de la migration des cellules dans les capillaires artificiels. Les résultats ont montré que la déformation du noyau de la cellule rigide était une des étapes les fastidieuses du processus de transmigration. Les restrictions physiques modifient la morphologie des cellules, mais elles affectent aussi de manière significative leur profil de migration. D'autres études sur le contenu moléculaire et les propriétés biologiques des cellules transmigrées ont montré que le blocage des modifications des histones par un médicament spécifique peut inhiber la transmigration des cellules cancéreuses dans le microcanal, ce qui pourrait avoir des implications sur la prévention et le traitement du cancer. La puce microfluidique peut également être utilisée pour évaluer la déformabilité de la cellule, qui est un marqueur pronostique potentiel pour le diagnostic du cancer. La puce de la culture de neurones permet la culture de cellules dans un microenvironnement au sein duquel de protéines sont imprimées selon des motifs géométriques précis. Les somas et axones des neurones mis en culture dans le dispositif peuvent être polarisés dans différents environnements fluidiquement isolés sur une longue période. L'extension des axones peut être guidée par des protéines immobilisées sur le substrat de verre. La croissance axonale orientée peut en outre être modulée par un traitement médicamenteux localisé. Les études sur le mécanisme moléculaire sous-jacent ont révélé que ces processus ont été étroitement associés à des protéines synthétisées localement dans les extrémités d'axones en croissance
In this PhD project, two in vitro cell culture devices were developed via microfabrication technologies, which provided entirely new levels of controls over the cell culture microenvironment. The applications of the developed devices in cancer and neurobiology researches were demonstrated, specifically for the fundamental study of cancer metastasis and neural axonal pathfinding. The microfluidic transmigration chip used microchannel structures to mimic the tissue capillaries along the path of cancer cell metastasis. The transparent optical qualities of the device allowed good observation of the deformation and migration of cells in the artificial capillaries. Results showed that deformation of the stiff cell nucleus were the most time-consuming steps during the transmigration process. The physical restrictions not only changed the morphology of the cells, but also significantly affect their migration profile. Further studies on the molecular contents and biological properties of the transmigrated cells showed that blocking the histone modifications by specific drug can inhibit the transmigration of cancer cells in the microchannel, which might have implications on cancer prevention and treatment. The microfluidic chip can also be used to evaluate cell deformability, which is a potential prognostic marker for cancer diagnosis. The neural culture chip integrated microfluidic cell culture and protein patterning techniques. The somas and axons of neurons cultured in the device can be polarized into different fluidically isolated environments for long period, and the extension of the axons can be guided by proteins immobilized on the glass substrate into specific patterns. The oriented axon growth can be further modulated by localized drug treatment. Studies on the underlying molecular mechanism revealed that these processes were closely associated with the proteins synthesized locally in the tips of growing axons

Depuis la vulgarisation de certains concepts comme la globalisation ou la mondialisation, le secteur agroalimentaire a connu une expansion fulgurante et un engouement incessant pour la commercialisation d’aliments entre les peuples à travers le monde. Ce phénomène, contribuant significativement à l’accroissement économique des marchés, n’est toutefois pas sans risque. Pendant ce temps, les dangers de sources microbiologiques, notamment les pathogènes, sont véhiculés par des matrices alimentaires et voyagent d’un pays à l’autre, ce qui augmente le risque de contamination pour les consommateurs. Conséquemment, on assiste à une augmentation des cas d’allergies alimentaires, d’intoxications ou de toxi-infections alimentaires dont les agents étiologiques peuvent venir des quatre coins du monde. À cet effet, les organismes réglementaires comme l’Agence canadienne d’inspection des aliments (ACIA), Santé Canada, la Food and Drug Administration (USFDA) américaine ou d’autres autorités internationales compétentes comme l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture(FAO) et l’Organisation mondiale de la santé (OMS) multiplient leurs efforts afin de mettre en place des normes et politiques réglementaires pour aider l’industrie agroalimentaire à renforcer les contrôles depuis la fabrication jusqu’à la commercialisation des aliments. Les dangers microbiologiques venant de pathogènes comme Bacillus cereus demeurent un risque de santé publique majeur qu’il faut maîtriser afin d’assurer la protection des consommateurs. Bien que de nombreuses techniques de contrôle (e.g., additifs alimentaires, haute pression hydrostatique, rayonnements ionisants, procédés thermiques, etc.) ont été développées et utilisées pour assurer la salubrité et l’innocuité des aliments, dans certains cas cela n’a pas permis de produire des aliments totalement exempts de bactéries responsables de la dégradation/altération des aliments et de pathogènes causant des intoxications alimentaires comme c’est le cas avec B. cereus. En effet, cette bactérie pathogène est ubiquitaire, aérobie et anaérobie facultative. Elle est capable de produire dans une grande variété d’aliments et d’ingrédients comme les épices des spores très résistante sain si que différents types de toxines pouvant causer la diarrhée, la nausée, le vomissement et même la mort. Dans cette optique, et vue la grande difficulté à maitriser la contamination des aliments causée par ce pathogène, l’objectif général de cette recherche a été d’utiliser la technologie d’électro-activation, une branche appliquée de l’électrochimie qui s’intéresse notamment à la réactivité des solutions aqueuses, comme méthode alternative et potentiellement efficace pour lutter contre B. cereus afin de produire des aliments plus sécuritaires avec une grande valeur nutritionnelle et organoleptique. Pour y parvenir, des solutions aqueuses de sels d’acides organiques de lactate de calcium, d’ascorbate de calcium et de leur mélange équimolaire ont été électro-activées dans un réacteur soumis à un courant électrique continu avec des intensités de l’ordre de 250, 500 et 750 mA pendant un maximum de temps de 30 minutes afin de produire les acides organiques conjugués respectifs; de l’acide lactique et de l’acide ascorbique. Dans la première partie de ce travail de recherche, les caractéristiques physicochimiques (e.g., pH, acidité titrable, pKa) des solutions électro-activées (SÉA) ont été étudiées et leurs profils moléculaires comparés à ceux d’acides standards respectifs en utilisant différentes techniques (e.g., FTIR, HPLC, DSC, DPPH), ce qui a permis de confirmer la production d’acides organiques conjugués respectifs des sels utilisés. Ces SÉA avaient un pH très bas, une acidité titrable élevée, notamment pour l’ascorbate de calcium et le mélange. En plus, une activité antioxydante élevée a été observée pour la solution électro-activée d’ascorbate de calcium et du mélange. Dans la deuxième partie de l’étude, les SÉA traitées à 250, 500 et 750 m Apendant 10, 20 et 30 min ont été retenues pour être mises en contact avec des cellules végétatives de Bacillus cereus ATCC 14579 en conditions modèles (contact direct) afin d’évaluer leurs effets antimicrobiens sur ce pathogène. Les cellules ont été testées encontact direct avec les SÉA pendant 5, 30 et 60 secondes. Le même traitement a été également réalisé par contact direct avec des acides organiques standards (lactique,ascorbique) pendant 5, 30, 60, et 120 secondes afin de faire des comparaisons. Les SÉA et les acides organiques standards correspondants avaient les mêmes valeurs d’acidité titrable. Par la suite, les cellules ont été observées au microscope (coloration au bleu de méthylène et fluorescence) afin d’évaluer les effets inhibiteurs/destructeurs de ces solutions. Également, les SÉA ont été diluées avec de l’eau distillée pour obtenir des solutions possédant 10 à 90% de l’acidité titrable (force) initiale pour être ensuite testées contre les cellules de B. cereus. Les résultats ont démontré que toutes les SÉA avaient une grande efficacité contre les cellules végétatives de B. cereus. Également, même à des taux de dilution représentant en moyenne 20% de la force initiale des SÉA, l’effet antimicrobien vétait très élevé pour les différentes solutions. L’observation de B. cereus au microscope a permis de confirmer les effets létaux des SÉA. Dans ce volet avec des cellules végétatives de B. cereus, l’efficacité des SÉA a été estimée à une réduction de 4–7 log UFC/mL. En plus, il a été démontré que le pouvoir antibactérien des SÉA était nettement plus élevé que celui des acides lactiques et ascorbiques standards (conventionnels). Dans la troisième partie de cette étude, des solutions électro-activées de lactate de calcium, d’ascorbate de calcium et de leur mélange équimolaire à 750 mA pendant 30 minutes ont été retenues et utilisées contre des spores de Bacillus cereus ATCC 14579 en conditions modèles et dans du saumon Atlantique frais. Les spores traitées ont été analysées à l’aide de microscopes électroniques à balayage et à transmission pour évaluer les effets sporicides des SÉA. Les résultats obtenus ont clairement montré un grand pouvoir sporicide des SÉA utilisées sur les spores de B. cereus avec une réduction de 7 à 9 log en utilisant une population initiale de spores de 109 UFC/mL, dépendamment des conditions évaluées; à savoir : en contact direct (2–30 min), dans du saumon utilisé comme matrice alimentaire(2–7 min), ainsi qu’en combinaison avec de la chaleur modérée de 60, 70, 80 et 90 °C pendant 0.5–2 min. Également, il a été observé que la capacité sporicide des SÉA augmentait avec la température et le temps de contact. La microscopie électronique à balayage et à transmission a permis de constater que les SÉA pouvaient provoquer la destruction totale des cellules de B. cereus, et notamment la perforation de la membrane(cortex et manteau), ainsi que le reflux de différentes composantes de la structure des spores de B. cereus. Tenant compte des résultats obtenus dans cette étude, nous pouvons conclure que les solutions électro-activées à base de lactate de calcium, ascorbate decalcium et leur mélange, notamment celles électro-activées à 750 mA–30 min, pourraient être d’une grande contribution afin de renforcer la capacité de l’industrie alimentaire à lutter contre B. cereus ATCC 14579 et de produire des aliments plus sécuritaires pour le consommateur.
Since the popularization of concepts like globalization, the agri-food sector has experienced a huge expansion and a ceaseless craze for the marketing of food between the peoples worldwide. This phenomenon, contributing significantly to the economic growth ofthe markets, is not without risk, however. Meanwhile, microbiological hazards, including pathogens, are carried through food matrices and travel from one country to another,increasing the risk of contamination for consumers. Consequently, we are also witnessing an increase in cases of food allergies, foodborne illnesses and outbreaks, with etiological agents coming from all over the world. Thus, regulatory organisms such as Canadian Food Inspection Agency (CFIA), Health Canada, United States Food and Drug Administration(USFDA) or competent international authorities like Food and Agriculture Organization ofthe United Nations (FAO) and World Health Organization (WHO) are stepping up efforts to put in place regulatory standards and policies in order to help the food industry to strengthen controls from the processing to the marketing of foods. Microbiological hazards from pathogens like Bacillus cereus remain a major public health risk that must be controlled in order to ensure consumers protection. Although many techniques of control(e.g., food additives, high hydrostatic pressure, ionizing radiation, thermal processes, etc.) have been developed and used to ensure the safety and security of foods, in some instance this has not allowed to produce food products that are completely free of bacteria responsible for degradation/spoilage of food and pathogens causing food poisoning as is the case with B. cereus. Indeed, this pathogenic bacterium is ubiquitous, aerobic and facultative anaerobic. It is able to produce, in a wide variety of foods and ingredients such as spices,highly resistant spores as well as different types of toxins that can cause diarrhea, nausea,vomiting, and even death. In this context, and given the great difficulty in controlling the contamination of food caused by this pathogen, the general objective of this research was touse the electro-activation technology, an applied branch of electrochemistry which is particularly interested in the reactivity of aqueous solutions, as an alternative and potentially effective method to fight against B. cereus in order to produce safer foods with high nutritional and organoleptic values. To achieve this, aqueous solutions of organic acid salts of calcium lactate, calcium ascorbate and their equimolar mixture were electroactivated in a reactor subjected to a direct electric current with intensities of 250, 500 and 750 mA for a maximum time of 30 minutes in a bid to produce the respective conjugated organic acids, lactic acid and ascorbic acid. In the first part of this research work, the physicochemical characteristics (e.g.,pH, titratable acidity, pKa) of the electro-activated solutions (EAS) were studied and their molecular profiles compared to those of respective standard acids using different techniques (e.g., FTIR, HPLC, DSC, DPPH), which helped to confirm the production of conjugated organic acids from the respective salts used. These EAS had a very low pH, ahigh titratable acidity, particularly for the calcium ascorbate and the mixture. In addition, a high antioxidant activity was observed for the electro-activated calcium ascorbate solution and the mixture In the second part of the study, the EAS treated at 250, 500 and 750 mA for 10,20 and 30 min were selected to be brought into contact with vegetative cells of Bacilluscereus ATCC 14579 under model conditions (direct contact) in order to evaluate their antimicrobial effects on this pathogen. The cells were tested in direct contact with the EASfor 5, 30 and 60 seconds. The same treatment was also carried out by direct contact with standard organic acids (lactic, ascorbic) for 5, 30, 60, and 120 seconds in order to make comparisons. The EAS and the corresponding standard organic acids had the same titratable acidity values. There after, the cells were observed under microscope (Methyleneblue and fluorescence) to evaluate the inhibitory / destructive effects of these solutions.Also, the EAS were diluted with distilled water to obtain solutions with 10 to 90% of the initial titratable acidity (strength) to be tested against B. cereus cells. The results demonstrated that all the EAS made were highly effective against the vegetative cells of B.cereus. Also, even at dilution rates averaging 20% of the EAS initial strength, the antimicrobial effect was very high for the different solutions. In addition, the microscopic observation of B. cereus has confirmed the lethal effects of EAS. In this part with the vegetative B. cereus cells, the efficacy of the EAS was estimated to a reduction of 4–7 logCFU/mL. In addition, the antibacterial power of the EAS has been shown to be significantly higher than that of the standard (conventional) lactic and ascorbic acids.In the third part of the study, electro-activated solutions of calcium lactate,calcium ascorbate and their equimolar mixture at 750 mA for 30 min were selected and used against the spores of Bacillus cereus ATCC 14579 under model conditions and in fresh Atlantic salmon. The treated spores were analyzed using scanning and transmission electron microscopes to evaluate the sporicidal effects of EAS. The results obtained clearly showed a great sporicidal power of the EAS used on B. cereus spores with a reduction of 7to 9 log using an initial spore population of 109 CFU/mL, depending on the conditions assessed; namely: in direct contact (2–30 min), in salmon used as a food matrix (2–7 min),as well as in combination with moderate heat of 60, 70, 80 and 90 ℃ for 0.5–2 min. Also, it was observed that the sporicidal capacity of the EAS increased with temperature and contact time. Scanning and transmission electron microscopy showed that the EAS could cause the total destruction of B. cereus cells, including perforation of the membranes(cortex and coat), as well as the reflux of different components of the structure of B. cereus spores. Taking into account the results obtained in this study, we can conclude that the electro-activated solutions made with calcium lactate, calcium ascorbate and their mixture,especially those electro-activated at 750 mA–30 min, could be of a great contribution to reinforce the capacity of the food industry to control B. cereus ATCC 14579 and produces afer foods for the consumer.

Les études sur les souris transgéniques SOD1 utilisées comme modèle de sclérose latérale amyotrophique (SLA) montrent que les signes cliniques apparaissent quand la majorité des motoneurones (MNs) est déjà déconnectée de la périphérie et la force contractile de certains muscles diminuée de 80%. L'identification des mécanismes pathologiques précoces est une étape importante pour améliorer notre compréhension de la maladie et expliquer l'atteinte préférentielle des MNs observée pendant la SLA. Notre objectif était de rechercher la présence d'anomalies précoces dès la naissance dans un modèle souris de SLA. L'analyse comportementale suggère que dès la période postnatale, la mutation SOD1-G85R perturbe la maturation du système sensori-moteur des souris transgéniques et ralentit l'expression de réflexes moteurs comme le montrent les retards observés lors des tests de placement et d'agrippement des membres postérieurs et lors du test de retournement. Ces retards pourraient principalement résulter d'un dysfonctionnement des réseaux lombaires de la moelle épinière pendant la 1ère semaine postnatale. Pendant cette période, sur les préparations in vitro de moelle épinière / tronc cérébral, les réseaux lombaires SOD1 sont difficilement activables lors d'applications pharmacologiques. Les enregistrements électrophysiologiques réalisés pendant cette période appuient principalement la possibilité que la composante glutamatergique possède un rôle clé dans cette difficulté. Nos données suggèrent la possibilité d'un déséquilibre entre les récepteurs AMPA et NMDA dans les MNs SOD1 avec un défaut lors de l'activation des récepteurs NMDA. En 2ème semaine postnatale, les MNs lombaires SOD1 sont hypoexcitables et présentent une résistance d'entrée ainsi qu'un gain plus faibles. Nous montrons que l'augmentation anormale de la surface dendritique de ces MNs suffit à expliquer cette diminution de la résistance d'entrée alors que la baisse du gain indique plutôt des modifications de conductances ioniques qui restent à caractériser. Enfin l'analyse morphologique montre que les dendrites des motoneurones SOD1 sont anormalement développées et complexes. Il est important de souligner dans le cadre de la maladie que les segments de la moelle sacrée et les interneurones lombaires qui sont épargnés à l'âge adulte ne sont pas concernés par ces différences. Cela renforce l'idée que les anomalies que nous décrivons sont spécifiques de la maladie et que dès le plus jeune âge les MNs sont la cible privilégiée de la SLA. Dans ce travail, nous montrons des dysfonctionnements des MNs bien avant la dénervation périphérique et la dégénérescence des axones moteurs. La modification de l'excitabilité des motoneurones pendant la période de maturation des unités motrices pourrait fragiliser les jonctions neuromusculaires qui sont une des cibles principales de la SLA.

Ma thèse a permis d’initier l’activité de recherche sur les cellules en couche mince à base de matériaux chalcopyrite et kësterite (CIGS et CZTS) et d’entamer leur réalisation technologique. En intégrant des critères économiques et environnementaux, nous avons défini une stratégie en deux points (i) utilisation de la pulvérisation cathodique comme unique procédé de dépôt pour tous les matériaux et utilisation de cibles uniques pour les matériaux composés. (ii) remplacement des matériaux toxiques et rares. J’ai alors développé le contact arrière en molybdène déposé sur verre sodocalcique, ayant les propriétés électriques requises et une bonne adhésion au substrat. Nous avons vérifié que le sodium présent dans le substrat migre jusqu’à la surface du molybdène. Après une étude bibliographique du dépôt de CIGS par cible unique, j’évalue les avantages et difficultés afférentes à cette méthode. Après une étude bibliographique des méthodes de formation du CZTS et après une étude de pulvérisation de CZTS à partir d’une cible unique, je justifie le choix d’une méthode originale de pulvérisation à partir de trois sources. Je présente ensuite une étude bibliographique évaluant la possibilité de déposer une couche tampon en Zn(O,S) par pulvérisation pour remplacer le CdS déposé par bain chimique. Enfin, après une étude montrant que notre équipement ne permet pas d’obtenir des couches d’AZO ayant les propriétés électriques requises, une étude matériau des couches d’ITO déposées par pulvérisation RF est réalisée. Des couches d’ITO amorphe ayant d’excellentes propriétés électriques et optiques sont obtenues et leur utilisation en tant que fenêtre optique des cellules est proposée
Thin film photovoltaic cells based on CIGS and CZTS materials has been initiated in this work. Environmental and economic issues have been taken into account to define an original strategy. We aim to substitute all the toxic and rare materials by abundant and non-toxic materials. In order to simplify the fabrication process, we also decide to deposit all layers using sputtering technique. The molybdenum back contact has been developed on a soda lime glass (SLG) substrate, with adequate electrical properties and good adhesion to the substrate even after thermal treatments similar to those used during the absorber formation. We have verified the required sodium migration from the SLG substrate to the molybdenum surface. A bibliographic study has been done to evaluate a single-target sputtering method to form CIGS and CZTS films. CZTS thin film deposition from a single target has been studied, with unsatisfactory results. We finally suggest an original multi-target method. Then, a bibliographic study has been done to evaluate the relevance of a sputtered Zn(S,O) buffer layer to replace the CBD-CdS conventional buffer layer. A study of RF-sputtered AZO films has been carried out, but we didn’t obtain the required electrical conductivity. We finally study RF-sputtering of ITO films. We developed amorphous ITO thin films with excellent electrical and optical properties. We suggest using this material as the window layer of solar cells

Notre objectif est d'identifier un gène muté responsable d'une forme familiale de bloc de conduction cardiaque. Cette maladie, à transmission autosomique dominante, a été localisée sur le chromosome 19q13.3 dans un intervalle de 10 cM. L'étude de liaison nous a permis de réduire l'intervalle à 7 cM. Par l'approche de gènes candidats nous avons cherché des mutations dans les parties codantes de 9 gènes, mais aucune anomalie n'a été identifiée. Les données du séquençage du génome humain montrent qu'il y a plus de 100 gènes dans cet intervalle. Nous avons donc entrepris l'approche de la RDA (Representational Difference Analysis) afin de sélectionner les gènes spécifiquement exprimés dans les voies de conduction cardiaque, en supposant que le gène responsable de la maladie est exprimé spécifiquement dans ce tissu. Ce travail nécessite l'extraction spécifique des transcrits des voies de conduction cardiaque (impossible chez l'homme). Nous avons donc choisi de travailler sur le coeur de bovin. Nous avons réalisé toutes les étapes jusqu'à l'obtention des clones. Après séquençage et tri informatique, nous avons obtenus une quarantaine de clones correspondants seulement à une quinzaine de gènes dont la fonction et la localisation chromosomique sur le génome humain est connue. Nous avons vérifié la spécificité tissulaire par RT-PCR et la localisation cellulaire des transcrits spécifiques est testée par l'hybridation In Situ, en cours d'optimisation. En parallèle, nous avons localisé le syndrome de Kartagener lié à l'X en Xq21-q24 chez une famille française à un intervalle de 34 cM, et nous avons exclu deux gènes MID2 et AKAP28 comme gènes candidats.

Une méthode originale de modélisation de l'organe coeur complet basée sur une considération multirésolution et multiformalisme de l'activité électrique cardiaque est proposée.
Les notions de cardiologie et d'électrophysiologie ainsi qu'une synthèse de modèles du système cardiovasculaire sont présentées dans la partie 1.
La partie 2 reprend les contributions du travail qui concernent:
– la proposition d'un cadre formel à la modélisation prenant en compte les exigences de la multirésolution et une volonté de structuration des outils utilisés pour une meilleure portabilité;
– la proposition d'une librairie générique de modélisation et simulation multiformalisme développée sous forme objet et permettant une définition standardisée des modèles et simulateurs;
– l'intérêt de la librairie est illustré sur des applications physiologiques et cliniques.
Un chapitre prospectif et présentant une réflexion pour une considération multirésolution clôt ce mémoire et ouvre des perspectives intéressantes.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation de micros capteurs à électrodes interdigitées pour la caractérisation des milieux biologiques dans la gamme de fréquences : 100 kHz - 10 MHz. L'objectif principal de ce travail est l’optimisation géométrique de la structure d’un capteur à électrodes interdigitées afin d’élargir la plage fréquentielle de mesure en réduisant les effets de polarisation. Le premier chapitre synthétise les données fondamentales relatives au comportement électrique des tissus biologiques ainsi que leurs propriétés électriques notamment en basses fréquences. Le deuxième chapitre concerne une approche théorique pour l’optimisation du capteur pour élargir la bande de fréquence utile de mesure ; ce chapitre recommande également une nouvelle méthode pour déterminer les paramètres de la double couche à la surface en contact entre les électrodes et le milieu biologique. Dans le troisième chapitre nous proposons une modélisation tridimensionnelle du système d’électrodes chargé par un modèle du milieu biologique sous le logiciel ConventorWare®. Les résultats de simulation sont discutés. Les résultats obtenus nous permettent d’évaluer l'influence des paramètres géométriques de la structure interdigitée du capteur ainsi que les propriétés diélectriques du milieu sur l’impédance bioélectrique. Les facteurs d’influence en fonction de la fréquence sont ainsi maîtrisés lors de la conception d’u capteur interdigité destiné à la mesure de bioimpédance. Dans le quatrième chapitre, les dispositifs ainsi que la conception et la fabrication des composants développés au cours de cette thèse sont décrits. Dans le dernier chapitre, les mesures expérimentales effectuées avec de très faibles volumes de différentes solutions (solutions étalons, sang humain) par cinq micros capteurs à électrodes interdigitées. Les mesures sur les échantillons ainsi que la validation des théories d’optimisation ont été élaborées et discutées. Enfin nous avons comparé nos résultats à des valeurs publiées dans la littérature et nous avons justifié expérimentalement la théorie d’optimisation développée
This thesis focuses on the design and realization of interdigitated sensors for the electrical characterization of the biological medium within the frequency range: 100 kHz - 10 MHz. The main objective of this thesis is to optimize the geometry of the sensor structure according to the specificities of the interdigitated electrodes structure. This optimization leads to widen the measurement frequency range by reducing the effects of polarization at low frequency. The first chapter synthesizes the basics and fundamentals relative to the electric behavior of biological tissues as well as to their electric properties. The second chapter concerns a theoretical approach for the optimization of the sensor to widen the useful frequency band of measurement; this chapter also presents a new method to determine the parameters of the double layer at the contact interface between the electrodes and the biological medium. A three-dimensional modelling of the system, the electrodes being loaded with a biological medium, is implemented using ConventorWare® software and the results discussed in the third chapter. The results obtained allow us to evaluate the influence of the geometrical parameters of the interdigitated structure of the sensor as well as the dielectric properties of the medium on the bioelectric impedance. In the fourth chapter, the devices developed during this thesis are described. The design and the manufacturing of components are presented. The last chapter deals with the experimental measurements obtained with very small volumes of the different solutions (standard solutions, human blood) using five micro sensors that we built in the laboratory. The measurements as well as the validation of the theoretical approach are discussed. Finally we have compared our results with published values in the literature and validated our experimental and theoretical approaches developed in this work

L'enregistrement extracellulaire d'activité électrique est une technique très répandue en neurosciences, mais son application aux îlots pancréatiques et cellules bêta n'est que très récente. La facilité d'utilisation des MEAs (Microelectrode Arrays, Matrices de Microélectrodes) a ouvert de nouvelles perspectives à l'électrophysiologie des cellules bêta, dont des méthodes de criblage en clinique ou des approches biocapteur pour le pancréas artificiel. Cette thèse contribue à la conception et la caractérisation d'un biocapteur hybride composé de cellules pancréatiques cultivées sur un MEA et d'un système électronique de traitement du signal. Le système ainsi réalisé est le fruit de collaborations et projets pluridisciplinaires menés à l'IMS (groupe bioélectronique), en partenariat avec le CBMN (biologie cellulaire et biocapteurs), tous deux au sein de l'Université de Bordeaux. Les projets faisaient également appel au service d'endocrinologie des Hôpitaux Universitaires de Bordeaux, Montpellier, Grenoble et Genève.Les projets en question incluent:- ISLET-CHIP (ANR 2013-PRTS-0017), qui explore une méthode pour évaluer la qualité d'un greffon pancréatique destiné à des patients diabétiques de type I.- BIODIA (EU FEDER), qui caractérise la réponse électrique d'îlots à des stimuli de glucose, hormones et médicaments pour des applications de criblage, différentiation cellulaire, et en boucle-fermée.- DIAGLYC (Bourse régionale 2017 1R30 226), qui étudie l'utilisation du biocapteur hybride comme un capteur pour le pancréas artificiel.La thèse aborde le biocapteur dans ses aspects à la fois électronique et biologique, son intégration dans des expériences appliquées, et ses résultats expérimentaux. Elle s'intéresse également à la modélisation d'une boucle de régulation chez le patient diabétique de type I.D'abord, le système d'analyse électronique est décrit. Issue de l'équipe Elibio, elle réalise acquisition multicanaux et traitement du signal numérique. Elle est construite autour d'un FPGA (Field Programmable Gate Array) qui rend son architecture de calcul polyvalente et évolutive. Elle est capable de mesurer, afficher, et enregistrer des données multicanaux. Le calcul embarqué est optimisé pour de faibles latences de calcul, compatibles avec des applications en boucle fermée. La thèse décrit ses algorithmes de traitement et son architecture.Des résultats expérimentaux utilisant le système et ses algorithmes sont ensuite montrés pour illustrer la réponse des îlots à des stimuli de glucose, médicaments et hormones. L'activité des îlots est quantifiée en analysant leurs APs (Action Potentials, Potentiels d'Action), et plus notoirement leurs SPs (Slow Potentials, Potentiels Lents), une nouvelle signature électrique exclusivement mesurée sur les îlots pancréatiques. Ces mesures, en régimes statique et dynamique, contribuent non seulement à caractériser la réponse du biocapteur, mais aussi à mettre en évidence les algorithmes internes des îlots de Langerhans.Enfin, des approches pour l'intégration du biocapteur dans un pancréas artificiel sont étudiées. Les réponses au glucose et aux hormones sont modélisées et simulées dans un modèle des interactions glucose-insuline dans le corps entier. Ce concept est novateur dans le sens où le capteur en charge de mesurer le besoin d'insuline n'est pas seulement sensible au glucose, mais aussi aux hormones présentes dans le sang
Extracellular recording of electrical activity is a widespread technique in neurosciences, but only recently has it been applied to pancreatic islets and beta cells. The ease of use of Microelectrode Arrays (MEAs) has opened new perspectives for the electrophysiology of pancreatic cells, including screening methods for clinics and biosensor approaches for the artificial pancreas. This thesis is a contribution to the design and characterization of a hybrid biosensor composed of pancreatic cells cultured on an MEA and dedicated processing electronics. This device is the product of multi-disciplinary projects conducted at IMS (Bioelectronics group), partnered with CBMN (Cell biology and Biosensors team), both at the University of Bordeaux. Projects also involved the endocrinology service of university hospitals in Bordeaux, Montpellier, Grenoble, and Geneva.The covered projects include:- ISLET-CHIP (French ANR 2013-PRTS-0017), investigating a method of evaluating the quality of a preparation prior to its transplantation in type-I diabetic patients.- BIODIA (EU FEDER), characterizing islet electrical response to glucose, hormone, and drug stimuli for screening, cell differentiation, and closed-loop approaches.- DIAGLYC (French regional grant 2017 1R30 226), investigating the use of the hybrid biosensor as an artificial pancreas front-end sensor.The thesis tackles the biosensor in both its electronic and biological aspects, its integration in applicative experimental setups, and experimental results. It also addresses the modeling of a closed regulation loop for type-I diabetic patients.First, the electronic processing platform is described. It is a custom board performing multichannel acquisition and digital signal processing. It is built around an FPGA (Field Programmable Gate Array) that makes its processing architecture versatile and evolutive. It is capable of measuring, displaying and storing multichannel data. Computation was optimized for low-processing latencies compatible with closed-loop configurations. Both its processing algorithms and architecture are detailed.Then, experimental results using this system and its algorithms are shown to illustrate islet response to glucose, drug, and hormone stimuli. Islet activity is quantified by analyzing Action Potentials (APs), and more importantly Slow Potentials (SPs), a novel electrical signature exclusively measured on pancreatic islets. These measurements in both steady state and dynamic regime help characterize the biosensor response, but also shed light on the endogenous algorithms of islets of Langerhans.Finally, approaches for integrating the biosensor in an artificial pancreas are investigated. The measured glucose and hormone responses are modeled and simulated in a full-body glucose-insulin system. This concept is novel in that the sensor in charge of measuring insulin demand in the body is not only sensitive to glucose, but also to blood hormones

Des films de nitrure de zinc et d’étain (ZnSnN2) ont été élaborés par co-pulvérisation magnétron réactive à des températures proches de l’ambiante. La composition chimique des revêtements a été optimisée en ajustant les paramètres de dépôt comme la tension appliquée aux cibles métalliques, la pression de travail et la composition du gaz plasmagène. Dans les conditions optimisées, les films sont fortement cristallisés sur les différents types de substrats testés. Une étude approfondie sur la structure des films a été entreprise par microscopie électronique en transmission. Nous avons ainsi pu montrer que nos films de ZnSnN2 cristallisent dans le système hexagonal. Toutefois, cette structure diffère de celles présentées dans la littérature pour le nitrure de zinc et d’étain. Des études sur l’environnement chimique des éléments constitutifs des revêtements ont également été menées par spectrométrie Mössbauer et par photoémission X. Elles montrent que l’étain est présent dans nos films sous forme de Sn4+ en configuration tétraédrique. Nous avons également pu montrer que l’oxygène présent dans nos films est principalement localisé dans les zones inter-colonnaires. Enfin, les propriétés optiques et électriques de nos films ont été estimées en fonction de leur composition chimique. L’ensemble des résultats obtenus durant ce travail démontre la pertinence de ZnSnN2 pour des applications futures en tant que couche absorbante dans les cellules photovoltaïques
Zinc tin nitride (ZnSnN2) thin films have been deposited by reactive magnetron co-sputtering at room temperature. The stoichiometry of the films has been controlled by optimizing the deposition conditions such as the voltage applied to the metallic targets, the deposition pressure and the composition of the gas mixture. By using the optimized parameters, the deposited films are highly crystallized on the different used substrates. A special attention has been devoted to the determination of the film structure. Among the various structures reported in the literature, we have shown by transmission electron microscopy that the films crystallised in a hexagonal structure. Nevertheless, the structure of our films does not fit with that reported in the literature for the hexagonal ZnSnN2 material. In addition to this structural study, we have performed fine characterization using conversion electron Mossbauer spectrometry and X-ray photoemission spectroscopy. Both methods show that the optimized films contain Sn4+ ions in tetrahedral configuration. Nevertheless, oxygen contamination at the column boundaries has been evidenced. The electrical and optical properties of the films have been determined has a function of the film composition. The results obtained in this PhD work clearly evidence that ZnSnN2 is a suitable material for photovoltaic applications

Cette thèse est dédiée au développement d'outils mathématiques innovants améliorant la modélisation en électrophysiologie cardiaque.Une présentation du modèle bidomaine - un système réaction-diffusion - à domaine fixé est proposée en s'appuyant sur la littérature et une justification mathématique du processus d'homogénéisation (convergence «2-scale») est donnée. Enfin, une étude de l'impact des déformations mécaniques dans les lois de conservation avec la théorie des mélanges est faite.Comme les techniques d'imagerie ne fournissent globalement que des surfaces pour les oreillettes cardiaques dont l'épaisseur est très faible, une réduction dimensionnelle du modèle bidomaine dans une couche mince à une formulation posée sur la surface associée est étudiée. À l'aide de techniques développées pour les modèles de coques, une analyse asymptotique des termes de diffusion est faite sous des hypothèses de gradient d'anisotropie fort à travers l'épaisseur. Puis, une modélisation couplée du cœur - asymptotique pour les oreillettes et volumique pour les ventricules - permet la simulation d'électrocardiogramme complet. De plus, les méthodes asymptotiques sont utilisées pour obtenir des résultats de convergence forte pour les modèles de coque-3D.Enfin, afin de «personnaliser» les modèles, une méthode d'estimation est proposée. Les données médicales intégrées dans notre modèle - au moyen d'un filtre d'état de type Luenberger spécialement conçu - sont les cartes d'activation électrique. Ces problématiques apparaissent dans d'autres domaines où les modèles (réaction-diffusion) et les données (position du front) sont similaires, comme la propagation de feux ou la croissance tumorale
This thesis aims at developing innovative mathematical tools to improve cardiac electrophysiological modeling. A detailed presentation of the bidomain model - a system of reaction-diffusion equations - with a fixed domain is given based on the literature and we mathematically justify the homogenization process using the 2-scale convergence. Then, a study of the impact of the mechanical deformations in the conservation laws is performed using the mixture theory.As the atria walls are very thin and generally appear as thick surfaces in medical imaging, a dimensional reduction of the bidomain model in a thin domain to a surface-based formulation is studied. The challenge is crucial in terms of computational efficiency. Following similar strategies used in shell mechanical modeling, an asymptotic analysis of the diffusion terms is done with assumptions of strong anisotropy through the thickness, as in the atria. Simulations in 2D and 3D illustrate these results. Then, a complete modeling of the heart - with the asymptotic model for the atria and the volume model for the ventricles - allow the simulation of full electrocardiogram cycles. Furthermore, the asymptotic methods are used to obtain strong convergence results for the 3D-shell models.Finally, a specific data assimilation method is proposed in order to «personalize» the electrophysiological models. The medical data assimilated in the model - using a Luenberger-like state filter specially designed - are the maps of electrical activation. The proposed methods can be used in other application fields where models (reaction-diffusion) and data (front position) are very similar, as for fire propagation or tumor growth

Le travail de la thèse proposé consiste à étudier, caractériser et modéliser la performance et la fiabilité de composants semi-conducteurs sous conditions extrêmes c’est à dire pendant et après que ces composants ont subi un stress électrique, un stress thermique voire les deux stress en même temps. Les composants semi-conducteurs que nous avons étudiés sont des modules photovoltaïques en silicium monocristallin pour des applications dans les énergies renouvelables. Dans cette étude, ces composants ont été soumis à plusieurs types de dégradations générant des défauts localisés dans la structure des composants. Dans un premier temps, des études approfondies des caractéristiques I(V) et C(V) et des paramètres électriques des modules solaires photovoltaïques ont été réalisées en testant une série de modules sous différentes conditions environnementales afin de fournir des données pertinentes pouvant être utiles pour l'évaluation des performances, la modélisation du fonctionnement et pour la mise en œuvre correcte et complète des modules photovoltaïques. Ces caractérisations ont été complétées par l’étude des défauts créés à l’interface et dans les structures des modules photovoltaïques par les différents stress sur la base de mesures effectuées sur ces mêmes cellules par la technique Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). Grâce à cette technique, nous avons identifié et localisé ces défauts au sein du composant, en déterminant leur énergie d’activation et leur section efficace de capture. Les résultats de notre étude montrent ainsi l’importance des conditions de fonctionnement sur les performances instantanées et sur le long terme des systèmes photovoltaïques. Ils peuvent être exploitables directement dans la conception même des modules silicium voire transposable, en suivant la méthodologie de l’étude que nous proposons à de nouvelles technologies de modules
The objective of this work aim to study the performance, reliability of semiconductor structures after their operation under extreme conditions, during and after electrical stress, thermal stress, and combined electro thermal stresses. The studied semiconductor structures are photovoltaic cells for applications in the field of renewable energies. These devices have been exposed to several types of degradation generating localized defects in the structures. The I (V) and C (V) characteristics and electrical parameters have been studied before and after each stress case. The Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) was used as advanced technique for tracking the defects created at the interface and in the bulk structures. The DLTS technique allows identifying and locating these defects within the devices, by determining their activation energy and their capture cross-Section

L’infarctus de myocarde (IDM) est la première cause de mortalité cardiovasculaire dans le monde. La reperfusion la plus précoce possible est le seul traitement recommandé pour limiter la taille de l’infarctus, déterminant majeur de morbi-mortalité. Cependant, la reperfusion s’accompagne de lésions de reperfusion qui se sur-ajoutent aux lésions d’ischémie et qui sont caractérisées par la mort des cardiomyocytes. Actuellement, il n’existe aucune thérapie ciblant les lésions d’ischémie-reperfusion (IR) afin de limiter l’extension de la zone infarcie. La fréquence cardiaque (FC) est un facteur déterminant de la pathologie cardiaque. La plupart des épisodes ischémiques sont déclenchés par une accélération de la FC provoquant sur le myocarde un déséquilibre entre l’apport et la consommation d’oxygène. Une réduction de la FC se traduit par un allongement de la diastole ventriculaire, permettant une meilleure perfusion coronaire et l’oxygénation optimale du myocarde au repos et durant l’exercice. Ainsi, il semble évident qu’une réduction contrôlée de la FC pourrait limiter l’effort et la vulnérabilité du myocarde pendant l’épisode d’IR, ce qui représenterait un challenge dans le traitement de l’IDM mais aussi un intérêt majeur de santé publique.Les β-bloquants ont été largement étudiés dans ce contexte et ont montré des effets bénéfiques en termes de réduction de la mortalité post-IDM. Cependant, ils exercent en même temps des effets délétères sur le flux sanguin coronarien et la fonction contractile myocardique. Cette constatation met en évidence l’importance de la réduction sélective de la FC par l’inhibition des courants ioniques responsables de l’automatisme cardiaque. Le courant If et les courants calciques ICa,L et ICa,T (portés respectivement par les canaux Cav1.3 et Cav3.1) sont les principaux accélérateurs du rythme cardiaque. Des études cliniques ont montré les effets bénéfiques de la réduction sélective de la FC par l’ivabradine, inhibiteur du courant If, dans le cadre des maladies coronariennes et de l’insuffisance cardiaque. Néanmoins, des études récentes ont montré que le traitement par ivabradine peut induire un risque accru de mortalité cardiovasculaire et d’IDM. Ces résultats soulignent l’intérêt de développer de nouvelles thérapies visant à contrôler sélectivement la FC sans effets indésirables sur le myocarde et sur le pronostic des patients.L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le rôle de la FC au cours de l’IR myocardique et de valider sur des modèles murins de bradycardie l’hypothèse que la réduction de la FC est capable de limiter les lésions d’IR. Notre stratégie de travail est basée sur une approche génétique avec l’utilisation de souris knock-out pour les canaux calciques Cav1.3 et Cav3.1. Dans un premier temps, la réduction pharmacologique de la FC par l’ivabradine induit une diminution de la zone infarcie chez des souris contrôles, validant le concept dans notre modèle murin d’IR in vivo. Ensuite, les souris mutantes, dont la FC est plus lente, présentent aussi une réduction de la taille de l’infarctus suite au protocole d’IR, ce qui confirme l’implication de la FC dans la cardioprotection. Il existe une relation proportionnelle directe entre la taille de l’infarctus et la FC pendant chaque étape de l’IR et indépendamment de la souris modèle. De façon intéressante, cette relation est supprimée lorsque le système nerveux parasympathique est rendu inactif. A l’inverse, l’accélération de la FC dans un modèle ex vivo d’IR cardiaque engendre des effets délétères sur le myocarde, se traduisant par une augmentation de la taille de l’infarctus et une réduction du flux coronarien lors de la reperfusion.L’ensemble de ces résultats confirme l’effet cardioprotecteur de la réduction de la FC dans les lésions d’IR et nous permet d’envisager une application clinique pour la prise en charge des maladies ischémiques
Acute myocardial infarction (AMI) is the major cause of cardiovascular mortality worlwide. Early reperfusion is the only treatment recommended to reduce infarct size, a major determinant of morbidity and mortality. However, reperfusion leads to reperfusion injury that precipitates in death the cells that survived the ischemic insult. To date, there is no therapy targeting ischemia-reperfusion (IR) injury to limit the extent of the infarcted area. Heart rate (HR) is a main determinant of cardiac pathology. Most ischemic episodes are triggered by an increase in HR inducing an imbalance between myocardial oxygen delivery and consumption. HR reduction results in a lengthening of the ventricular diastole, allowing better coronary perfusion and optimal oxygenation of the myocardium at rest and during exercise. Thus, it seems clear that a controlled reduction of HR may limit the effort and the vulnerability of the myocardium during the whole IR episode, which would represent a challenge in the treatment of AMI but also a major interest to public health.β-blockers have been extensively studied in this context and have shown beneficial effects in terms of reduction of post-AMI mortality. However, they also exert deleterious effects on myocardial coronary blood flow and contractile function. This finding highlights the importance of selective HR reduction through inhibition of ion currents responsible for cardiac automatism. The If current and the ICa,L and ICa,T calcium currents (mediated by Cav1.3 and Cav3.1 channels, respectively) are important accelerators of cardiac rhythm. Clinical trials have shown the beneficial effects of selective HR reduction by ivabradine, an inhibitor of the If current, in the context of coronary artery disease and heart failure. However, recent studies have shown that treatment with ivabradine may involve an increased risk of cardiovascular mortality and infarct. These results underscore the need to develop new therapies aimed to selectively control HR without adverse effects on the myocardium and prognosis of patients.The goal of this thesis is to study the role of HR during myocardial IR and to validate in murine models of bradycardia the hypothesis that HR reduction is able to limit IR injury. Our work strategy is based on a genetic approach with the use of knockout mice for Cav1.3 and Cav3.1 calcium channels. In a first time, pharmacological HR reduction by ivabradine induces infarct size decrease in control mice, validating the concept in our in vivo mouse model of IR. Genetically-modified mice in which these channels have been ablated have reduced heart rate and show a reduction in infarct size after the IR protocol, confirming the involvement of HR in cardioprotection. There is a direct relationship between infarct size and HR during each phase of IR and independently of the animal model. Surprisingly, this relation is suppressed when the parasympathetic nervous system is inactivated. Secondly, HR acceleration in an ex vivo model of cardiac IR generates deleterious effects on the myocardium, including infarct size increase and coronary flow reduction during reperfusion.These results confirm the cardioprotective effect of HR reduction against IR injury and allow us to consider a clinical application in the treatment of ischemic diseases