Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Géométrie cellulaire“

Cette thèse s'intègre dans un programme de modélisation du cancer. Une étape clé du développement de cette maladie est la formation de métastases secondaires: des cellules cancéreuses échappées d'une tumeur primaire interagissent avec l'endothélium vasculaire via des mécanismes biologiques spécifiques, s'arrêtent et s'étalent sur la paroi du vaisseau sanguin, puis la traversent pour coloniser les tissus sous-jacents. Pour mieux cerner un des aspects de ce phénomène, nous avons testé l'effet d'un écoulement croissant sur l'étalement de cellules cancéreuses adhérentes à une paroi en géométrie confinée. Nous avons estimé expérimentalement et prédit de façon théorique la contrainte de cisaillement critique marquant la transition entre l'étalement et la rétraction de la cellule. Nous avons ensuite mis en évidence la relocalisation vers l'avant de la cellule des zones d'adhésion et de l'actine polymérisée lorsque la contrainte de cisaillement à la paroi avoisine la contrainte critique.

Le sujet de cette thèse est la décomposition (partition) des ensembles dé nissables en des ensembles plus simples (cellules) ce qui permet d'obtenir des résultats de preparation, et de dé nir de nouveaux invariants topologiques et géometriques. Un exemple de ces invariants est la caractéristique d'Euler en topologie algèbrique. La décomposition cellulaire a trouvé de nombreuses applications notament en géométrie algèbrique réelle et plus récement en intégration motivique. Cluckers & Loeser [CL 2004] ont en et construit une théorie d'intégration qui surpasse les théories précédentes (intégration motivique géométrique et arithmétique). Dans cette thèse on s'intéresse à montrer la décomposition cellulaire dans des contextes variés : corps locaux à deux dimensions (i. E. Corps valué dont le corps residuel est valué), corps des séries des Puiseux sur les p-adiques et corps des séries logarithmiques-exponentielles

Cette étude concerne la détonabilité des mélanges réactifs gazeux, en particulier sous l'aspect du diamètre critique de transmission de la détonation d'un tube au demi-espace libre. L'objectif était d'améliorer la transmission de la détonation en jouant sur la géométrie de la diffraction, notamment par l'adjonction d'un blocage central (de forme variable) dans la section terminale du tube. Les applications de ce travail sont liées à la sécurité des installations traitant de systèmes réactifs mais aussi à la propulsion par détonation (moteur à détonations pulsées). L'étude expérimentale de la diffraction de la détonation a montré que l'adjonction d'un obstacle central (rapport de blocage 50%) favorise systématiquement la transmission de la détonation. L'étude numérique (2D-axisymétrique) au moyen du code " EFAE " a permis de reproduire fidèlement les mécanismes complexes instationnaires observés expérimentalement. En conséquence, ce code apparaît comme un outil prédictif des phénomènes de détonation
This work deals with the detonability of reactive gaseous mixtures in relation with the critical diameter of detonation transmission from a cylindrical tube into a half space. The aim of this study was to improve the transmission of the detonation in modifying the diffraction geometry by adding a central obstacle (of various shapes) in the terminal section of the tube. Applications of this study are on one hand to improve the safety of industrial equipments involving reactive mixtures and on the other for propulsion by detonation ("PDE" pulsed detonations engine). The experimental study shows that a central obstacle (50% of blocage ratio) makes systematically the detonation transmission easier. Numerical simulations (2D-axisymmetrical) with the "EFAE" code reproduce faithfully the unsteady mechanisms observed experimentally. So this code can be considered as a predictive tool for detonation phenomena

L'hétérogénéité et l’irrégularité croissante des déploiements des réseaux sans fil de nouvelles générations soulèvent des défis importants dans l’évaluation de performances de ces réseaux. Les modèles classiques s’appuyant sur des modèles hexagonaux pour décrire les emplacements géographiques des nœuds de transmission sont difficilement adaptables à ces réseaux. Dans ce contexte, il a été proposé un nouveau paradigme de modélisation des réseaux sans fil qui s’appuie sur les processus ponctuels de Poisson (PPP), et de manière générale sur la géométrie stochastique. L'analyse, au travers de ces outils mathématiques, présente une complexité indépendante de la taille du réseau, et permet d’estimer avec précision des quantités pratiques liées aux performances des réseaux cellulaires. Cette thèse a porté sur la faisabilité mathématique de l'approche fondée sur les PPP en proposant de nouvelles méthodes mathématiques d’approximations justes incorporant des modèles de propagation du canal radio. Dans un premier temps, un nouveau cadre mathématique, considéré comme une approche Equivalent-in-Distribution (EiD), a été proposée pour le calcul exact de la probabilité d'erreur dans les réseaux cellulaires. L'approche proposée, s’appuyant donc sur la géométrie aléatoire et des modèles spatiaux, montre une complexité faible en terme d’évaluation numérique et est applicable à un grand nombre de configurations MIMO pour lesquelles nous considérons différentes techniques de modulation et techniques de récupération du signal. Dans un deuxième temps, nous étudions les performances des réseaux cellulaires en présence de relais, où trois processus ponctuels de Poisson modélisent respectivement les nœuds relais, les stations de base, et les terminaux mobiles. Pour ce modèle, nous avons considéré des critères souples d'association. Le cadre mathématique proposé et les résultats associés ont montré que les performances dépendent fortement des exposants des fonctions d’atténuation sur les deux premiers sauts sans fil. Nous montrons aussi qu’une mauvaise configuration du réseau peut amener à des gains négligeables de l’utilisation de cette technique. Enfin, nous considérons la modélisation des réseaux cellulaires au travers d’un PPP et d’un modèle unifié d'atténuation de signal généralisée qui prend en compte deux types de liaisons physiques : line-of-sight (LOS) et non-line-of-sight (NLOS). Un modèle de complexité réduite décrivant les propriétés de la liaison radio a aussi été proposée et permet de prendre en compte dans nos calculs un grand nombre de modèle radio proposés dans la littérature. Les résultats montrent, entre autres, qu’une densité optimale pour le déploiement des BS existe lorsque les liens LOS/NLOS sont classés en fonction de leur charge. Nous comparons nos résultats, s’appuyant donc sur un PPP pour modéliser la position des stations de bases et notre modèle de canal radio, avec des simulations de Monte Carlo décrivant des déploiements réels de stations de bases et un modèle de type blocages de construction empiriques. Une bonne correspondance est observée
The increasing heterogeneity and irregular deployment of the emerging wireless networks give enormous challenges to the conventional hexagonal model for abstracting the geographical locations of wireless transmission nodes. Against this backdrop, a new network paradigm by modeling the wireless nodes as a Poisson Point Process (PPP), leveraging on the mathematical tools of stochastic geometry for tractable mathematical analysis, has been proposed with the capability of fairly accurately estimating the performance of practical cellular networks. This dissertation investigated the mathematical tractability of the PPP-based approach by proposing new mathematical methodologies, fair approximations incorporating practical channel propagation models. First, a new mathematical framework, which is referred to as an Equivalent-in-Distribution (EiD)-based approach, has been proposed for computing exact error probability of cellular networks based on random spatial networks. The proposed approach is easy to compute and is shown to be applicable to a bunch of MIMO setups where the modulation techniques and signal recovery techniques are explicitly considered. Second, the performance of relay-aided cooperative cellular networks, where the relay nodes, the base stations, and the mobile terminals are modeled according to three independent PPPs, has been analyzed by assuming flexible cell association criteria. It is shown from the mathematical framework that the performance highly depends on the path-loss exponents of one-hop and two-hop links, and the relays provide negligible gains on the performance if the system is not adequately designed. Third, the PPP modeling of cellular networks with unified signal attenuation model is generalized by taking into account the effect of line-of-sight (LOS) and non-line-of-sight (NLOS) channel propagation. A tractable yet accurate link state model has been proposed to estimate other models available in the literature. It is shown that an optimal density for the BSs deployment exists when the LOS/NLOS links are classified in saturate load cellular networks. In addition, the Monte Carlo simulation results of the real BSs deployments with empirical building blockages are compared with those with PPP distributed BSs with the proposed link state approximation at the end of this dissertation as supplementary material. In general, a good matching is observed

La cellule répond aux contraintes physiques exercées par son environnement par un ensemble de mécanismes regroupés sous le terme de mécanotransduction. Ces processus font appel aux molécules impliquées dans l’adhésion cellulaire, au cytosquelette et au noyau. Ces contraintes environnementales, qu’elles soient liées à la rigidité du support, à sa topographie ou à la nature de sa chimie de surface, vont moduler la morphologie cellulaire et impacter le comportement de la cellule. Afin d’étudier cette influence du support, nous avons ensemencé des cellules souches mésenchymateuses (CSMs) de moelle osseuse (MO) issues d’une culture primaire sur des surfaces de mica vierges ou fonctionnalisées de façon homogène avec des molécules naturelles (la fibronectine FN et le peptide RGD cyclique) ou avec des multicouches de polyélectrolytes PEM (cinq cycles de Chitosan/PAA ou de Chitosan/PSS). Nous avons ensuite étudié la morphologie, la prolifération et la différenciation de ces cellules après 12 jours de culture. Il en résulte que les CSMs de MO adhèrent sur toutes les surfaces, traitées ou non, et bien que leur étalement soit moindre sur les surfaces vierges, elles adoptent une morphologie de type fibroblastique similaire à leur phénotype physiologique. Leur pourcentage de confluence varie significativement en fonction du traitement de surface utilisé. En effet la confluence maximale a été observée pour les surfaces greffées avec la FN (93.25 ± 2.75 %) alors que les surfaces traitées avec les PEM présentent des pourcentages de confluence bien plus faibles (61.00 ± 4.08 % pour le couple chitosan/PAA et 54.75 ± 1.75 % pour le couple Chitosan/PSS), s’expliquant principalement par une latence cellulaire en début de culture. Enfin, les cellules cultivées sur nos surfaces ne réagissent à aucune des trois colorations Oil Red O, Alcian Blue ou Alizarin Red S, suggérant une absence de différenciation dans les voies adipogénique, chondrogénique ou ostéogénique induite par ces surfaces. Ainsi, le contrôle de la chimie du support ne permet pas à lui seul un contrôle de la différenciation cellulaire. Cette étude ouvre la voie à l’étape suivante au cours de laquelle l’influence des supports à chimie et géométrie contrôlées. De même, la souche E.coli (bactérie pathogène) répond aux contraintes physiques et chimiques qui lui ont été imposées. Ces contraintes qu’elles soient liées à la topographie ou la nature de la chimie de surface font appel à des molécules naturelles impliquées dans le comportement des bactéries et leur morphologie en particulier sur leur taille. Pour étudier cet impact, nous avons mis en contact la souche E.coli E2146 avec des surfaces de mica vierges ou traitées de façon homogène ou patternée avec des molécules naturelles (la FN et le peptide RGD cyclique). Ensuite, nous avons étudié le taux de recouvrement et la taille des bactéries. Il en résulte que les bactéries adhèrent sur l’ensemble des surfaces bien que l’adhésion soit moindre sur les surfaces de mica vierges. Leur taux de recouvrement varie significativement pour une surface donnée. En effet, le taux de recouvrement et la taille maximaux sont observés sur des surfaces patternées greffées avec la FN, ce qui prouve leur efficacité et l’impact qu’elles ont sur le comportement de E.coli. Nous avons donc démontré dans ce travail de thèse l’influence des propriétés de surfaces sur la croissance de cellules vivantes telles que les cellules souches ou les bactéries
The cell responds to the physical constraints exerted by its environment by a set of mechanisms grouped under the term of mechanotransduction. These processes involve the molecules involved in cell adhesion, the cytoskeleton and the nucleus. These environmental constraints, whether related to the rigidity of the support, to its topography or to the nature of its surface chemistry, will modulate the cellular morphology and impact the behavior of the cell. In order to study this influence of the support, we have seeded bone marrow mesenchymal stem cells from a primary culture on virgin mica surfaces or functionalized homogeneously with natural molecules (fibronectin and the cyclic RGD peptide) or with polyelectrolyte multilayers (five cycles of Chitosan/PAA or Chitosan/PSS). We then studied the morphology, proliferation and differentiation of these cells after 12 days of culture. As a result, bone marrow mesenchymal stem cells adhere to all surfaces, whether treated or not, and although they are less spread on virgin surfaces, they adopt a fibroblastic type morphology similar to their physiological phenotype. Their percentage of confluence varies significantly depending on the surface treatment used. Indeed the maximum confluence was observed for the surfaces grafted with fibronectin (93.25 ± 2.75%) whereas the surfaces treated with the polyelectrolyte multilayers have much lower confluence percentages (61.00 ± 4.08% for the chitosan/PAA couple) and 54.75 ± 1.75% for the Chitosan/PSS couple), mainly due to cell latency at the beginning of culture. Finally, cells cultured on our surfaces do not respond to any of the three Oil Red O, Alcian Blue or Alizarin Red S stains, suggesting a lack of differentiation in the adipogenic, chondrogenic or osteogenic pathways induced by these surfaces. Thus, the control of the support chemistry alone does not allow control of cell differentiation. This study paves the way for the next step in which the influence of controlled chemistry and geometry media will be studied. Similarly, the E. coli strain (pathogenic bacterium) responds to the physical and chemical constraints imposed on it. These constraints, whether related to the topography or the nature of surface chemistry, involve natural molecules involved in the behavior of bacteria and their morphology, in particular their size. To study this impact, we contacted E.coli strain E2146 with virgin mica surfaces or treated homogeneously or patterned with natural molecules (fibronectin and cyclic RGD peptide). Then we studied the recovery rate and the size of the bacteria. As a result, the bacteria adhere to all surfaces although adhesion is less on virgin mica surfaces. Their recovery rate varies significantly for a given area. Indeed, the recovery rate and the maximum size are observed on patterned surfaces grafted with fibronectin which proves their effectiveness and the impact they have on the behavior of E. coli. We have therefore demonstrated in this thesis the influence of surface properties on the growth of living cells such as stem cells or bacteria

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'efficacité énergétique des communications D2D dans les réseaux hétérogènes. Nous proposons dans un premier temps d'analyser la consommation énergétique d'un réseau de trois appareils, puis introduisons une nouvelle topologie prenant en compte l'entropie de données, afin d'augmenter l'efficacité énergétique globale. Par la suite, nous étudions la consommation énergétique et l'influence des interférences sur une cellule dans le cas pratique d'une catastrophe naturelle. Nous introduisons alors un nouveau protocole d'allocation de ressources basé sur le clustering en Fuzzy C-Means. Nous utilisons ensuite des outils et métriques issus de la géométrie stochastique afin d'analyser et de comparer l'efficacité énergétique et spectrale au sein de plusieurs types de réseaux munis de communications D2D. Dans un deuxième temps, nous introduisons les notions d'antennes directionnelles avec des ondes millimétriques. Pour ce faire, nous évaluons l'influence du canal millimétrique et introduisons les concepts de blocage, et de modèles sectorisés d'antennes, à des fins mathématiques. L'utilisation d'ondes millimétriques, et plus particulièrement d'antennes directionnelles ULA, s'avère être un choix totalement opportun dans l'objectif premier de cette thèse qui est d'augmenter à la fois l'efficacité spectrale (donc le débit) et l'efficacité énergétique au sein d'un réseau hétérogène comprenant des communications D2D
The objective of this thesis is the study of the energy efficiency of D2D communications in heterogeneous networks. We first propose to analyze the energy consumption of a three device, then introduce a new topology taking into account the data entropy, in order to increase the overall energy efficiency. Subsequently, we study the energy consumption and the influence of interference in a cell for the use case of a natural disaster. We then introduce a new resource allocation protocol based on Fuzzy C-Means clustering. We then use tools and metrics from stochastic geometry to analyze and compare energy and spectral efficiency among multiple types of networks comprising D2D communications. The first study is done on a network in which the cellular and WiFi resources are shared. In a second step, we introduce the notions of directional antennas with millimeter waves. To do this, we evaluate the influence of the mmWave channel and introduce the concepts of blocking, and sectored models of antennas, for mathematical purposes. The use of millimeter waves, and more particularly ULA directional antennas, proves to be a totally appropriate choice in the primary objective of this thesis, which is to increase both the spectral efficiency (therefore the bit rate) and the energy efficiency within a heterogeneous network including D2D communications

La résolution des équations de Poisson-Nernst-Planck (PNP) dans les structures neurales gagne de la reconnaissance comme un outil important pour modéliser le champ électrique et l'évolution des concentrations ioniques dans les compartiments sous microscopiques. Cette approche a l'avantage de ne pas compter sur la simplification des hypothèses généralement faites dans le formalisme de la théorie du câble, comme la localisation du gradient électrique à la membrane ou l'homogénéité des concentrations ioniques dans les sous-domaines. Employant la méthode des éléments finis (FEM), nous appliquons les équations de PNP pour déchiffrer la relation, demeurée insaisissable jusqu'à maintenant, deinsaisissable entre la forme et la fonction des épines dendritiques. Nous montrons que la géométrie des épines (le volume de la tête des épines, la longueur et le rayon du cou des épines) est un déterminant important de la dynamique calcique dans l'épine dendritique, tout en ayant un impact limité sur le signal électrique.

L'objectif de cette thèse est d'étudier certains aspects des réseaux coopératifs sans fils à l'aide de la géométrie stochastique. Ça permets de considérer la distribution spatiale aléatoire des utilisateurs et les effets adverses de leur interaction, comme l’interférence.Nous étudions la performance, évaluée par la probabilité d'outage, atteignable dans un canal de relai full-duplex quand les nœuds opèrent dans un grand réseau sans fils où les émetteurs interférants sont modelés avec un processus ponctuel de Poisson homogène. Nous trouvons la probabilité d'outage des protocoles décodez-et-renvoyez (decode-and-forward, DF), et comprimez-et-renvoyez (compress-and-forward) et nous faisons une comparaison avec une transmission point à point et un protocole DF half-duplex. Ensuite, nous étudions une situation plus générale dans laquelle les émetteurs qui causent l'interférence peuvent aussi utiliser un relai ou faire des transmissions point à point. Nous étudions la relation entre les avantages de la cooperation et l'interférence qu'elle même génère.Dans la deuxième partie nous étudions la performance des stratégies de partage de vidéos par communications entre dispositifs mobiles (device-to-device, D2D) hors de la bande des communications cellulaires. Nous étudions la fraction des demandes de vidéos qui peuvent être satisfaites par D2D, c’est-à-dire, par le biais des émissions locales, plutôt que par la station de base. Pour étudier ce problème, nous introduisons un modèle de processus ponctuel, qui considère la stratégie de stockage dans les utilisateurs, le problème de comment lier les utilisateurs et les problèmes de la transmission et coordination entre les utilisateurs
The main goal of this work is to study cooperative aspects of large wireless networks from the perspective of stochastic geometry. This allows the consideration of important effects such as the random spatial distribution of nodes, as well as the effects of interference and interference correlation at receivers, which are not possible when a single link is considered in isolation.First, some aspects of the performance of the relay channel in the context of a large wireless network are considered. Mainly, the performance, in terms of outage probability (OP), of a single full-duplex relay channel utilizing decode-and-forward (DF) or compress-and-forward, when the interference is generated by uniform spatial deployment of nodes, modeled as a Poisson point process. The OP performance of these two protocols is compared with a point-to-point transmission and with a half-duplex DF protocol. Afterwards, the case in which more than one transmitter in the network may use a relay is considered. The effects of cooperation versus interference are studied, when the users use either full-duplex DF, or point-to-point transmissions. In a second phase, this work explores the advantages that could be obtained through out-of-band device-to-device (D2D) video file exchanges in cellular networks. These advantages are measured in terms of the fraction of requests that can be served in a time-block through D2D, thus avoiding a downlink file transfer from the base station. For this, a stochastic geometry framework is introduced, in which the user file-caching policy, user pairing strategy, and link quality and scheduling issues are considered

L’apoptose est une forme de mort cellulaire programmée qui joue un rôle clé lors de la morphogenèse (acquisition de formes et structures pendant le développement), dans l’homéostasie des tissus adultes, ainsi que dans certaines maladies telles que les cancers. Alors que les signaux moléculaires responsables du déclenchement de l’apoptose ont été l’objet de multiples recherches, le rôle de facteurs biophysiques dans le contrôle de la mort cellulaire reste peu connu. Durant ma thèse qui avait pour modèle d’étude le thorax dorsal (ou notum) de la pupe de drosophile, j’ai développé des techniques d’analyse quantitative de données vidéo-microscopiques qui, combinées à l’utilisation d’outils génétiques de pointe, visaient à comprendre la régulation biophysique de l’apoptose. Tout d’abord, j’ai cherché à caractériser les caractéristiques précoces des futures cellules apoptotiques et ai découvert deux caractéristiques géométriques prédictives de ces cellules : des petites aires apicales absolue et relative. Ensuite, j’ai étudié en détail ces deux facteurs géométriques et ai montré que leurs actions dans le contrôle de la mort faisaient intervenir deux voies de signalisation génétiques différentes, voies que j’ai identifiées. Ce faisant, j’ai également découvert une connexion inédite entre prolifération et mort cellulaire dans le contrôle du développement tissulaire. En conclusion, mon travail apporte un éclairage nouveau à notre compréhension de l’apoptose épithéliale en identifiant des facteurs géométriques impliqués de façon très précoce dans la régulation de la mort cellulaire
Apoptosis is a form of programmed cell death which plays a key role in shaping multicellular organisms during development, in adult tissue homeostasis, as well as in pathological conditions such as cancer. While the molecular pathways triggering apoptosis have been extensively studied, the role of biophysical factors in driving cell death is far less understood. In particular, cell size and geometry impact a variety of cell processes, yet their possible interplay with apoptotic pathways remains unknown. Using the developing dorsal thorax (or notum) of the Drosophila as a model, I developed during my PhD advanced quantitative analyses of time-lapse microscopy data that, combined with the powerful genetic tools available in Drosophila, aimed at uncovering the biophysical mechanisms regulating apoptosis. First, I investigated the early characteristics of apoptotic cells and discovered two predictive geometrical features of these cells: small absolute and relative apical areas. Second, I studied in detail these two geometrical parameters and showed that their actions were linked to distinct genetic pathways, which I identified. By doing so, I also uncovered a novel coupling between cell proliferation and cell death in the control of tissue development. Overall, this work provides a new perspective to the understanding of epithelial apoptosis by identifying geometrical parameters that play an early role in the regulation of cell survival

Nous proposons des algorithmes de contrôle de charge pour les réseaux cellulaires sans fil et développons des méthodes analytiques pour l'évaluation des performances de ces réseaux par un processus de Markov spatial prenant en compte leur géométrie, dynamique et algorithmes de contrôle. D'abord, nous caractérisons la performnace d'un lien unique en utilisant les techniques de communication numérique. Ensuite les interactions entre les liens sont prises en compte en formulant un problème d'allocation de puissances. Nous proposons des algorithmes de contrôle de charge décentralisés qui tiennent compte de l'influence de la géométrie sur la combinaison des interférences inter-cellules et intra-cellules. Afin d'étudier les performances de ces algorithmes, nous analysons un générateur d'un processus Markovien de saut qui peut être vu comme une généralisation du générateur de naissance-et-mort spatial, qui tient compte de la mobilité des particules. Nous donnons des conditions suffisantes pour la régularité du générateur (c.-à-d., unicité du processus de Markov associé) aussi bien que pour son ergodicité. Enfin nous appliquons notre processus de Markov spatial pour évaluer les performances des réseaux cellulaires sans fil utilisant les algorithmes de contrôle de charge basés sur la faisabilité de l'allocation de puissance.