Tesis:

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Rayer, Mégane. "Mécanisme de génération de forces par les cellules apoptotiques lors de la morphogenèse de la drosophile". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30169.

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Resumen

Chaque espèce vivante acquiert une forme qui lui est propre. La génération de forces mécaniques est l'une des stratégies utilisées par les cellules pour sculpter les organes. Lors du développement animal, les forces mécaniques générées dans le plan des jonctions adhérentes sont importantes pour le remodelage des tissus épithéliaux. Ces forces planaires ont été particulièrement étudiées ces dernières années. C'est le cas notamment de la constriction apicale des cellules lors de l'invagination du mésoderme de l'embryon de drosophile. La réduction de l'apex des cellules est considérée comme un processus fondamental pour la formation de la pliure initiale de cet épithélium. Toutefois, il a été découvert récemment que des forces peuvent aussi être générées dans l'axe apico-basal des cellules. L'équipe dans laquelle j'ai effectué ma thèse a montré que de telles forces sont requises pour la formation de plis dans la patte de la drosophile lors de son développement. Dans ce processus, avant de disparaitre par apoptose (ou mort programmée), les cellules vont former une structure apico-basale appelé "câble de myosine" qui, en se contractant, va induire une déformation des cellules voisines, aboutissant progressivement à la formation de plis. Cependant, les mécanismes requis pour la génération de la force apico-basale restaient inconnus. L'objectif de ma thèse était donc de chercher comment ces cellules destinées à mourir pouvaient générer une force efficace. L'hypothèse de travail était que ce câble de myosine devait être ancré au pôle apical et au pôle basal de la cellule afin de fournir une résistance permettant la génération d'une force efficace pouvant être transmise aux cellules voisines. J'ai donc cherché à identifier ces points d'ancrage grâce à des techniques d'imagerie et de génétique. Dans un premier temps, j'ai identifié le point d'ancrage apical du câble. En effet, les cellules apoptotiques réduisent leur apex mais conservent leurs jonctions adhérentes au niveau desquelles co-localise l'extrémité apicale du câble de myosine. Dans un deuxième temps, j'ai cherché quel pourrait être le point d'ancrage basal du câble de myosine. Une observation surprenante montre que le noyau des cellules apoptotiques est systématiquement relocalisé au pôle basal et que le câble de myosine rentre en contact avec lui. J'ai testé si le noyau joue un rôle dans l'ancrage du câble de myosine en perturbant sa localisation basale. La perte de fonction de Klarsicht, une protéine du complexe LINC, empêche la cellule d'induire une déformation des cellules voisines, montrant que dans ce contexte où le noyau n'est pas relocalisé au pôle basal de la cellule, la force n'est pas ou peu produite. Finalement, j'ai pu montrer que le noyau est lui-même ancré au pôle basal de la cellule afin de fournir un point de résistance lors de la contraction du câble. En effet, j'ai étudié la mobilité des noyaux, montrant d'une part que les noyaux apoptotiques sont moins mobiles que ceux des cellules non-apoptotiques et, d'autre part, que l'actine et la Taline, un composant des adhésions basales, sont requises pour la stabilisation du noyau apoptotique. De plus, j'ai observé que, lors de la contraction du câble, le noyau remonte simultanément et que celui-ci se déforme localement. Finalement, des expériences d'ablation laser du câble de myosine montrent un relâchement de la surface apicale et un recul du noyau. Ainsi, la force émise par les cellules apoptotiques est transmise dans l'axe apico-basal par une liaison adhérence apicale-câble-noyau. Mon travail met en lumière un mécanisme original de génération de force. Ce nouveau mécanisme de force apico-basale pourrait être conservé dans d'autres types cellulaires engagés dans des processus d'invagination au cours de la morphogenèse. Mes résultats montrent également que le noyau joue un rôle nouveau, au-delà de son rôle de protection du génome, en participant activement à la génération d'une force
Each animal species acquires a specific shape during development. The generation of mechanical forces is one of the strategies used by cells to sculpt organs. During animal development, the mechanical forces generated in the plane of adherens junctions are important for epithelium remodeling. These planar forces have been extensively studied over the last years. This is particularly the case during apical constriction of mesodermal cells during drosophila embryo gastrulation. The reduction of the cell's apex is considered a fundamental process to trigger invagination of this tissue. However, recently, it has been shown that forces can also be generated along the cell apico-basal axis. The team in which I did my thesis has shown that these forces are important for the formation of folds during drosophila leg development. In this process, before their disappearance, cells form an apico-basal myosin structure, called "myosin cable". The force created by the contraction of the cable is transmitted to the cell's neighbors, inducing cell shape changes progressively resulting in fold formation. However, the mechanisms required for apico-basal force generation remained unknown. The goal of my thesis was to study in detail how the cells destined to die could generate an effective force. We made the hypothesis that the myosin cable should be anchored at the apical and basal cell poles in order to promote a resistance to the cable contraction, and to allow force transmission to the neighbors. Therefore, my aim was to identify these anchoring points thanks to imaging and genetics technics. First, I had identified apical anchor point. Indeed, apoptotic cells reduce their apex but maintain their adherens junctions. The apical extremity of the myosin cable colocalizes to this adhesion structure. Secondly, I searched for the basal anchor point of myosin cable. Surprisingly, I observed that the nucleus of apoptotic cells is systematically relocated on the basal cell half and that the myosin cable contacts it. I tested whether the nucleus plays a role in myosin cable anchorage by perturbing its basal localization. The loss of function of Klarsicht, a LINC complex protein, prevents the cell to deform its neighbors, showing that, in this context the force is strongly or totally abolished. Finally, I have shown that the apoptotic nucleus itself is anchored to the basal side in order to promote a resistance during cable contraction. Indeed, I studied nuclei mobility and showed that apoptotic nuclei are less mobile than non-apoptotic nuclei. I also showed that F-actin and Talin, a basal adhesion component, are required for apoptotic nucleus stability. Furthermore, I have observed that, during cable contraction, the nucleus moves back apically and that it deforms locally. Finally, laser ablation experiments of the myosin cable show an apical recoil of apical surface and a basal recoil of the nucleus. Thus, the force generated by the apoptotic cells is transmitted in the apico-basal axis thanks to the link between apical adherence, cable and nucleus. My work highlights a new mechanism of force generation. This new mechanism of apico-basal force could be conserved in other cell types in additional invagination processes during morphogenesis. My results also show that the nucleus plays a new role, beyond the protection of the genome, by participating actively in force generation

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Caillez, Fabien. "Etude des propriétés mécaniques des protéines par modélisation moléculaire". Paris 7, 2006. http://www.theses.fr/2006PA077063.

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Resumen

Du fait de leur importance pour la fonction, les propriétés mécaniques des protéines font aujourd'hui l'objet d'une attention toute particulière. Nous avons utilisé divers outils de la modélisation moléculaire afin d'améliorer notre compréhension de ces propriétés. Nous avons étudié, par le biais de simulations de dynamique moléculaire, la dynamique de molécules d'adhésion cellulaire, les E-cadhérines. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à l'influence des ions calcium sur la flexibilité de la molécule et sur la dimérisation. Nous avons également étudié les trois formes dimériques observées expérimentalement et discuté leur rôle potentiel dans les phénomènes d'adhésion. Nous avons par ailleurs développé divers outils méthodologiques pour l'étude des protéines. Le premier consiste en une nouvelle mesure de la flexibilité des protéines à l'échelle du résidu, obtenue par des minimisations d'énergie sous contrainte. Cette méthode permet en outre de repérer des domaines dynamiques au sein des architectures protéiques par l'étude des déformations engendrées lors de l'application des contraintes. Nous avons également développé un nouveau modèle de représentation des protéines à mi-chemin entre la représentation "tout-atome" et les représentations "gros grains", qui devrait permettre l'étude de systèmes de grande taille en conservant une précision atomique dans les zones les plus importantes de la protéine
Due to their importance for function, the mechanical properties of proteins are the subject of great attention. We have used molecular modeling techniques to gain a better understanding of these properties. We have notably used molecular dynamics simulations to study the dynamics of E-cadherin molecules which are involved in cellular adhesion. The influence of the presence of calcium ions has been monitored in the context of the change in flexibility and dimerisation. We have also examined three dimeric conformations observed experimentally and discussed their potential involvement in adhesion. We have also developed various methodological tools for the theoretical study of proteins. The first is a new index to measure protein flexibility at the single amino acid level, via the use of restrained energy minimisations. This method also allows us to determine dynamical domains within protein structures by analyzing the deformations caused by the restraints. We have also developed a new multi-scale representation of proteins, containing both coarse-grained and all-atom residues. This representation should allow us to study large Systems while keeping atomic precision within the most important parts of the protein

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Ghibaudo, Marion. "Influence des propriétés mécaniques du substrat sur l'adhésion et la migration cellulaire". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00345790.

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L'adhésion et la migration des cellules jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes cellulaires qui vont de la morphogenèse à la prolifération tumorale en passant par la réparation des tissus. Il est maintenant bien établi que l'environnement physique et mécanique des cellules a une grande influence sur de nombreuses fonctions cellulaires comme l'adhésion et la migration ainsi que sur leur devenir et donc leur différentiation. Pour contrôler les propriétés de l'environnement cellulaire, nous avons choisi de combiner des méthodes de micro-fabrication issues de la microélectronique aux techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Nous nous sommes notamment intéressés à l'influence de la rigidité du support sur la migration cellulaire et les forces mécaniques exercées par les cellules, des fibroblastes, sur la matrice. Pour cela, nous avons utilisé un substrat constitué de micro-piliers flexibles, qui ont servi de micro-capteurs de force. Nous avons montré que les cellules employées adaptent les forces qu'elles exercent sur leur support à la rigidité de ce dernier. Nous avons ensuite étudié l'influence de la topographie du substrat sur la migration cellulaire. Nous avons pour cela également utilisé des micro-piliers, mais dont le diamètre est 5 à 10 fois supérieur aux précédents. Les cellules, en migrant, rencontrent donc alternativement des surfaces lisses et rugueuses. Nous avons montré que dans ces environnements, les cellules adoptent un comportement s'approchant de celui observé dans un gel tridimensionnel et que le noyau joue un rôle dans cette migration. Enfin, nous avons abordé l'étude de l'étalement cellulaire dans ces environnements texturés.

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Ghibaudo, Marion. "Influence des propriétés mécaniques du substrat sur la migration de l'adhésion cellulaire". Paris 7, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00345790v2.

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Resumen

L'adhésion et la migration des cellules jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes cellulaires qui vont de la morphogenèse à la prolifération tumorale en passant par la réparation des tissus. Il est maintenant bien établi que l'environnement physique et mécanique des cellules a une grande influence sur de nombreuses fonctions cellulaires comme l'adhésion et la migration ainsi que sur leur devenir et donc leur différentiation. Pour contrôler les propriétés de l'environnement cellulaire, nous avons choisi de combiner des méthodes de micro-fabrication issues de la microélectronique aux techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Nous nous sommes notamment intéressés à l'influence de la rigidité du support sur la migration cellulaire et les forces mécaniques exercées par les cellules, des fibroblastes, sur la matrice. Pour cela, nous avons utilisé un substrat constitué de micro-piliers flexibles, qui ont servi de micro-capteurs de force. Nous avons montré que les cellules employées adaptent les forces qu'elles exercent sur leur support à la rigidité de ce dernier. Nous avons ensuite étudié l'influence de la topographie du substrat sur la migration cellulaire. Nous avons pour cela également utilisé des micro-piliers, mais dont le diamètre est 5 à 10 fois supérieur aux précédents. Les cellules, en migrant, rencontrent donc alternativement des surfaces lisses et rugueuses. Nous avons montré que dans ces environnements, les cellules adoptent un comportement s'approchant de celui observé dans un gel tridimensionnel et que le noyau joue un rôle dans cette migration. Enfin, nous avons commencé l'étude de l'étalement cellulaire dans ces environnements textures
Cell adhesion and migration play a significant role in numerous cell mechanisms, from morphogenesis to metastasis. It is well known that the cell micro-mechanical environment has a strong influence on multiple cell functions such as adhesion, migration and also differentiation. To control the cell environment properties, we chose to combine micro-fabrication techniques, adapted from micro-electronics, with cell and molecular biology. We focused on the influence of substrate stiffness on cell, here fibroblasts, migration and forces on their matrix. For that, we used flexible micro-pillars as force detectors. We showed that cells adapt the forces they exert on their substrate to its rigidity. We then studied the influence of substrate topography on cell migration. We also used micro-posts, but with higher dimensions (5 to 10 times larger). Migrating cells encounter fiat and bumpy surfaces when migrating. We showed that in these environments, cells adopt a behavior close to the one observed in a 3D environment, and also that the nucleus stiffness is involved in this behavior. Then we did a preliminary work on spreading cells in these environments

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Proag, Amsha. "Sensibilité de cellules vivantes aux propriétés mécaniques et géométriques de leur environnement". Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077056.

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Resumen

Les tissus animaux constituent des systèmes biologiques hautement organisés, où les échelles cellulaire et multicellulaire sont en corrélation constante. Non seulement les cellules régulent leur comportement au moyen de signaux biochimiques : elles transmettent aussi des stimuli mécaniques, via le cytosquelette et les complexes d'adhésion, ce qui conduit à la formation d'une organisation collective tridimensionnelle où cellules et tissu se contraignent mutuellement. Afin d'étudier les aspects mécaniques et géométriques des interactions entre cellules, nous avons cultivé des tissus épithéliaux sur des micro-environnements artificiels. Nous avons fabriqué des substrats microstructurés en polyacrylamide et en polydiméthylsiloxane, de rigidité et de géométrie définies, sur lesquels nous avons fait croître un épithélium de MDCK. Nous avons également modifié les propriétés adhésives de ces substrats pour y confiner une seule cellule et simuler ainsi les contraintes topologiques du tissu sur une cellule individuelle. Après avoir marqué les composants internes gouvernant l'architecture cellulaire, nous avons pu en obtenir des images 3D en microscopie confocale et quantifier la morphologie des cellules. Les distributions de volume des cellules et des noyaux mesurées diffèrent en fonction de leur localisation au sein du tissu, ainsi que de la géométrie et de la rigidité de l'environnement. En modifiant ces paramètres expérimentaux, nous avons pu observer l'effet de contraintes externes sur la morphologie cellulaire. Enfin, nous avons remarqué que le relief du tissu dépendait de la topographie du substrat, et nous en avons proposé un modèle qui lie les deux échelles d'organisation
Animal tissues constitute highly organized biological Systems, where the cellular and rmulticellular levels are in constant interrelation. Not only do cells regulate their behaviour via biochemical signalling: they also transmit mechanical stimuli, through the cytoskeleton and adhesion complexes, which leads to the formation of a tridimensional collective organization where cells and tissues constrain each other. To investigate the mechanical and geometrical aspects of intercellular interactions, we cultivated epithelial tissues on artificial micro-environments. We manufactured polyacrylamide and polydimethylsiloxane microstructured substrates with precise stiffness and geometry, which we grew MDCK epithelia on. We also modulated the adhesive properties of these substrates in order to confine a single cell and simulate the topological constraints of the tissue on an individual cell. After staining the internal components which govern cell architecture, we were able to obtain 3D images using confocal microscopy and to quantify the morphology of the cells. The measured volume distributions of cells and nuclei differed according to their localization within the tissue, as well as to the geometry and stiffness of the environment. Modifying these experimental parameters made it possible to observe the effect of external constraints on cell morphology. Finally, we found that the tissue profile depended on the topography of the substrate, and we suggested a mode! which correlates both organizational levels

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Boucher, Julie. "Glycation des protéines intracellulaires : impact sur la fonction contractile cellulaire". Thèse, Université de Sherbrooke, 2015. http://hdl.handle.net/11143/6847.

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Resumen

Le diabète est associé à divers types de complications au niveau vasculaire affectant la micro et la macro-vasculature, ce qui contribue à l'augmentation de l'incidence d'infarctus du myocarde, d'ACV, de néphropathie et de rétinopathie. Parmi les mécanismes expliquant l'apparition de ces complications, la glycation des protéines joue un rôle important. En effet, il est connu que la glycation des protéines de la matrice extracellulaire (élastine, collagène) affecte les propriétés mécaniques des tissus constitués de celles-ci. Nous pensons que la glycation des protéines du cytosquelette peut également affecter les propriétés mécaniques de cellules présentes au niveau de la vasculature, telles que la cellule du muscle lisse vasculaire ou la cellule endothéliale, et ainsi affecter les fonctions cellulaires dépendantes d'une réorganisation du cytosquelette, telles que la contraction cellulaire. Le glyoxal (GO) est un composé hautement réactif de la famille des oxoaldéhydes, considéré comme un puissant agent de glycation au niveau cellulaire, puisqu'il réagit rapidement avec les groupements amines des protéines de façon à former des produits de glycation avancés (PGA). L'étude présentée dans cette thèse démontre d'une part que l'exposition à cet agent de glycation entraîne une augmentation de la rigidité cellulaire ainsi qu'une augmentation de la réponse contractile cellulaire générée par la machinerie actomyosine, en réponse à l'AngII. À la lumière de ces résultats, nous proposons qu'une exposition au GO peut induire des modifications post-traductionnelles de type non-enzymatique des protéines impliquées dans la machinerie contractile et ainsi altérer la fonction contractile cellulaire. C'est pourquoi nous avons en second lieu évalué la glycation de trois protéines impliquées dans la machinerie contractile (actine, ROCK, gelsoline) par un essai basé sur la réaction d'une sonde fluorescente et perméable à la membrane cellulaire, soit le carboxyfluorescéine diacetate succinimidyl ester (CFDA-SE), avec les amines primaires des protéines. Par cet essai, nous avons observé une augmentation de la glycation de l'actine et de ROCK, de même qu'une augmentation de l'interaction entre l'actine et la GSN. Cette thèse montre également l'implication de l'activité kinase de ROCK dans l'amplification de la réponse contractile, suggérant que la glycation de ROCK pourrait moduler son activité. En conclusion, la modification des protéines cellulaires par le GO pourrait affecter leurs fonctions et propriétés mécaniques, notamment par la modulation d'importantes interactions protéine-protéine impliquées dans la contraction cellulaire et dans l'organisation du cytosquelette.

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Wendling-Mansuy, Sylvie. "Loi de comportement d'une structure de tenségrité élémentaire : application à la mécanique cellulaire". Paris 12, 1997. http://www.theses.fr/1997PA120111.

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Resumen

Un modele de structures spatiales reticulees base sur le concept de tensegrite, est developpe dans le but de comprendre le comportement mecanique de cellules vivantes a partir de la connaissance des proprietes physiques des elements constitutifs du cytosquelette. Dans ce cadre, les relations contrainte-deformation d'une structure de tensegrite elementaire comportant 6 barres rectilignes quasi-rigides en equilibre avec 24 cables hyper-elastiques sont etudiees pour differentes conditions de chargements quasi-statiques et sur une large gamme de deformations (0 a 100%). Un modele mathematique permet d'extraire la solution linearisee d'un systeme d'equations traduisant (i) l'equilibre des forces aux nuds, (ii) la compatibilite entre deplacements nodaux et deformations des elements et (iii) la loi de comportement des dits elements. Un modele experimental a egalement ete developpe pour valider le modele mathematique. Une analyse dimensionnelle a permis d'identifier les parametres physiques caracteristiques du comportement mecanique des structures de tensegrite. Les resultats sont obtenus sur des structures de dimensions variees, pour differents etats d'autocontrainte et de rigidite des elements. Ils ont ete mis sous forme d'une relation adimensionnelle mettant en jeu la longueur normalisee l* et la tension de reference normalisee t* des elements elastiques. Cette relation qui decrit la rigidite de ces structures en fonction de la deformation globale, permet le passage des echelles macroscopique (des structures physiques) a microscopique (des cellules vivantes). Les resultats numeriques sont en accord avec les resultats biologiques issus de differentes methodes experimentales, notamment concernant l'ordre de grandeur de la rigidite de cellules endotheliales. Ils confirment l'interet du concept de tensegrite pour la comprehension des proprietes mecaniques de la cellule en relation avec le rearrangement des filaments constitutifs et leurs proprietes physiques.

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Cuerrier, Charles M. "Modulation des propriétés mécaniques de cellules stimulées par l'angiotensine II, la thrombine et la bradykinine implications vasculaires". Thèse, Université de Sherbrooke, 2010. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/4308.

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Resumen

Les fonctions vasculaires sont régulées par diverses stimulations biochimiques ou mécaniques qui activent les différentes cellules composant les vaisseaux sanguins.Les réponses cellulaires qui en résultent peuvent impliquer une réorganisation du cytosquelette, des changements morphologiques, l'expression de protéines membranaires ou la libération de nombreux médiateurs. Tous ces événements sont susceptibles d'influencer les propriétés mécaniques des cellules. Ainsi, le but de la présente étude est de déterminer l'impact de l'activation de certains récepteurs au niveau des propriétés mécaniques des cellules, des modifications qui pourraient avoir de fortes implications au niveau vasculaire. Pour ce faire, nous avons utilisé deux approches expérimentales permettant d'évaluer des changements morphologiques et mécaniques de très faible amplitude : la microscopie à force atomique (AFM) et la résonance des plasmons de surface (SPR). Nous avons ainsi étudié les effets de l'activation des récepteurs de l'angiotensine II, la thrombine et la bradykinine sur la morphologie et les propriétés mécaniques de modèles cellulaires importants dans l'étude des fonctions vasculaires. Nous avons observé que l'activation du récepteur AT[indice inférieur 1] pour l'angiotensine II induit une réponse mécanique transitoire qui se traduit par une contraction du corps cellulaire, une augmentation du module d'élasticité de la cellule et une diminution de l'intégrité de l'épithélium. Quant à l'activation du récepteur PAR-1 pour la thrombine et du récepteur B[indice inférieur 2] pour la bradykinine, celle-ci provoque aussi une modification de la rigidité des cellules, mais de façon soutenue dans le temps. Ces deux agonistes augmentent aussi l'interaction entre la membrane et le cytosquelette, un phénomène observé par l'augmentation des forces requises pour l'étirement de la membrane cellulaire. Ainsi, la présente étude montre qu'une cellule peut subir des modifications importantes au niveau de ses propriétés mécaniques suivant son activation par différents agonistes, ce qui peut avoir des conséquences directes sur certaines fonctions physiologiques dépendantes des propriétés mécaniques des vaisseaux. En effet, ces changements observés au niveau de la cellule pourraient, entre autres, contribuer au contrôle du diamètre et de la compliance des capillaires, à l'adhésion des cellules inflammatoires ainsi que modifier la perception de stimuli mécaniques par les cellules endothéliales.

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Lefeuvre, Anaële. "Contribution à l'étude des propriétés des fibres de lin (Linum Usitatissimum L. , variétés Marylin et Andréa) en fonction des pratiques culturales sur le plateau du Neubourg. Fibres destinées au renforcement de matériaux composites". Rouen, 2014. http://www.theses.fr/2014ROUES024.

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Resumen

Cette thèse a été réalisée avec la Coopérative de Teillage de Lin du plateau du Neubourg (CTLN) qui aspire à la vente d’une partie de ses fibres à destination du marché des composites. Elle s’inscrit donc dans un contexte de développement des connaissances sur la variabilité des propriétés mécaniques et de la composition des parois des fibres de lin en fonction de plusieurs scénarios climatiques (2009, 2010, 2011, 2012) et conditions pédologiques (Nord/Sud/Est/Ouest) sur une localisation géographique restreinte (Plateau du Neubourg, Eure, Haute-Normandie) pour deux variétés (Marylin/Andréa). Suite à l’étude des propriétés mécaniques et de la composition des parois, il s’est avéré que les conditions pédo-climatiques sont les facteurs les plus impactants. Cependant, une analyse ANOVA a permis de montrer que ces impacts restent faibles et qu’il est possible de pouvoir garantir des valeurs de propriétés mécaniques minimales étant compétitives avec celles des fibres de verre, quelle que soit l’année. L’analyse des courbes de contrainte-déformation a mis en évidence l’importance du comportement non-linéaire TIII et a permis de modéliser les modifications structurales dans la paroi lors des sollicitations mécaniques
This thesis was done in collaboration with the Coopérative de Teillage de Lin du plateau du Neubourg (CTLN) which wants to sell some of their producted fibers for composite reinforcement. The aim was to develop knowledge about the variability of mechanical properties and cell wall composition of flax fibers in function of several cimatic scenarios (2009, 2010, 2011, 2012) and pedologic conditions (Nord/Sud/Est/Ouest) on a restricted geographical area (Plateau du Neubourg, Eure, Haute-Normandie) for two varieties (Marylin/Andréa). The study of mechanical properties and cell wall composition showed that pedo-climatic conditions are the most impactant factors. Nevertheless, an ANOVA statistical analysis revealed that their impacts were in a small range and that it is possible to garrantee minimal values of mechanical properties which are competitive with glass fibre’s one, what ever the year. The analysis of stress-strain curves highlighted the importance of the non-linear TIII behavior and permitted to modelize structural modifications happening inside the cell wall during tensile sollicitations

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Charrier, Elisabeth. "Implication de la desmine dans les propriétés mécaniques des cellules musculaires squelettiques dans le contexte des desminopathies". Paris 7, 2014. http://www.theses.fr/2014PA077170.

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Les desminopathies sont des maladies génétiques neuromusculaires dues à des mutations dans le gène de la desmine. Elles sont caractérisées par la présence d'agrégats dans le tissu musculaire et par une dégénérescence de l'appareil contractile. Les desminopathies ont été bien caractérisées d'un point de vue clinique mais les étapes conduisant à l'apparition des symptômes à partir de la mutation sont encore mal connues. Nous avons modélisé la maladie avec des myoblastes C2C12 électroporés, exprimant de la desmine mutée en position E413K. Nous avons démontré que l'expression de ce variant de desmine induit une désorganisation du réseau de desmine associée à la formation d'agrégats intracytoplasmiques. Nous avons comparé les propriétés mécaniques des cellules C2C12 sauvages, exprimant de la desmine sauvage ou mutée. Nous avons montré que ces trois types cellulaires partagent le même module viscoélastique cortical alors que l'expression de desmine-WT-GFP augmente la rigidité globale des myoblastes. Enfin, nous avons étudié l'impact de l'expression de desmine-E413K-GFP sur la contractilité des myoblastes. Nous avons montré pour la première fois que l'expression de desmine-E413K-GFP induit une diminution significative de la capacité des cellules à générer de la force contractile. Ainsi l'altération des fonctions musculaires contractiles observée dans les desminopathies est déjà présente à un stade très précoce, dans des myoblastes isolés exprimant la desmine mutée depuis seulement 24h. Enfin, nous avons commencé à caractériser l'effet de la desmine mutée en position E413K sur les propriétés mécaniques de microtissus composés de myoblastes C2C12
Desminopathies are neuromuscular genetic diseases caused by mutations in the desmin gene. They are characterized by the presence in muscles of aggregates containing desmin and by degenerative changes of the contractile apparatus. Although desminopathies have been largely studied at clinical level, the different steps that lead from a desmin gene mutation to progressive muscle weakness are stiil unclear. We investigated this problem in early stages of disease pathology and within an isogenic background, by using C2C12 myoblasts electroporated with the E413K mutant desmin. We first show that the expression of this mutant induces a large desmin network disorganization associated with important aggregate formation. We also compared the mechanical properties of wild-type C2C12 cells, cells over-expressing desmin-WT-GFP and cells expressing mutated desmin E413K-GFP. We show that the three cell types share similar visco-elastic moduli of the cortex, whereas expression of WT-desmin -but not of mutated desmin — increases the overall rigidity of cells. We finally investigated the impact of mutated desmin on the contractility of myoblasts in two different geometries, with a custom-made single cell technique, and with Traction Force Microscopy. We show that E413K-mutation significantly decreases cell contraction abilities. We thus demonstrate for the first time that the impaired contractile strength of muscles observed in desminopathies is already present at very early stage, in isolated myoblasts and at very short time of mutated desmin expression. Finally we have begun to investigate the effect of E413K mutated desmin expression on engineered microtissues made of C2C12 myoblasts

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Zoulgami, Mariam. "Nouvelles préparations pour biomatériaux ciment d'hydroxyapatite et associations de phosphates inorganiques avec un géopolymère de type polysialate-siloxo". Rennes 1, 2001. http://www.theses.fr/2001REN1A059.

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Dans le domaine de la chirurgie orthopédique ou odontologique, il existe une panoplie de matériaux synthétiques dits biomatériaux et qui présentent une biocompatibilité assez satisfaisante. Dans ce contexte, le travail que décrit cette thèse porte sur l'élaboration de nouveaux matériaux à base de phosphates. Deux aspects de matériaux ont été abordés : * la synthèse de l'hydroxyapatite ainsi que de son dérivé carbonaté à partir desquels nous avons élaboré un nouveau ciment monophasé. * L'étude physicochimique de quelques associations d'un géopolymère de type polysialate-siloxo avec de nombreux phosphates inorganiques entrant dans une large gamme d'éléments du tableau périodique.

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Charlet, Karine. "Contribution à l'étude de composites unidirectionnels renforcés par des fibres de lin : relation entre la microstructure de la fibre et ses propriétés mécaniques". Caen, 2008. http://www.theses.fr/2008CAEN2012.

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Resumen

Cette thèse porte sur la caractérisation morphologique et mécanique des fibres de lin. En effet, leur faible densité et leurs bonnes propriétés mécaniques permettent d’envisager leur utilisation comme renfort de polymères en remplacement des fibres de verre. Des fibres de lin ont d’abord été étudiées à partir d'observations de leurs sections et de leur profil longitudinal, ce qui a permis de déterminer leurs tailles moyennes et leur dispersion et de formuler un schéma d'organisation interne de la fibre de lin. Des essais de traction ont ensuite été réalisés sur des fibres unitaires. Leur comportement élasto-visco-plastique présente une non-linéarité initiale qui a été interprétée comme un réarrangement interne des constituants des parois. La comparaison avec d'autres fibres végétales ainsi que des observations de faciès de rupture de fibres ont permis de valider cette hypothèse de réorganisation. A partir de l’étude de fibres issues de différentes variétés de lin et prélevés en différents endroits le long des tiges, il est apparu que les fibres présentes dans la zone médiane des tiges présentaient des dimensions optimales et des propriétés mécaniques supérieures aux fibres apicales ou basales. Enfin, des composites unidirectionnels lin / polyester ont été fabriqués par contact et par compression, avec différents taux volumiques de fibres. Ceux-ci ont été testés en traction et en flexion par flambement afin de déterminer leurs propriétés mécaniques et de préciser leur mode d'endommagement. Les résultats montrent que, en plus de leur avantage écologique, les composites à base de fibres de lin sont mécaniquement compétitifs par rapport à ceux à base de fibres de verre
This doctoral dissertation deals with morphological and mechanical characteristics of flax fibres. Indeed, due to their lightness and their good mechanical properties, these fibres are considered as good alternatives for the glass fibres commonly used as reinforcement in polymer composites. At first, sections and longitudinal profiles of flax fibres were observed in order to determine their mean sizes and their scattering and to draw up an internal organisation scheme. Then, tensile tests were then performed on elementary fibres. Their mechanical behaviour displays a typical elasto-visco-plasticity as well as an initial non-linearity which has been attributed to an internal rearrangement of the cell wall constituents. The comparison with other natural fibres and the observation of fibre rupture surfaces allowed to corroborate this hypothesis. The study of fibres issued from two varieties and from different parts of the stems led to the conclusion that the median fibres exhibited optimal dimensions as well as higher mechanical properties than the apical or the basal ones. Finally, unidirectional composites made of flax fibres and polyester were processed by hand lay-up or by compression moulding, with several fibre volume fractions. They were tensile and flexural tested in order to determine their mechanical properties and their damage modes. The results show that flax fibres reinforced composites, in addition to their ecological benefit, are mechanically competitive compared to glass fibres reinforced composites

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Malgat, Richard. "Simulation bio-informatique de la structure des plantes pour la caractérisation de leurs propriétés mécaniques au niveau cellulaire". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAM068/document.

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Resumen

Dans le cadre de l'étude de la morphogénèse des plantes, bien que la génétique soit intensivement étudiée, le concept clé de rhéologie à différentes échelles : cellulaire, tissulaire ou de l'organisme entier, qui gouverne directement la croissance des organismes et devrait permettre la connaissance de l'évolution de la plante reste encore très pauvrement analysé.Ce travail porte ainsi sur la description des paramètres mécaniques des cellules de plantes, à travers la réalisation de modèles numériques physiques et réalistes de différents sous-domaines de l'organisme Arabidopsis thaliana. Dans ce projet, une approche systématique sera développée pour la réalisation de ces modèles où nos structures s'appuieront sur des données expérimentales (images des différents organes de la plante) décrivant précisément la structure interne d'A. thaliana, ce qui permettra l'obtention de structures et maillages réalistes.Ensuite l'étape de modélisation permettra d'une part de retrouver, à travers le champs de déformation de l'organe décrit, les caractéristiques mécaniques sous-jacentes au modèle, ce qui constitue une forme de problème inverse biologique complexe. Nous appliquerons cette méthodologie à différents sous-domaine de notre plante archétype, commençant par les jeunes tiges, puis les racines et enfin le meristème qui constitue la zone première de croissance de la plante.D'autre part, nous développerons un cadre théorique, sur lequel pourront s'appuyer les biologistes, décrivant un modèle d'organe d'A. thaliana réaliste, typiquement le meristème, et qui permettra de valider ou d'infirmer certaines hypothèses de manipulations encore sujettes à débat, notamment dans le cadre d'utilisation de microscope à force atomique afin d'extraire expérimentalement les propriétés mécaniques des tissus.Enfin, nous présenterons une nouvelle approche mécanique hiérarchique couplant des modèles de simulation à différentes échelles : Multifarious Hierarchy of Mechanical Models. Cette nouvelle approche est à la fois éclectique, car elle permet de coupler des modèles physiques variés (sans maillages, physique modale, éléments finis...), mais aussi flexible, car elle autorise la modularité des différents domaines des modèles sous-jacents, et enfin efficace par l'obtention de gains de performance et de temps face à des simulations éléments finis s'appuyant sur le même niveau de détail. Cette approche devrait permettre le développement d'algorithmes rapides pour les simulations physiques où un niveau de détail local est requis. Par exemple, elle pourrait s'appliquer aux simulations de microscope à force atomique décrites dans la partie précédente
Morphogenesis in plants is an active field of research. While genetics influence on plant shape has been extensively studied, rheology through scales: from cells to the whole organism through various tissues or organs, is still poorly analysed. Nevertheless, it should lead to the understanding of plants evolving, since it directly drives the organism growth.This work aims at understanding the mechanical caracteristics of plant cells, through several realistic and physically based models of various sub-domains of our plant archetype: Arabidopsis thaliana. In this project, a systematic approach has been developped, where the structures underlying such models rely on experimental data (images of different plant organs), describing precisely the inner structure of A. thaliana, which allows the use of realistic meshesfor our simulations.Then physical modelling allows us to retrieve, through the deformation field of different plant sub-domains, the mechanical properties underlying each type of structure described, which is a typical inverse problem form of a complex biological system. We apply this optimization methodology to several plant organs, beginning with embryonic stem, then with roots and finally with meristems, which constitute the zone where cells can divide and growthtypically takes place.Then, we develop a theoretical framework, on which biologists may rely, describing a realistic model of plant sub-system, typically a meristem. We hope that this conceptual framework will help experimentalists to validate some hypothesis regarding plant manipulations that are still subject to debate, as the use of Atomic Force Microscopy to experimentaly extract mechanical parameters from various plant tissues.Finally, we present a new approach coupling a coarse physically based simulation to a more detailed one : the Multifarious Hierarchiy of Mechanical Models. MHMMs are eclectics as they combine arbitrarily any type of physically based simulation (meshless, modal physics, Finite Elements, ...). Moreover, they are flexible as they allow the modularity of the various domainscontaining the underlying models. Finally MHMMs are much faster than full Finite Element simulation, at the same level of detail. This should allow the development of fast algorithm for local detailed simulation, as was the case for the numerical Atomic Force Microscope in previous part

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Bordeleau, François. "Microscopie de force photonique comme outil d'évaluation de la tension cellulaire au site d'adhésion focale". Master's thesis, Université Laval, 2007. http://hdl.handle.net/20.500.11794/19147.

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Rancourt-Grenier, Sébastien. "Simulation de déformation de globule rouge par des trappes optiques en trois dimensions". Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/27325/27325.pdf.

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Gasser, Stéphane. "Etude des propriétés acoustiques et mécaniques d'un matériau métallique poreux modèle à base de sphères creuses de nickel". Phd thesis, Grenoble INPG, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004438.

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Resumen

Cette thèse s'est focalisée sur un matériau cellulaire métallique modèle, dans le but de fournir à la fois un matériau candidat et des outils de conception d'un revêtement acoustique pour les tuyères de turbomachines. Le problème d'absorption acoustique a conduit à discuter une modélisation analytique descriptive disponible dans la littérature, puis à introduire une technique numérique permettant de prédire les propriétés acoustiques d'un matériau poreux. Pour répondre au besoin industriel de tenue structurale, les propriétés élastiques du matériau ont été calculées numériquement, et l'on a proposé une approche numérique de la microplasticité. Enfin, les outils numériques ainsi réalisés ont été utilisés dans un problème simplifié de conception et d'optimisation de revêtement acoustique.

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Couttenier, Elodie. "Candida albicans sur puce microfluidique : réponse des hyphes aux contraintes physiques et cycle cellulaire". Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLS032.

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Le pathogène opportuniste Candida albicans est l’un des plus importants champignons d’un point de vue clinique, responsable d’infections mucosales chez les individus sains ainsi que de sévères infections chez les patients immunodéficients. Une propriété remarquable de C. albicans est sa capacité à croître sous différentes morphologies, de la levure bourgeonnante ronde à de longs filaments appelés hyphes.Les mécanismes d’invasion fongique sont toujours faiblement compris, mais ils impliquent à la fois la pénétration des hyphes à travers les barrières épithéliales et la dissémination des levures dans la circulation sanguine.Ainsi les propriétés mécaniques de ce champignon semblent cruciales à sa virulence, et également sa capacité à percevoir son environnement et à répondre à diverses contraintes.Nous avons développé un dispositif microfluidique pour la mesure du module de flexion des hyphes.Les levures sont positionnées à l'entrée de microcanaux puis croissent sous forme hyphale.Un flux est ensuite appliqué de façon à courber les filaments, et le module de flexion ainsi que le module de Young sont calculés à partir de la déflexion.Nous avons trouvé que le module de la paroi des hyphes était d’une dizaine de micronewtons.En utilisant des puces microfluidiques, nous pouvons orienter les hyphes dans des microcanaux de différentes tailles afin d’étudier leur comportement sous confinement. De façon étonnante, un confinement 2D peut déclencher une transition d’une croissance rectiligne à une croissance sinusoïdale. Les caractéristiques de ces trajectoires spécifiques et les différentes conditions expérimentales permettant leur observation ont été étudiées. Des hélices en 3D ont également été observées dans des gels d’agar ou en relâchant la contrainte 2D. Plusieurs pistes pour expliquer ce comportement sont explorées comme la position d’un complexe de polarité à l’apex, le Spitzenkörper.Enfin, la progression du cycle cellulaire chez les hyphes est particulièrement intéressante et très bien régulée, mais pourtant très peu étudiée par rapport à celle des levures à fission ou bourgeonnantes. L’utilisation de microcanaux et de différents marquages (noyau, septum, microtubule) permet un suivi précis des différents événements du cycle, ce qui mène à une meilleure compréhension de la régulation ainsi que de la dynamique du cycle cellulaire chez les hyphes
The opportunistic pathogen Candida albicans is one of the most important fungi from a clinical point of view, responsible for mucosal diseases in healthy individuals up to severe infections in immunocompromised patients. A striking property of C. albicans is its ability to grow under distinct morphological forms, from the spherical budding yeast form to long filaments called hyphae.The mechanisms of fungal invasion are still poorly understood, but they involve both penetration of hyphae through the epithelial barriers and dissemination of yeasts in the bloodstream. Therefore, the mechanical properties of the fungus appear crucial to its virulence, as well as its ability to sense its environment and respond to various constraints.We developed a microfluidic device for the measurement of bending rigidity of hyphae.Yeasts are placed in front of microchannels and grow as hyphae.%Yeasts are first seeded and placed in front of microchannels where they are allowed to grow as hyphae, tThen a flow is applied to bend the filaments and the bending rigidity and Young’s modulus are computed from their deflection.We have found that the modulus of the hyphal cell wall ranges around ten of micronewtons.By using microfluidic devices, we can implement guidance of hyphae into microchannels of various sizes in order to probe their behavior under confinement. Surprisingly, a 2D confinement can trigger a switch from a normal straight growth to a sinusoidal growth. Studies of the characteristics of these specific trajectories and of different experimental conditions triggering them have been carried out. Helices in 3D have also been observed either in agar gel or immediately upon release of the 2D confinement. Several leads to explain this behavior are explored such as the position at the tip of the Spitzenkörper, a polarity complex in hyphae.Finally, the cell cycle progression in hyphae is quite interesting and very well regulated, but nevertheless poorly studied compared to the one in budding or fission yeasts.The use of microchannels and of various stainings (nucleus, septum, microtubules) allow a precise monitoring of the different events of the cycle, leading to a better understanding of the regulation and dynamics of cell cycle in hyphae

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Bauër, Pierre. "Mesures mécaniques et génération de forces de réseaux d’actine branchés avec des micro-cylindres magnétiques". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066428/document.

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Les travaux effectués dans cette thèse concernent la mécanique des gels d'actine branchés in vitro ainsi que leur processus de génération de forces contre des parois. Pour étudier ces effets, nous avons développé un nouveau montage expérimental, basé sur des mesures via l'auto assemblage de microcylindres superparamagnétiques sous un champ magnétique. Cela nous permet d'en déduire les relations entre force et vitesse des réseaux d'actine branchés, ainsi que de faire le lien entre force et mécanique, des sujets cruciaux en mécanique et en migration cellulaire
The work done during this tesis concerns the mechanics and force generation processes of branched actin networks reconstructed in vitro. To study these effects, we’ve developped a new experimental setup, based on self assembly of supermaramagnetic microcylinders under a magnetic force. This allows us to obtain relations between force and growth velocity of branched actin networks, as well as linking force generation with mechanics, which are crucial to understand cell mechanics and migration

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Ambrosini, Arnaud. "Étude du mécanisme de génération de forces mécaniques par les cellules apoptotiques et leur transmission au reste du tissu". Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30281.

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La morphogénèse épithéliale est une caractéristique clé du développement des organismes multicellulaires. Parmi les différents types d'évènement morphogénétique, la capacité à créer des invaginations est cruciale pour la mise en forme des organismes. Un aspect fondamental de la morphogénèse repose sur la capacité des cellules à exercer, échanger et résister aux stress mécaniques pour permettre la mise en forme des tissues. Au cours des décennies passées, l'importance des forces mécaniques générées au niveau des jonctions adhérentes et notamment sur le plan parallèle au plan apical a été largement démontrée. Cependant, le rôle des forces mécaniques générées sur un plan perpendiculaire au plan apical (dans l'axe apico/basal) est loin d'être aussi bien compris. Récemment, l'équipe a montré que les cellules apoptotique au sein de l'épithélium de patte de drosophile sont capables de générer une force apico/basale qui est requise pour la formation des plis distaux, préfigurant les articulations de la future patte. Même si le rôle d'une structure verticale d'acto-myosine (nommée câble) dans la génération de cette force, a été clairement démontré, rien n'est connu à propos de sa régulation ou du point d'ancrage que ce câble d'acto-myosine pourrait utiliser pour générer cette force. De plus, seuls les effets apicaux de cette force ont été étudiés. Mes travaux de thèses se sont articulés autour de deux objectifs principaux : (1) Déchiffrer les mécanismes intracellulaires requis pour le processus de génération de force apico-basal via le câble, en étudiant en parallèle les effets de la génération de force sur le processus apoptotique lui-même. (2) Etudier les conséquences de l'application de cette force mécanique sur le pôle basal de l'épithélium. Au cours de ma thèse, j'ai montré que pour exercer une force apico-basale, les cellules apoptotiques créent une structure apico-basale comprenant, de l'apical vers le basal : les jonctions adhérentes, un câble d'acto-myosine, le noyau et les jonctions basales.[...]
Epithelium morphogenesis is a key feature during the development of multicellular organism. Within morphogenetic events, the ability to create a fold is crucial to shape multicellular organism. A fundamental aspect of morphogenesis lies on the ability of cells to exert, exchange and resist mechanical stress in order to shape the tissue. During the past decades, the importance of mechanical force generated at the level of adherent junctions, parallel to the apical plan has been greatly elucidated. However, the role of mechanical forces generated perpendicular to the apical plan (in the apico/basal axe) is far from being understood. Recently, the team demonstrated that apoptotic cells in the leg disc epithelium of the drosophila, are able to generate an apico/basal force that is required for the fold formation that foreshadows the future articulation of the adult leg. Even if the role of acto-myosin structure in the generation of this force has been demonstrated, nothing is known about other regulators or even anchoring points that could help this structure in generating this force. Moreover, the effects of this force have only been observed for the apical side of the epithelium. My Phd aims at two goals: (1) Deciphering the intracellular structure that are required for this force generation process and the possible effect of force generation for the apoptotic process per se.(2) Analysing the consequences of those forces on the basal side of the epithelium. During my Phd, I have shown that in order to exert an apico/basal force, the apoptotic cell needs to generate an apico/basal structure comprising from the apical to the basal: adherent junctions, acto-myosin cable, nucleus and basal adhesions. More precisely, I observed that acto-myosin structures called "cables" that have been implicated in the force generation process, spawn from the adherent junctions and grows progressively until reaching the nucleus of the cell. I observed that apoptotic cells have a basally localised nucleus. Following that, I observed that nucleus is anchored by a basal actin meshwork, that restraints apoptotic nucleus movements. What is more, I observed that apoptotic cells maintain basal cell/matrix adhesions. [...]

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Arnaud, Laurent. "Pâte crue de béton cellulaire, approches théorique et expérimentale : l'homogénéisation, le vibroscope". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0291.

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Ce travail est une contribution à l'étude des propriétés mécaniques de la pâte crue de béton cellulaire. La première partie présente le processus de fabrication et les propriétés du béton cellulaire autoclave. La deuxième partie, expérimentale et théorique, étudie les propriétés rhéologiques de la boue de sable composant majoritaire du béton cellulaire. Sollicitée en cisaillement, la suspension présente un seuil de contrainte, lie au frottement sec interparticulaire et s'écoule avec une viscosité tangente croissant avec la concentration en particules et la viscosite du fluide newtonien. La viscosite relative, rapport entre la viscosite de la suspension et celle du fluide solvant semble être indépendante de cette dernière. La troisième partie présente le travail relatif à la pate crue de béton cellulaire. Un nouveau dispositif, le vibroscope, a été mis au point au laboratoire. Il permet le suivi et la caractérisation mécanique du matériau durant sa prise. Des ondes planes de compression, a basses fréquences, sont générées dans la pâte, et trois capteurs de pression dynamique plonges dans le matériau permettent d'enregistrer les signaux. Les grandeurs obtenues (célérité, atténuation et rapport des contraintes normales dans deux directions orthogonales) caractérisent le comportement rhéologique. Ensuite, une approche par homogénéisation du fluide à bulles est développée. Elle conduit à la loi de comportement d'un fluide compressible isotrope, faisant intervenir une viscosité de cisaillement liée à la viscosité du fluide, et une viscosité de volume liée au cisaillement du fluide au niveau de la cellule sous sollicitation isotrope. Le vibroscope est adaptable à l'étude d'autres matériaux évolutifs, hétérogènes (béton mousse, mortiers,. . . ). Une phase gazeuse, même peu importante, suffit à générer une variation significative de la compressibilité en cours de prise

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Fiola, Marie-Christine. "Mécanotransduction endothéliale en réponse à un flux pulsatile dans un substitut vasculaire obtenu par génie tissulaire". Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26507/26507.pdf.

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Marmottant, Ariane. "Structure et propriétés de mousses d'aluminium élaborées par réplication de préforme de sel". Grenoble INPG, 2006. http://www.theses.fr/2006INPG0188.

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Cette thèse étudie l'influence d'une variation de structure dans des mousses d'Aluminium sur ses propriétés mécaniques (module d'Young et limite élastique). Des mousses d'Aluminium pur sont élaborées par réplication de préformes de sel. Cette méthode comporte trois étapes: (i) l'élaboration d'une préforme de sel NaC1 poreuse de densité contrôlée, (ii) l'infiltration de cette préforme par de l'aluminium liquide, (iii) la dissolution du sel. Afin de faire varier la structure de la mousse, la préforme de sel est densifiée soit par compaction, soit par frittage, et différentes tailles et formes de sel sont utilisées. La structure des mousses est caractérisée par micro-tomographie aux rayons X et analyse d'image 3D. Il est montré que les mousses répliquées présentent une transition structurale lorsque leur densité varie. Cette transition est à l'origine d'un comportement mécanique «original» pour des mousses à porosité ouverte. Une adaptation du modèle de Gibson et Ashby est proposée afin de relier la transition structurale observée et les variations du module d'Young
The present work investigates the influence of structural fluctuations on the mechanical properties of aluminium foams (Young's modulus and yield stress). Aluminium foams are produced using salt patterns. This method consists in: (i) the processing of a porous salt pattern (sodium chloride), the density of which is controlled, (ii) the infiltration of this pattern by molten aluminium, (iii) the leaching of the salt. Ln order to vary the foam structure, the pattern is densified using isostatic compaction or sintering; different salt shapes and sizes are also used. The foam structure is characterised by X-ray microtomography and three-dimensional analysis. It is observed that replicated foams display a structural transition as their relative density increases. This transition causes the mechanical behaviour to be unusual. An adaptation of the Gibson and Ashby model is proposed to link the structural transition and the Young's modulus evolutions

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Hayer, Benoît d'. "Étude des propriétés physiques et mécaniques de microsphères d'alginate au cours d'un cycle de congélation-décongélation et application pour la cryoconservation de cellules souches mésenchymateuses encapsulées". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCB015.

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La thérapie cellulaire et les médicaments de thérapie innovante sont des solutions prometteuses pour la régénération des tissus ou organes présentant des défauts fonctionnels ou organiques. Avant le stade de l'insuffisance cardiaque terminale (stade IV NYHA) suite à un infarctus du myocarde, l'implantation d'un patch de fibrine cellularisé avec des progéniteurs myocardiques sur le site de nécrose de l'infarctus, est l'une des perspectives qui permettrait de régénérer un muscle cardiaque fonctionnel et apparait comme étant une alternative nouvelle avec notamment un essai clinique de phase I en cours (ESCORT : NCT02057900). Cependant, cette thérapie innovante présente de réelles contraintes, parmi lesquelles, un protocole nécessitant, i) une utilisation pour la production de cellules progénitrices myocardiques CD15+, de DMSO, de sérum foetal bovin, de trypsine porcine, de fibroblastes murins pouvant être la source d'une contamination chimique ou microbiologique, ii) une caractérisation importante des cellules produites, pour déterminer leur viabilité, leur pureté, leur état de différenciation, iii) d'implanter le patch de fibrine cellularisé dans un délai limité avant l'obtention des résultats de stérilité et d'endotoxines, iv) d'inciser le péricarde et de former une poche, geste chirurgical très invasif, afin d'implanter le patch cellularisé. Avec l'objectif de limiter ces contraintes et de renforcer la sécurisation pharmaceutique de ce médicament de thérapie innovante, les différents axes de ce travail ont porté sur i) l'ajout, juste avant l'implantation, d'une étape de cryoconservation des cellules dans un milieu sans sérum et sans DMSO, mais avec des agents cryoprotectants de qualité pharmaceutique. L'avantage apporté par la cryoconservation étant de rendre possible une production par lot, et la réalisation des contrôles sans contrainte de temps avant l'implantation, ii) la vectorisation des cellules par une encapsulation dans des microsphères formant une suspension injectable et permettant une implantation directement au travers du péricarde et immédiatement après la décongélation, iii) l'utilisation de polymères bioadhésifs afin de maintenir les microsphères au site d'implantation. Dans un premier temps, ce travail a permis d'identifier l'alginate de sodium de faible viscosité à 1,2% comme polymère pour réaliser l'encapsulation à l'aide d'une buse vibrante de 120 µm de diamètre. La nature et la concentration d'agents cryoprotectants ont également été définies. Les agents cryoprotectants ont été sélectionnés parmi les oses (glucose, saccharose, tréhalose), les polyols (glycérol, mannitol, sorbitol) et l'urée, à une concentration permettant d'atteindre une osmolarité totale de 500 mOsm/L pour abaisser le point de congélation de l'eau. Enfin le chitosane de faible viscosité à 0,5% a été utilisé comme polymère bioadhésif de surface pour maintenir les propriétés mécaniques et la forme des microsphères après la congélation. Dans un second temps, une évaluation biologique a permis de mesurer l'impact des étapes du procédé d'encapsulation et de cryoconservation, sur des cellules souches mésenchymateuses humaines utilisées comme modèle. Il a ainsi été possible d'optimiser le protocole ce qui a eu pour effet d'augmenter la viabilité, évaluée après encapsulation et congélation par une analyse en cytométrie de flux avec le 7AAD, de moins de 5% à environ 35%
Cell therapy and advanced therapy medicinal products are promising solutions for the regeneration of tissues or organs with functional or organic defects. Before the terminal heart failure stage (stage IV NYHA) following a myocardial infarction, the implantation of a cellularized fibrin patch with myocardial progenitors at the location of the infarct necrosis, is one of the perspectives that would allow a functional heart muscle to regenerate and appears to be a new alternative, in particular, with an ongoing Phase I clinical trial (ESCORT : NCT02057900). However, this innovative therapy presents real constraints, among which, a protocol requiring, i) the use for the production of CD15+ myocardial progenitor cells of, DMSO, bovine fetal serum, porcine trypsin, and murine fibroblasts which may be the source of chemical or microbiological contamination, ii) an important characterization of the produced cells, to determine their viability, purity, and state of differentiation, iii) to implant the cellularized fibrin patch within a limited time frame before getting the results of sterility and endotoxins, iv) to incise the pericardium and to form a pouch, a very invasive surgical gesture, in order to implant the cellularized patch inside. With the objective of limiting these constraints and strengthening the pharmaceutical safety of this innovative therapy medication, different axes of this work have focused on i) the addition, just before the implantation, of a step of cryopreservation of the cells in a medium without serum and without DMSO, but with pharmaceutical-grade cryoprotectants. The advantages of cryopreservation is to allow production in batches, and controls to be carried out without time constraints before the implantation, ii) the vectorization of the cells by encapsulation in microspheres forming an injectable suspension and allowing direct implantation through the pericardium immediately after thawing, iii) the use of bioadhesive polymers to maintain the microspheres at the location of the implantation. This study initially enabled to identify a low-viscosity sodium alginate at 1.2% as a polymer being used for the encapsulation with the use of a vibrating nozzle which diameter is of 120 µm. The nature and the concentration of the cryoprotectants have also been defined. The cryoprotectants were selected from oses (glucose, sucrose, trehalose), polyols (glycerol, mannitol, sorbitol) and urea, at a concentration which achieves a total osmolarity of 500 mOsm/L in order to lower the freezing point of water. Finally, low viscosity chitosan at 0.5% was used as a bioadhesive polymer at the surface of the microspheres to maintain their shapes and mechanical properties after freezing. In a second step, a biological evaluation allowed to measure the impact of the encapsulation and the cryopreservation processes, on human mesenchymal stem cells used as a model. It was thus possible to optimize the protocol, which in return increased the viability ; evaluation made after encapsulation and freezing by a flow cytometry analysis with 7AAD ; from less than 5% to about 35%

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Petit, Clémence. "Etude des propriétés mécaniques de matériaux cellulaires par la tomographie aux rayons X et par modélisation par éléments finis". Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0130/document.

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Resumen

Les matériaux cellulaires sont des échantillons à très forte porosité qui peuvent être décrits à deux échelles : la mésostructure et la microstructure. Le lien entre l'architecture des matériaux et les propriétés mécaniques a été largement étudié dans la littérature. Les caractéristiques microstructurales peuvent avoir une influence importante sur les propriétés macroscopiques. Le but de ce travail est de relier les caractéristiques architecturales et microstructurales des matériaux cellulaires à leurs propriétés mécaniques grâce notamment à la tomographie aux rayons X. Une nouvelle approche combinant l'imagerie 3D à plusieurs résolutions, le traitement d'images et la modélisation éléments finis a permis de prendre en compte la microstructure de la phase solide. Quatre matériaux cellulaires modèles ont ainsi été étudiés : des mousses d'aluminium, des structures cellulaires périodiques en alliage de cobalt-chrome, des échantillons de β-TCP et des composites hydroxyapatite/β-TCP. Les matériaux métalliques ont été fournis par des collègues d'autres laboratoires, tandis que les matériaux céramiques ont été fabriqués dans le cadre de cette étude. Pour chaque type de matériaux (métaux et céramiques), une structure régulière et une stochastique ont été comparées. Pour utiliser la méthode multi-échelle développée dans ce travail, les échantillons ont d'abord été scannés grâce à la tomographie locale dans laquelle l'échantillon est placé près de la source de rayons X. La tomographie locale permet de scanner la petite partie irradiée de l'échantillon et d'obtenir une image agrandie par rapport aux images à plus basse résolution. Ces images permettent d'observer certains détails de la phase solide non visibles à plus basse résolution. Différentes étapes de traitement d'images ont ensuite été mises en œuvre pour obtenir une image à basse résolution incluant les informations provenant des images à haute résolution. Ceci a été réalisé grâce à une série d'opération de seuillage et sous-résolution des images à haute résolution. Le résultat de ces différentes étapes de traitement d'images donne une image de l'échantillon initial à basse résolution mais qui inclut l'information supplémentaire décelée à haute résolution. Ensuite, des essais mécaniques in situ ont été réalisés dans le tomographe pour suivre à basse résolution l'évolution des échantillons pendant la déformation. Les images initiales citées plus haut ont été utilisées pour produire des maillages éléments finis. Des programmes Java ont été adaptés pour créer des fichiers d'entrée pour les modèles éléments finis à partir des images initiales et des maillages. Les images initiales contenant les informations à propos de la phase solide, les images des essais mécaniques et les modèles éléments finis ont permis d'expliquer le comportement mécanique des échantillons en reliant les sites d'endommagement expérimentaux et les lieux de concentrations de contraintes calculés
Cellular materials are highly porous systems for which two scales are mainly important: the mesostructure and the microstructure. The mesostructure corresponds to the architecture of the materials: distribution of solid phase “walls” and macroporosity and can be characterized by X-ray tomographic low resolution images. The link between the architecture of the materials and the mechanical properties has been frequently studied. The microstructure refers to the characteristics of the solid phase. Its microstructural features (presence of a secondary phase or of defects due to the sintering) can have a strong influence on the macroscopic properties. The aim of this work is to link the morphological and microstructural features of metallic and ceramic based cellular materials and their mechanical properties thanks to X-ray tomography and finite element modelling. A new method combining X-ray tomography at different resolutions, image processing and creation of finite element modelling enabled to take into account some microstuctural features of the cellular samples. Four different cellular materials were studied as model materials: aluminium foam fabricated by a liquid state process, cobalt periodic structures made by additive manufacturing, β-TCP porous samples fabricated by conventional sacrificial template processing route and hydroxyapatite/β-TCP composites made by additive manufacturing (robocasting). The metal based materials were provided by colleagues while the ceramic based porous materials were fabricated in the frame of the current study. For each type (metals or ceramics), a stochastic and a regular structure have been compared. For implementing the multiscale method developed in this work, the samples were firstly scanned in a so called “local” tomography mode, in which the specimen is placed close to the X-ray source. This allowed to reconstruct only the small irradiated part of the sample and to obtain a magnified image of a subregion. These images enable to observe some details which are not visible in lower resolution. Different image processing steps were performed to generate low resolution images including microstructural features imaged at high resolution. This was done by a series of thresholding and scaling of the high resolution images. The result of these processing steps was an image of the initial sample. Then, in situ mechanical tests were performed in the tomograph to follow the deformation of the sample at low resolution. The above mentioned initial images were used to produce finite element meshes. Special Java programs were adapted to create finite element input files from initial images and meshes. The initial images containing information about the solid phase, the images from the mechanical tests and the finite element models were combined to explain the mechanical behaviour of the sample by linking the experimental damage locations in the sample and the simulated stress concentration sites

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Pasti, Gabriella. "Etude du rôle des propriétés mécaniques des cellules de l'épiderme au cours de l'allongement des embryons de C. elegans". Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAJ068.

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Resumen

Mon travail se concentre sur la morphogenèse épithéliale pendant l’élongation embryonnaire de C. elegans. Ce processus s’appuie sur la transmission de signaux mécaniques, jouent un rôle essentiel également au cours de l’homéostasie tissulaire. Le gène pak-1 joue un rôle essentiel au cours des tels processus à la fois chez l’homme et dans l’élongation chez C. elegans. Nous avons montré que α-spectrine (SPC-1) est un nouveau partenaire de la kinase PAK-1. Pendant mon doctorat, j’ai confirmé que la perte simultanée de PAK-1 et de SPC-1 induit des défauts sévères d’élongation, impliquant une rétractation et un collapse général de l’embryon et suggèrent la présence de défauts biomécaniques. Mon travail était destiné à déterminer comment la perte de PAK-1 et SPC-1 influence le comportement mécanique des cellules épidermales. Cette étude permettra de mieux d’établir le rôle de SPC-1 et de PAK-1 dans la morphogenèse épithéliale et de mieux comprendre la régulation des propriétés mécaniques des cellules dans un contexte vivant
I study epithelial morphogenesis during C. elegans embryonic elongation. This process depends on mechanical cues that also influence tissue homeostasis. The pak-1 gene plays an essential role equally during such processes in human and during C. elegans elongation. Our work identified α-spectrin (SPC-1) as a new interactor of the kinase PAK-1. During my PhD I confirmed that the simultaneous lack of PAK-1 and SPC-1 induces serious elongation defects, including a retraction and general collapse of the embryo and suggests that the mechanical properties of the epidermis are modified. My work aimed to determine how the simultaneous lack of PAK-1 and SPC-1 could influence these processes. Such studies would allow to better establish the role of SPC-1 and PAK-1 during epithelial morphogenesis and to better understand the regulation of cellular mechanical properties in the living organisms

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Simon, Anne. "Intérêt de la microscopie de force atomique sur la biofonctionnalisation de matériaux : caractérisation du greffage et de l'adhésion cellulaire". Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12583.

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Resumen

Cette étude se situe dans le contexte de la conception de biomatériaux biofonctionnalisés. Nous proposons ici de développer de telles surfaces par le greffage d'une monocouche de peptides adhésion de type RGD. Le greffage du peptide est ainsi bien établi et caractérisé par mouillabilité, XPS, PM-IRRAS, et MFA. La seconde stratégie consiste à adsorber des protéines adhésives sur des surfaces de silice silanisée. La MFA montre ensuite sa potentialité dans létude de cellules vivantes, dans leur milieu de culture. Différents états d'adhésion de ces cellules sont établis suivant la surface de dépôt. La perte d'adhérence est testée pour chaque condition envisagée, en appliquant une force extérieure avec la sonde du MFA. L'évolution du comportement dynamique des cellules est ensuite suivie. Nous présentons enfin une nouvelle approche pour corréler les propriétés mécaniques des cellules osseuses à leur état d'adhésion, à partir de l'analyse d'images obtenues par MFA.

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Hallou, Adrien. "Propriétés émergentes des systèmes pluricellulaires hétérogènes". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC023.

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Resumen

Dans la première partie de cette thèse, nous étudierons l’impact de l’hétérogénéité tumorale sur les phénomènes d’invasion collective des cellules cancéreuses et de dissémination métastatique.L’hétérogénéité des populations cellulaires tumorales est observée dans la plupart des lésions cancéreuses solides. Cependant, son impact sur le phénomène de métastase – élément prépondérant dans l’établissement du pronostic vital du patient – demeure à ce jour mal compris. En utilisant un modèle numérique minimal de tumeur, nous avons cherché à déterminer quel était l’impact de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques des cellules cancéreuses sur leur invasion dans les tissus sains entourant la tumeur. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux différences de mobilité cellulaire au sein des diverses populations cellulaires composant une tumeur. Nos travaux établissent un lien de causalité entre l’hétérogénéité tumorale et la dissémination métastatique. De plus, ils permettent de reproduire un certain nombre de morphologie d’invasion cancéreuse telles que des protrusions pluricellulaires en forme de « doigts » ou d’agrégats. Nos expériences in silico démontrent que deux mécanismes complémentaires sont à l’œuvre au sein des tumeurs hétérogènes. Une faible proportion de cellules leaders, possédant une force mobile plus élevée, est capable d’initier et de diriger l’invasion cancéreuse, alors que les effets de mouvements collectifs au sein de la tumeur fournissent la coordination mécanique nécessaire à un phénomène d’invasion collectif continu. Ces résultats suggèrent que la dynamique d’invasion collective observée durant le processus de métastase est un phénomène universel. Celui-ci est propre aux populations de cellules aux propriétés mécaniques hétérogènes, et peut être décrit en se fondant sur un nombre limité d’hypothèses physiques, et ce malgré l’importante variabilité génétique et phénotypique qui caractérise les pathologies cancéreuses.Dans la seconde partie de cette thèse, nous continuerons à étudier l’impact de l’hétérogénéité des propriétés cellulaires, cette fois à l’échelle d’un organisme pluricellulaire et non pas seulement d’un tissu. Nous nous intéresserons au développement de l’amibe sociale Dictyostelium discoideum. Lorsque les amibes sont privées de nourriture, elles forment des agrégats pluricellulaires nommés slugs,dans lesquels les cellules initialement identiques se différencient et se ségrèguent en deux populations distinctes : les cellules prespores, à l’arrière, et les cellules prestalks, à l’avant. La formation de ce motif spatial est caractérisé par une homéostasie des proportions des types cellulaires, qui demeurent quasi constants malgré les variations importantes du nombre de cellules au sein des agrégats. Si différents modèles ont été proposés pour expliquer l’origine de ce phénomène, il demeurait nécessaire de mettre en place des expériences quantitatives afin de confirmer ou d’infirmer ces modèles. Dans ce but, nous avons développé et caractérisé une nouvelle souche cellulaire de Dictyostelium, AX2-PYR, utilisant des sondes fluorescentes génétiquement encodées permettant de distinguer les différents types cellulaires au sein des slugs. Nos résultats démontrent l’invariance du motif prespore/prestalk avec la taille des slugs sur quatre ordres de grandeur, et mettent en évidence l’existence d’un mécanisme actif de régulation des proportions reposant sur les communications intercellulaires
In the first part of this thesis, we study the impact of tumour heterogeneity on cancer collective invasion and metastatic dissemination. Heterogeneity within tumour cell populations is commonly observed in most solid tumours, but its impact on metastasis, one of the primary determinants of the disease prognosis, remains poorly understood.Working with a simplified numerical model of tumour spheroids, weinvestigate the impact of mechanical heterogeneity of tumour cells on the onset of tumour invasion into surrounding tissues, focusing more particularly on the influence of differences in cell motility. Ourwork establishes a positive link between tumour heterogeneity and metastatic dissemination, and recapitulates a number of invasion patterns identified in vivo, such as multicellular finger-like protrusionsor tumour cell clusters. In our in silico experiments, we demonstrate that two complementary mechanisms are at play in heterogeneous tumours: a small proportion of stronger cells with a higher motile force are able to initiate and lead the escape from the tumour, while collective effects in the bulk of the tumour provide the coordination required to sustain the invasive process through multicellular streaming. This suggests that the multicellular dynamics observed during metastasis is a generic feature of mechanically heterogeneous cell populations and might rely on a limited and generic set of physical assumptions shared by most tumours in spite of the genetic and phenotypic variability amongst patients and pathologies.In the second part of our work, we continue to explore the impact of heterogeneity on population scale behaviours of multicellular systems, focusing on the development of the social amoeba Dictyosteliumdiscoideum. Under starvation Dictyostelium cells form multicellular aggregates named slugs where amoeba cells differentiate and segregate into two distinct spatial zones, the prespore (rear) and prestalk (front) cells regions. This developmental pattern is characterized by an homeostasis of cell-type proportions with respect to slug size and external perturbations. Different models have been proposed to explain theorigin and regulation of this pattern, but quantitative experiments were still needed to decipher between the proposed mechanisms. To quantitatively investigate cell differentiation and spatial patterning in live multicellular aggregates, we developed and characterized a new stable cell line, AX2-PYR, using genetically encoded fluorescent reporters of cell differentiation into prespore and prestalk cells. Our results demonstrate the scaling of the prespore/prestalk pattern over more than three orders of magnitude in slug size, and show the existence of a proportion regulation mechanism which might rely on cell-cell communications

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De, Lopez Sophânara S. "Contribution à la définition d'une filière intégrée de valorisation des pailles de céréales : étude de l'impact d'une pré-extraction alcaline des hémicelluloses sur la production de pâte à papier". Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT017G.

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Le travail presente s'inscrit dans une demarche de raffinage vegetal visant la valorisation des biopolymeres constitutifs des pailles de cereales via la filiere papetiere. Le procede d'extraction et de cuisson integre (eci) propose est base sur le procede de cuisson papetiere soude-anthraquinone (saq). Il permet la pre-extraction des hemicelluloses en amont de la production de pate a papier a partir de paille d'orge. L'objectif de ce travail consiste a determiner l'impact de la pre-extraction sur les differents aspects du procede papetier. La mise en uvre d'une methodologie basee sur les plans d'experiences permet de lier les conditions d'extraction aux resultats de cuisson, rendant possible la comparaison des procedes saq et eci au niveau de la delignification de la paille et des proprietes physico-mecaniques des pates. L'extraction alcaline facilite la cuisson eci. Mais les conditions d'extraction favorables aux meilleurs rendements en hemicelluloses rendent les cuissons eci plus degradantes pour les pates. L'optimisation des parametres d'extraction permet d'atteindre un bon compromis entre le rendement en hemicelluloses et la qualite des pates. Ainsi 57 a 67% des hemicelluloses de la paille sont extraites, pouvant etre utilisees comme substrat xylanique pour des valorisations chimiques et/ou biochimiques. La qualite des pates eci resultantes est equivalente a celle des pates de pailles de cereales. Un bilan massique comparatif est propose entre les procedes saq et eci. Le suivi de la silice et des pentoses tout au long du procede eci suggere la possibilite de rendre plus performantes les operations de combustion/regeneration des liqueurs noires et la mise en uvres des pates. Une alternative a la combustion des liqueurs noires est proposee par le couplage du procede eci avec le fractionnement des liqueurs noires, permettant la recuperation des lignines. Ce couplage complete la definition d'une filiere integree valorisant cellulose, hemicelluloses et lignines

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Clair, Bruno. "Etude des propriétés mécaniques et du retrait au séchage du bois à l'échelle de la paroi cellulaire : essai de compréhension du comportement macroscopique paradoxal du bois de tension à couche gélatineuse". Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008857.

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Des mesures de contraintes de croissance, de module élastique aux états saturé et sec, de point de saturation des fibres et de retrait au séchage sont réalisées sur 96 petits échantillons de châtaigner caractérisés dans l'arbre par une précontrainte allant d'une légère compression jusqu'à une forte tension. Sur ces échantillons, des observations anatomiques ont permis de déterminer le pourcentage de fibres à couche gélatineuse (couche G). L'influence de ces fibres atypiques sur les propriétés macroscopiques du bois est examinée et discutée. Les propriétés de ces fibres dans des conditions théoriques isolées sont ensuite déterminées par un modèle simple.
Les fibres à couche G semblant être le moteur du fort retrait axial du bois de tension, une observation du comportement au séchage à l'échelle de la paroi cellulaire est mise au point. Des observations en microscopie électronique à balayage et en microscopie à force atomique montrent que, en plus de son fort retrait transverse, la couche G a aussi un très fort retrait longitudinal. Une approche simple de modélisation par éléments finis est proposée pour rendre compte des phénomènes observés.
Afin de récolter des données pour la modélisation, deux outils complémentaires sont mis au point pour une estimation des propriétés élastiques et viscoélastiques des couches de la paroi cellulaire. La réalisation d'un microscope acoustique en transmission et l'utilisation de la microscopie atomique en mode contact vibrant permettent d'envisager la caractérisation quantitative des propriétés mécaniques à l'échelle de la paroi dans différentes conditions d'humidité.

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Sereni, Nicolas. "Hydrogels physiques tubulaires pour la spermatogenèse ex vivo". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1307.

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Au cours des 30 dernières années, d'importants progrès ont été faits dans le domaine de l'oncologie. Les cancers pédiatriques ont été les grands bénéficiaires des progrès des thérapies anticancéreuses et aujourd'hui, le cancer de l'enfant peut être soigné, dans les pays développés, dans 75 à 80% des cas. Cependant, ces thérapies sont connues pour leurs effets gamétotoxiques, et seulement 33 % des garçons qui ont survécu à leur cancer durant l'enfance produisent du sperme de bonne qualité une fois arrivé à l'âge adulte. Actuellement, la seule mesure de préservation envisageable pour ces enfants est de procéder à un prélèvement et à une cryoconservation de tissu testiculaire. Aujourd'hui, il est donc important de mettre au point un procédé capable de produire des spermatozoïdes à partir de tissus testiculaire dans le but de restaurer leur fertilité. Pendant plusieurs décennies, les biologistes de la reproduction ont essayé de développer une technologie pour accomplir in vitro la spermatogenèse chez les mammifères. Malgré des investissements importants dans la recherche, aucune méthode n'a permis de reproduire in vitro l'ensemble de ce processus chez l'homme. Dans cette étude, la société de biotechnologie Kallistem a développée, en collaboration avec des partenaires académiques incluant le laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (projet ARTIS financé par la Canceropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) un système de culture tridimensionnel constitué d'un hydrogel de chitosane capable de réaliser in vitro l'ensemble de la spermatogenèse chez différents mammifères incluant l'homme. Le système de culture 3D est un hydrogel physique de chitosane sous forme de tube obtenu après neutralisation d'une solution aqueuse de chitosane, sans aucun agent réticulant. Avantageusement, le tissu testiculaire est confiné dans la lumière du tube ce qui permet de conserver l'architecture 3D in vivo des tissus. L'influence de plusieurs paramètres structuraux du chitosane et de paramètres liés au procédé d'élaboration sur la microstructure, les propriétés mécaniques et de diffusion des hydrogels a été évaluée, dans le but d'optimiser la capacité du système de culture à assurer la survie et la différentiation cellulaire
During the past 30 years, huge progress has been performed in the field of oncology. In particular, pediatric cancers have been the beneficiaries and can now achieve cure rates of 75-80% in developed countries. However, cancer therapies are known for their gametotoxic effects and only 33% of male children who have survived cancer during childhood produce sperm of normality quality when they are adults. Currently, the only feasible conservation protocol for these boys is to make a collection and cryopreservation of their testicular tissue. There is thus a need to provide a process enabling to produce spermatozoa starting from testicular tissue in order to restore fertility. For several decades, reproductive biologists have been trying to develop a technology to achieve spermatogenesis in vitro in mammals. Despite sustained investment in research, no method has now reproduced in vitro this entire process in humans. In this work, Kallistem (Biotech Company) has developed, in collaboration with academic laboratories including “Polymer Materials Engineering” laboratory (project ARTIS financed by the Cancéropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) a 3D culture system made of chitosan hydrogel enabling to make a complete spermatogenesis in vitro in several mammals including human. The 3D culture system is a tube of chitosan physical hydrogel obtained from neutralization of aqueous chitosan solution, without any external cross-linking agent. Advantageously, the testicular tissue is confined in the lumen of tube which enables to reproduce in vivo 3-dimensional architecture. The impact of several material and processing parameters on microstructure, mechanical and diffusion properties of resulting hydrogels was evaluated, in order to optimize the culturing and maturation ability of 3D culture system

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Goudenhooft, Camille. "Multi-scale characterization of flax stems and fibers : structure and mechanical performances". Thesis, Lorient, 2018. http://www.theses.fr/2018LORIS500/document.

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Le lin (Linum usitatissimum L.) est une plante aux intérêts multiples. Sa tige est source de fibres, depuis longtemps utilisées dans le domaine du textile. Ce potentiel économique justifie la sélection variétale du lin en vue de développer des variétés plus riches en fibres et offrant une meilleure résistance aux maladies et la verse. Plus récemment, les fibres de lin ont vu leur utilisation s’étendre au renfort de matériaux composites grâce à leurs étonnantes propriétés mécaniques et morphologiques. Ces propriétés singulières s’expliquent grâce à leur développement et à leurs fonctions dans la tige. Ainsi, ce travail de thèse propose une caractérisation multi-échelle du lin, de la tige jusqu’à la paroi cellulaire de la fibre, afin de comprendre le lien entre les paramètres de croissance de la plante, le développement des fibres et leurs propriétés. L’architecture générale d’une tige de lin est explorée, ainsi que les conséquences de la sélection variétale sur cette structure et sur les propriétés des fibres. De plus, l’évolution des propriétés mécaniques des parois de fibres au cours de la croissance de la plante et de la phase de rouissage est caractérisée. En complément, la contribution des fibres à la rigidité en flexion d’une tige est mise en évidence, de même que leur rôle dans la résistance des tiges au flambage. Enfin, l’influence des conditions de culture sur les architectures des tiges et propriétés des fibres est étudiée par le biais de cultures en serre ou encore en simulant un phénomène de verse. Cette approche originale met en valeur les caractéristiques remarquables du lin qui en font un modèle de bioinspiration pour les matériaux composites de demain
Flax (Linum usitatissimum L.) is a plant with multiple interests. Its stem provides fibers, which have long been used in the textile industry. The economic potential of flax explains its varietal selection, aiming at developing varieties exhibiting higher fiber yields as well as greater resistance toward diseases and lodging. More recently, flax fibers have been dedicated to the reinforcement of composite materials due to their outstanding mechanical and morphological properties. These singular characteristics are related to fiber development and functions within the stem. Thus, the present work offers a multi-scale characterization of flax, from the stem to the fiber cell wall, in order to understand the link between plant growth parameters, the development of its fibers and their properties. The general architecture of a flax stem is investigated, as well as the impact of the varietal selection on this structure and on fiber performances. Moreover, changes in mechanical properties of fiber cell walls over plant growth and retting process are characterized. In addition, the fiber contribution to the stem stiffness is highlighted, as well as the fiber role in the resistance of the stem to buckling. The influence of culture conditions on stem architecture and fiber features is also studied through cultivations in greenhouse and by simulating a lodging event. This original approach emphasizes the uncommon characteristics of flax, which make this plant an instructive model toward future bioinspired composite materials

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Petrolli, Vanni. "Confinement induced transition between wave-like cellular migration modes". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY056.

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La capacité des cellules à générer spontanément de l'ordre a l’échelle supra cellulaire repose sur l'interaction de signaux mécaniques et biochimiques. Si le consensus général est que la signalisation chimique est le régulateur principal du comportement cellulaire, il est aujourd’hui bien établi que l'impact des facteurs mécaniques est primordial sur des processus fondamentaux de la physiologie cellulaire tel que la différenciation, la prolifération, la motilité et qu’une dérégulation des paramètres mécaniques du microenvironnement des cellules sont impliqués dans un grand nombre de pathologies allant du cancer aux myopathies. Dans ce contexte, plusieurs études ont récemment mis en évidence l'existence d’ondes mécaniques se propageant à l’échelle supra-cellulaire.Nous étudions dans le cadre de cette thèse l'origine de ces ondes de vitesse dans les tissus et discutons leur origine biologique. En pratique, nous confinons des monocouches de cellules épithéliales à des géométries quasi unidimensionnelles, pour forcer l'établissement presque omniprésent d'ondes au niveau tissulaire. En accordant la longueur des tissus, nous découvrons l'existence d'une transition de phase entre les oscillations globales et multi-nodales, et prouvons que dans ce dernier régime, longueur d'onde et période sont indépendantes de la longueur de confinement. Ces résultats démontrent que l’origine de ces oscillations est intrinsèque au système biologique, ce mécanisme apparait comme un candidat pertinent permettant aux cellules de mesurer avec précision des distances au niveau supra-cellulaire et potentiellement de structurer spatialement un tissu. Des simulations numériques basées sur un modèle de type Self-propelled Voronoi reproduisent la transition de phase que nous avons observé expérimentalement et aident à guider nos recherches sur l'origine de ces phénomènes ondulatoires et leur rôle potentiel dans l'apparition spontanée des follicules pileux dans les explants cutanés des souris
The ability of organisms to spontaneously generate order relies on the intricate interplay of mechanical and bio-chemical signals. If the general consensus is that chemical signaling governs the behavior of cells, an increasing amount of evidence points towards the impact of mechanical factors into differentiation, proliferation, motility and cancer progression. In this context, several studies recently highlighted the existence of long-range mechanical excitations (i.e. waves) at the supra-cellular level.Here, we investigate the origins of those velocity waves in tissues and their correlation with the presence of boundaries. Practically, we confine epithelial cell mono-layers to quasi-one dimensional geometries, to force the almost ubiquitous establishment of tissue-level waves. By tuning the length of the tissues, we uncover the existence of a phase transition between global and multi-nodal oscillations, and prove that in the latter regime, wavelength and period are independent of the confinement length. Together, these results demonstrate the intrinsic origin of tissue oscillations, which could provide cells with a mechanism to accurately measure distances at the supra-cellular level and ultimately lead to spatial patterning. Numerical simulations based on a Self-propelled Voronoi model reproduce the phase transition we measured experimentally and help in guiding our preliminary investigations on the origin of these wave-like phenomena, and their potential role for the spontaneous appearance of hair follicles in mouse skin explants

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Bytebier, Karl. "Etude du comportement mécanique de la paroi cellulaire du bois par Microscopie à Force Atomique". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00648700.

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Le bois en tant que matériau présente des propriétés effectives exceptionnelles mais son origine biologique entraine un manque de stabilité physico-mécanique et biochimique ainsi qu'une grande variabilité d'organisation de ses éléments constitutifs à plusieurs échelles (cerne annuel, tissus ligneux, cellule, paroi cellulaire, matière ligno-cellulosique, macromolécules) qui limitent son utilisation. Nous avons, dans le cadre de cette thèse, utilisé la microscopie à force atomique en tant qu'outil de caractérisation des propriétés mécaniques. Le but était de quantifier les propriétés viscoélestiques de couche de la paroi cellulaire de bois. Les travaux ont porté sur la mise au point de protocoles expérimentaux visant à l'amélioration de la qualité des échantillons de bois, à la calibration de la raideur et du rayon de pointe des microleviers utilisés en AFM et de sa réponse lors de l'utilisation d'un mode AFM particulier: le mode contact résonnant. Les résultats obtenus se situent dans la même gamme que les valeurs issues de la littérature, et laissent entrevoir des développements futurs pouvant apporter des réponses qu'il ne semble pas possible d'atteindre avec les autres méthodes disponibles à l'heure actuelle.

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Bhat, Panemangalore Devadas. "Development of magnesium-based alloys for biomedical applications". Thesis, Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1R002.

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Étant donné leur capacité à se dégrader à l'intérieur du corps, les implants biodégradables ont fait l'objet de nombreuses recherches médicales. Parmi tous les matériaux, c'est le magnésium, un élément indispensable du corps humain, qui conduit aux résultats les plus favorables car son module d'Young est similaire à celui de l'os. De ce fait, les méthodes adoptées afin d'améliorer le comportement du magnésium pur vis-à-vis de la corrosion sont les suivantes: a)Ajout d'éléments d'alliage comme le zinc, le calcium et l'erbium (Mg-2Zn-2Er, Mg-2Zn-0.6Ca-1Er, etc.) pour contrôler le comportement de dégradation b) Procédés secondaires tels que l'extrusion pour modifier sa microstructure c)Revêtements de surface à base de fluorure pour mieux protéger la surface. La première partie de cette thèse porte sur la caractérisation microstructurale d'alliages. La caractérisation microstructurale révèle la présence de MgZn2, de phases W (Mg3Zn3Er2) et i (Mg3Zn6Er) dans différents alliages. L'évaluation des propriétés mécaniques a révélé une augmentation des propriétés de traction et de compression des alliages ternaires et quaternaires par rapport aux alliages de Mg et de Mg-2Zn. Ces propriétés mécaniques améliorées sont attribuées à une réduction de la taille des grains, à la présence d'atomes de soluté et à des phases secondaires. Mg-2Zn-2Er et Mg-3Zn-0.5Er présentaient une résistance à la corrosion améliorée en raison de la microstructure à granulométrie fine et d'une répartition uniforme des phases secondaires. La viabilité cellulaire a été améliorée avec l'épaisseur du temps de revêtement et ces alliages pourraient servir de candidats potentiels pour d'autres tests in vivo
With the ability to bio-degrade and thereby reducing the stress-shielding effect, biodegradable implants are of great importance in medical research. Among all the materials, magnesium is the one which shows promising results being bio-degradable and with the properties comparable with its young's modulus to that of bones. In the present study, the approaches adopted to improve the mechanical and corrosion behaviors of pure magnesium using carefully chosen: (a) Alloying elements like zinc, calcium and erbium (Mg-2Zn-2Er, Mg-2Zn-0.6Ca-1Er, etc.) to control the degradation behavior (b) Secondary processes like extrusion to alter and improve the microstructure (c) Surface treatments like fluoride coatings to further protect the surface to resist the rapid dissolution. The first part of this thesis focuses on the microstructural characterization of as-DMDed and as-extruded alloys. The microstructural characterization (XRD and TEM) reveals the presence of MgZn2, W-phase (Mg3Zn3Er2) and i-phases (Mg3Zn6Er) in different alloys. The mechanical property assessment revealed an increment in the tensile and compressive properties of ternary and quaternary alloys as compared to pure Mg and Mg-2Zn binary alloy. These values are attributed to a reduction in grain size, presence of solute atoms and secondary phases. Mg-2Zn-2Er and Mg-3Zn-0.5Er showed enhanced corrosion resistance due to the fine grain sized microstructure and a uniform distribution of secondary phases. The cell viability values were enhanced with increased coating time and it was found that these alloys could serve as potential candidates for further in-vivo tests to establish their applicability

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El, Moatassim Billah Chakib. "Actions de l'adénosine 5'-Triphosphate (ATP) extracellulaire sur les lymphocytes murins : implication de récepteurs spécifiques à l'ATP4̄". Montpellier 2, 1990. http://www.theses.fr/1990MON20033.

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Nous avons vu au cours de ce travail que l'atp extracellulaire augmente la (ca#2#+)i dans les thymocytes de souris et stimule la blastogenese de la population medullaire (mature) traitee au pma. L'atp induit la formation et l'excretion de l'interleukine-2 (il2) et l'accumulation de l'il2 dans les surnageants de cellules stimulees est parallele a la proliferation cellulaire. Ce resultat suggere que la proliferation des thymocytes medullaires matures stimulee par l'atp opere par la voie connue de l'il2. L'augmentation de la (ca#2#+)i induite par l'atp est rapide, dose-dependante, strictement dependante du calcium externe et n'implique pas le metabolisme des phophoinositides. Nous avons egalement montre que l'atp est capable de depolariser la membrane plasmique des thymocytes et d'induire des influx de na#+ et de ca#2#+ dans ces cellules. La forme active, atp#4#, semble exercer ces effets en augmentant la permeabilite non specifique de la membrane plasmique de ces cellules. Une formation de pores, mediee par des recepteurs specifiques a l'atp#4#, pourrait etre impliquee dans cette reponse. Les thymocytes possederaient ainsi, a cote des recepteurs de l'adenosine, des recepteurs specifiques a l'atp#4#. Les ecto-enzymes, presentes a la surface externe de ces cellules, joueraient un role important dans le controle de la concentration d'atp et d'adenosine qui excercent des effets, respectivement positif et negatif, sur la proliferation des thymocytes

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Abi, Ghanem Maroun. "Microscope opto-acoustique utilisant la technique d'acoustique picoseconde pour l'échographie cellulaire". Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0167/document.

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L’adhésion et les propriétés mécaniques des cellules jouent un rôle crucial dans le fonctionnementcellulaire ainsi que dans l’apparition de maladies dégénératives. Pour mesurer ces quantités, nousavons développé dans ce travail un microscope opto-acoustique pour l’imagerie non-invasive de lamécanique de cellules individuelles avec une résolution sub-cellulaire. Ce microscope utilise latechnique d’acoustique picoseconde qui permet de générer et détecter optiquement des ondesacoustiques avec une large bande s’étendant jusqu’à 1 THz. Dans le but de reproduire lecomportement mécanique des cellules à des fréquences acoustiques supérieures à 10 GHz, uneétude sur des objets mous biomimétiques est menée dans une première partie. Les rigidité, viscositéet épaisseur de ces systèmes multicouches micrométriques sont caractérisées. Dans la deuxièmepartie de ce manuscrit, la technique d’acoustique picoseconde est employée pour imager le contactentre une cellule animale modèle et un biomatériau, ainsi que l’impédance acoustique de cette cellule.Un outil d’analyse nécessaire pour le traitement du signal acoustique est mis en place. Enfin, unmicroscope opto-acoustique opérationnel entre 10 et 100 GHz est présenté dans la dernière partie. Ilest basé sur un dispositif pompe-sonde asynchrone qui permet de produire des images acoustiquesen un temps court (4 pixels/min) avec une résolution axiale de l’ordre d’une dizaine de nm. Cetteapproche est comparable à une échographie mais à l’échelle cellulaire. L’étude de l’adhésion et despropriétés mécaniques de plusieurs types de cellules à différents stades de maturation est abordée.Des images topographiques des zones fines (< 50 nm) d’une cellule sont également analysées. Lemicroscope développé durant cette thèse offrira la possibilité d’explorer de nouvelles pistes derecherche dans les domaines de la biologie cellulaire et des biotechnologies
Adhesion and mechanical properties of cells are key players in several cellular functions and areinvolved in the development of degenerative diseases. To characterize these quantities, we developedin this work an opto-acoustic microscope for the non-invasive imaging of the mechanics of individualcells with a sub-cell resolution. This microscope uses the Picosecond Ultrasonics (PU) technique thatallows optical generation and detection of acoustic waves with a large bandwidth up to 1 THz. In orderto reproduce the mechanical behaviour of cells at acoustic frequencies greater than 10 GHz, a studyof cell-mimicking micro-objects is first considered. The rigidity, viscosity and thickness of these microlayeredstructures are characterized. In the second part of this manuscript, the PU technique isapplied for imaging the contact between a simple animal cell and a biomaterial, as well as the acousticimpedance of this cell. An essential tool for analysing the acoustic signal is developed. In the thirdpart, the opto-acoustic microscope operating between 10 and 100 GHz is finally presented. It is basedon an asynchronous pump-probe setup that allows producing acoustic images within a short time (4pixels/min) and offering an axial resolution of about 10 nm. This is similar to cell ultrasonography. Thestudy of the adhesion and of the mechanical properties of different cell types at different stages of cellmaturation is then tackled. The topographic images of thin cell regions (< 50 nm) are also analysed.The microscope implemented during this thesis should offer the possibility of exploring new avenuesin the field of cellular biology

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Fourel, Laure. "Synergie entre récepteurs BMP et intégrines révélée par la présentation de la BMP-2 par un biomatériau". Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENI109.

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La matrice extra-cellulaire lie les facteurs de croissance et régule non seulement leur présentation à la cellule mais aussi leur signalisation. Dans cette thèse, nous employons un film multicouche à base de hyaluronane et de poly(L-lysine) aux propriétés mécaniques modulables afin de mimer la présentation du facteur de croissance BMP-2 telle qu’elle existe dans les conditions physiologiques. Ainsi, ce mode de présentation combiné à l’utilisation d’un substrat mou a révélé des effets drastiques de la BMP-2 sur l’adhésion et la migration de myoblastes à temps court. Le confinement spatial du facteur de croissance permet de potentialiser ses effets en induisant une action synergique entre les récepteurs BMP et les intégrines. En mettant en évidence pour la première fois cette coopération bidirectionnelle, nous montrons qu’elle est nécessaire dans les voies de signalisation de la différenciation osseuse induite par la BMP-2 à travers une réorganisation du cystosquelette médiée par les intégrines b3
Extracellular matrix binds growth factors and controls their presentation to the cells but also theirsignaling pathway. In this work, we use a polyelectolyte multilayer film made of a polypeptide andof hyaluronan with tunable mechanical properties to mimic BMP-2 presentation by the matrix.Presentation of matrix-bound BMP-2 reveals so far hidden phenomena on myoblast cell adhesionand migration. The spatial patterning of growth factor leads to maximized effects of growth factorand induces synergy between BMP receptors and integrins. We show that cross-talk between BMP2receptors and b3 integrins is required for genetic program associated with SMAD signaling viareorganization of the cell cytoskeleton

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Lavi, Ido. "Physical modeling of cell motility and morphodynamics". Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS237.

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Cette thèse introduit un modèle hydrodynamique minimal de polarisation, migration et déformation d'une cellule vivante confinée entre deux surfaces parallèles. Le cytoplasme cellulaire, décrit comme une goutte visqueuse, est entraîné par une force active contrôlée par un soluté diffusif. Une analyse de stabilité linéaire révèle que l'activité du soluté déstabilise d'abord un mode global de polarisation et de translation, induisant une motilité cellulaire par rupture spontanée de symétrie. Pour une activité plus grande, le système traverse une série de bifurcations de Hopf conduisant à des oscillations couplées de la forme de la goutte et de la concentration de soluté. Nous trouvons également des solutions non linéaires de type onde progressive associées à des formes polarisées ressemblant à des observations expérimentales. De plus, nous avons développé des simulations numériques de ce problème basées sur la méthode des éléments finis. L'étude numérique a mis en évidence la stabilité des solutions de type onde progressive, l’existence d’attracteurs oscillants et l’apparition d’une singularité du bord à temps fini. En intégrant des interactions mécaniques avec l'environnement extérieur, nous avons exploré la diffusion cellulaire en présence de parois et d'obstacles stationnaires, la migration à travers des micro-géométries imposées et les collisions cellule-cellule. Ces simulations ont capturé une gamme de motifs non triviaux résultant de la mémoire intrinsèque et de la déformabilité de la cellule. Globalement, notre étude fournit un paradigme mathématique de systèmes actifs déformables qui couplent l'hydrodynamique de Stokes à des transducteurs de force diffusifs
This thesis introduces a minimal hydrodynamic model of polarization, migration, and deformation of a biological cell confined between two parallel surfaces. Our model describes the cell cytoplasm as a viscous droplet that is driven by an active cytoskeleton force, itself controlled by a diffusive cytoplasmic solute. A linear stability analysis of this two-dimensional system reveals that solute activity first destabilizes a global polarization-translation mode, prompting cell motility through spontaneous-symmetry-breaking. At higher activity, the system crosses a series of Hopf bifurcations leading to coupled oscillations of droplet shape and solute concentration profiles. At the nonlinear level, we find traveling-wave solutions associated with unique polarized shapes that resemble experimental observations. In addition, we developed a numerical simulation of our moving-boundary problem based on the finite element method. The numerical study demonstrated the stability of our traveling-wave solutions, the existence of sustained oscillatory attractors, and the emergence of a finite-time pinch-off singularity. By incorporating mechanical interactions with the external environment, we explored cell scattering from stationary walls and obstacles, migration through imposed micro-geometries, and cell-cell collisions. These exercises capture a range of nontrivial patterns resulting from the intrinsic memory and deformability of the cell. Altogether, our work offers a mathematical paradigm of active deformable systems in which Stokes hydrodynamics are coupled to diffusive force-transducers

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Kahraman, Osman. "Theoretical studies of constrained membranes". Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0109/document.

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La thèse est consacrée à l'étude des membranes sous contrainte en mettant l'accent sur les structures biologiques telles que les tissus en croissance et la membrane cellulaire. Elle combine des approches analytiques et numériques pour étudier le lien entre la géométrie et la mécanique. Elle contient également quelques résultats expérimentaux mais ce ne sont que peu nombreux et à petite échelle. Après un chapitre d'introduction, nous explorons trois modèles physiques abordés dans trois chapitres différents. Dans le premier modèle, les déformations des tissus mous lors de la croissance sont traitées comme des singularités ponctuelles gaussiennes dans les surfaces bidimensionnelles. Les formes d'équilibre sont calculées pour deux défauts qui forment un dipôle. Les prédictions du modèle sont par ailleurs comparées aux résultats des expériences. Le chapitre suivant étudie les invaginations des membranes fluides auto-évitantes dans des espaces confinés. À cette fin, nous avons développé un code basé sur la méthode des éléments finis et effectué des simulations afin de construire un diagramme de phase (volume/surface) pour des membranes piégées à l'intérieur d'une sphère. Nous analysons également les effets de la courbure spontanée de la membrane et les déformations de la paroi extérieure sur la forme de l'invagination. Enfin, dans le quatrième chapitre de la thèse, en vue de modéliser des tiges biologiques, nous construisons une membrane tubulaire à partir d'éléments caractérisés par deux états géométriques. Cette approche nous a permis d'examiner, par le biais des simulations du type dynamique brownienne, comment la forme globale émerge des interactions locales
The present thesis is devoted to the study of constrained membranes with a focus on biological structures such as growing tissues and the cell membrane. It combines analytical and numerical approaches to investigate the interplay of geometry and mechanics. It also includes some experimental results albeit they are few in number and modest in size. After an introductory chapter, we explore three physical models addressed in three distinct chapters. In the first model, the deformations of growing soft tissues are treated as Gaussian point singularities in two dimensional surfaces. The equilibrium shapes are evaluated for two such defects forming a dipole. The predictions of the theory are also compared to tabletop experiments. The next chapter studies the invaginations of self-avoiding fluid membranes in constrained spaces. To this end, we developed a Finite Element code and performed extensive simulations to construct a geometric phase diagram for a fluid membrane vesicle in a spherical confinement. We also investigate the effects of the membrane's spontaneous curvature and the deformations of the container on the geometry of the invagination. In the fourth chapter of the manuscript, a tubular membrane composed of switchable components is proposed as a model to study conformations of intrinsically curved biological rods. We translated this system to a computational framework based on the Brownian Dynamics method and inquired how global shape emerges from local interactions

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Caluch, Adam. "Rôle de la tension interne du cytosquelette et de la mécanotransduction dans le contrôle de la perméabilité de l'endothélium vasculaire pulmonaire agressé". Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST0102/document.

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Le modèle cellulaire de magnétostimulation (MTS) développé dans l'équipe a permis d'obtenir des résultats préliminaires sur les essais de perméabilité endothéliale ainsi que sur les reconstructions et modélisation des fibres d'actine. Les premiers résultats en Magnétocytométrie (MTC) montrent une augmentation de rigidité cellulaire suite à une stimulation mécanique du tapis cellulaire. Les images confocales ont permis de mettre en évidence une restructuration des filaments d'actine dans les cellules endothéliales microvasculaires pulmonaires (HPMEC) soumises au stress mécanique, ainsi qu'une relocalisation des VE-Cadhérines nécessaires aux jonctions intercellulaires. Ces deux résultats concordent avec l'apparition de 'gaps' ou trous inter cellulaires qui permettent d'expliquer l'augmentation de perméabilité mesurée entre les cellules soumises au stress mécanique et la situation contrôle. Des difficultés techniques retardent le travail et l'obtention de résultats en nombre important. Par exemple l'emploi de certaines techniques de marquages difficilement compatibles avec certains supports de culture. Cela empêche dans certains cas la confirmation visuelle de résultats obtenus par MTC. La viabilité cellulaire lors des expérimentation ne permet pas d’allonger les temps d’étude d’une même population cellulaire, ce qui limite certains résultats. Les premiers résultats sont à compéter par une étude plus approfondie des niveaux d'expression de facteurs pro-inflammatoires ainsi que des voies de signalisation et de régulation des VE-Cadhérines et des intégrines AlphaV-Beta3. L’effet de différentes molécules utilisées en clinique devrait être étudié sur le modèle de stress mécanique
The cellular model of magnétostimulation ( MTS) developed in the team allowed to obtain preliminary results(profits) on the tries(essays) of endothéliale permeability as well as on the reconstructions and the modelling of the fibers of actine. The first results(profits) in Magnétocytométrie ( MTC) show an increase of cellular rigidity further to a mechanical stimulation of the cellular carpet(mat). The confocal images allowed to highlight a restructuring of the strands of actine in cells(units) microvascular lung endothéliales ( HPMEC) subjected(submitted) to the mechanical stress, as well as a relocation of the VE-Cadhérines necessary for the intercellular junctions. These two results(profits) suit to the appearance of ' gaps ' or holes inter cellular which allow to explain the increase

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Nguyen, Anh Dung. "Elaboration of an innovative protocol for measuring the mechanical properties of cell membranes for medical diagnostic and therapeutic applications". Thesis, Le Mans, 2020. http://www.theses.fr/2020LEMA1006.

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La mesure des propriétés mécaniques des membranes entourant les cellules vivantes pourraient révéler/refléter leur état physiologique, leur état pathologique ou l’influence d'un agent externe tel qu'un médicament ou un virus, ou encore la réponse à une stimulation ou à un protocole thérapeutique. Les principales techniques de mesure de ces propriétés présentent de nombreuses limitations notamment en termes de qualité, de fiabilité, de la rapidité de la mesure et du nombre d’acquisitions. Cette thèse est centrée sur l’utilisation du Mode Circulaire de Microscopie à Force Atomique ou MC-AFM en milieu liquide pour des applications dans le domaine de la Santé. Ce mode est obtenu en modifiant l’électronique d’un AFM pour générer un contact en glissement en mouvement relatif circulaire. Couplé au mode spectroscopie de force AFM (i.e l’application d’un mouvement vertical à la pointe), le MC-AFM permet d’accéder en une seule procédure de mesure réalisée en régime stationnaire (déplacement continu à vitesse constante), à de nombreuses propriétés mécaniques de la membrane biologique, dont certaines sont inaccessibles par les procédures AFM conventionnelles.L’objectif principal de ce travail de doctorat est d’élaborer une série de protocoles et d’adapter le MC-AFM pour mesurer les propriétés mécaniques d’objets biologiques complexes. Une fois les protocoles validés à partir de globules rouges du sang, leurs intérêts pour des applications dans le domaine du Vivant sont démontrés à partir de (1) l’étude de l’influence de protocoles nutritionnels originaux à base de micro-algue sur les propriétés mécaniques des membranes de globules rouges pour et (2) l’étude de l’effet d’un traitement à base de phytostérols sur les cellules cancéreuses du sein. Ces protocoles s’avèrent également utiles pour mieux comprendre les mécanismes physiologiques impliqués, ou/et le rôle des molécules constituants la membrane sur l’évolution des propriétés mécaniques
Measurement of the mechanical properties of the membranes surrounding living cells could reveal/reflect their physiological state, pathological condition, or the influence of an external agent such as a drug or virus, or also, the response to stimulation or a therapeutic protocol. The main techniques for measuring these properties have many limitations, particularly in terms of quality, reliability, speed of measurement and number of acquisitions. This thesis focuses on the use of the Circular Mode Atomic Force Microscopy or CM-AFM in liquid media for applications in the field of Health. This mode is obtained by modifying the electronics of an AFM to generate a sliding contact in a circular relative motion. Coupled with the AFM force spectroscopy mode (i.e. the application of a vertical movement to the tip), the MC-AFM allows access, in a single measurement procedure and performed under steady state conditions (continuous displacement at constant speed), to numerous mechanical properties of the biological membrane, some of which are inaccessible by conventional AFM procedures.The main objective of this PhD project is to develop a series of protocols and adapt the MC-AFM to measure the mechanical properties of complex biological objects. Once the protocols have been validated using red blood cells, their interest for applications in the field of Life science is demonstrated by (1) studying the influence of original microalgae-based nutritional protocols on the mechanical properties of red blood cell membranes and (2) for studying the effect of a phytosterol-based treatment on breast cancer cells. These protocols are also useful to better understand the physiological mechanisms involved, and/or the role of the molecules constituting the membrane on the evolution of mechanical properties

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Laydi, Fatima Ezzahra. "Effet de la nature des biomatériaux sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses". Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0165/document.

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En ingénierie tissulaire, les biomatériaux, les cellules et l'induction de la différenciation, sont des facteurs à prendre en compte. L'objectif de cette étude est de connaitre l'effet de la nature des biomatériaux et leurs propriétés mécaniques sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Dans un premier temps, nous avons étudié l'effet d'un biomatériau de nature protéique (le collagène de type I) supplémenté en microparticules d'hydroxyaptatite (HAP). Nous avons constaté que l'ajout d'HAP améliore les propriétés mécaniques de ce biomatériau et engage la différenciation des cellules vers des phénotypes ostéoarticulaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'effet d'un biomatériau à base d'alginate supplémenté par de l'acide hyaluronique ou des microparticules d'HAP, en utilisant un plan d'expériences pour choisir les matrices convenables pour l'étude biologique en fonction de leurs propriétés mécaniques. Nous avons constaté que les composants de ce biomatériau ont un effet sur l'élasticité de ce dernier et sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses. En conclusion, cette étude montre que les cellules souches mésenchymateuses sont sensibles à la composition du biomatériau et ses propriétés mécaniques
In tissue engineering, biomaterials, cells and the induction of cell differentiation are factors to be studied. The aim of this study is to know the effect of biomaterials composition and mechanical properties on the differentiation of mesenchymal stem cells from bone marrow. At first, we studied the effect of a protein biomaterial (collagen type I) supplemented with hydroxyaptatite (HAP) particles. We found that the addition of HAP improves the mechanical properties of the biomaterial and conditione cell differentiation towards osteoarticular lineages. In a second step, we studied the effect of biomaterial composed of alginate supplemented with hyaluronic acid or HAP particles, using an experimental design to select suitable matrices for biological study based on their mechanical properties. We found that the components of this biomaterial have an effect on elasticity of the latter and the differentiation of mesenchymal stem cells. In conclusion, this study shows that mesenchymal stem cells are sensitive to the composition of the biomaterial and its mechanical properties

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Aguilar, Alicia. "Impact des contraintes physiques sur la maturation des mégacaryocytes : rôle de la rigidité de l'environnement". Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAJ014/document.

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La mégacaryopoïèse regroupe l’ensemble des processus de différenciation et de maturation des mégacaryocytes (MKs) dans le but de produire des plaquettes capables d’arrêter les saignements. Or ces mécanismes sont mal connus. Afin de mieux les comprendre, nous avons mimé l’environnement médullaire in vitro, en 3D à l’aide d’un hydrogel de rigidité comparable à celle de la moelle osseuse. Dans cette étude nous avons: i) caractérisé le comportement physique de l’hydrogel de méthylcellulose et mis au point la culture de progéniteurs mégacaryocytaires dans ce système, ii) montré la capacité du MK à ressentir les contraintes physiques de son environnement, ainsi que, iii) l’impact de ces contraintes sur la maturation des MKs et la génération des proplaquettes, et enfin, iv) mis en évidence l’existence d’une réponse cellulaire des MKs à la rigidité. Les MKs sont « mécanosensibles », c’est-à-dire capables de ressentir les modifications physiques de leur environnement et de s’y adapter. L’activation de voies de mécanotransduction (dont MKL1) et la réorganisation du cytosquelette en réponse aux contraintes physiques extracellulaires favorisent la maturation des MKs, en termes de ploïdie, d’ultrastructure et in fine de génération de proplaquettes
Megakaryopoiesis is the process of differentiation and maturation of megakaryocytes (MKs) in the aim to produce platelets able to prevent hemorrhages. These mechanisms are not well known. To better understand the process of platelet formation, we mimicked the medullar microenvironment in vitro, in 3D using hydrogel of stiffness comparable to the bone marrow. In this study we: i) characterized the physical properties of the hydrogel and design the culture of hematopoietic progenitors in this system, ii) showed the MKs ability to feel the physical constraints of their environment, then iii) showed the impact of these constraints on the MK maturation and proplatelet generation, and finally iv) highlighted the MK response to stiffness. MKs are “mecanosensitives”, being able to feel and to adapt to the physicals modifications of the environment. The activation of mechanotransduction pathways (including MKL1) and the cytoskeleton reorganization in response to extracellular physical constraints improves MK maturation, in terms of ploïdy, ultrastructure and ultimately proplatelet generation

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Badique, Florent. "Mécano-biologie de cellules cancéreuses sur surfaces à topographie et chimie contrôlées". Thesis, Mulhouse, 2013. http://www.theses.fr/2013MULH8315/document.

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Le travail présenté dans cette thèse est le résultat d'une collaboration fructueuse entre la chimie, la physique et la biologie. En effet, des matériaux avec des propriétés physico-chimiques très contrôlées ont été mis à profit dans le but de caractériser des fonctions cellulaires complexes. Nous présentons tout d'abord la création d'un outil permettant l'étude de la mécanotransduction cellulaire. L'originalité de cet outil est basé sur son activation par étirement permettant de lier réversiblement les cellules à la surface. Nous avons ensuite étudié des comportements de cellules souches et cancéreuses en réponse à des microtopographies sous forme de piliers. Cette approche a permis de définir un comportement cancéreux caractérisé par une déformation prononcée des corps et noyaux cellulaires. Nous montrons aussi que l'utilisation de cette surface couverte de micro-piliers permet de décrire la mécano-biologie de cellules cancéreuses. En effet, ce substrat à topographie contrôlée a permis de montrer que la chimie et la rigidité du substrat n'ont que peu d'incidence sur la déformation des cellules cancéreuses, alors que les éléments du cytosquelette sont primordiaux et que sans eux, la déformation n'est pas possible. Nous avons ensuite inhibé une à une des protéines de l'enveloppe et de la lamina nucléaire afin d'évaluer leur implication dans ces mécanismes de déformation. En parallèle, un séquençage total des ARN (Acides RiboNucléiques) de cellules déformées et non déformées a été réalisé dans le but de visualiser d'éventuelles modifications dans l'expression génique. Ces déformations des cellules cancéreuses entre les micro-piliers ont été comparées à celles que subissent les cellules lors de la traversée de membranes poreuses (Chambres de Boyden). Ces comparaisons nous ont permis d'identifier que plusieurs mécanismes peuvent aboutir à la déformation de cellules cancéreuses et en particulier de leurs noyaux. Nous montrons dans une dernière partie que la mitose cellulaire s'effectue sur les surfaces microstructurées. Nous décrivons une ségrégation des chromosomes qui semble être non parallèle. Toutefois, ces divisions atypiques ne causent pas davantage d'accidents mitotiques
The work shown in this thesis is the outcome of a successful collaboration between chemistry, physics and biology. Indeed, materials with well controlled parameters have been used in order to characterize complex cellular functions. We first introduce the creation of one tool which allow the study of cells mechanotransduction. The originality of this tool is based on its activation by stretching which allow a reversible adhesion of cells to the surface.Then, we studied the behavior of stem cells and cancerous cells on micropillared surfaces. This approach allowed us to describe a cancerous behavior of cells characterized by strong deformations of cells bodies and nuclei. We also showed that the use of such micropillared surfaces allowed us to describe cancerous cells mecanobiology. Indeed, this substrate with a well controlled topography allowed us to show that substrates chemistry and stiffness have only little effects on cancerous cells deformation while cytoskeleton components are necessary. More specifically, the deformation is impossible without the cytoskeleton. We also inhibited the nuclear envelope proteins and nuclear lamina proteins in order to evaluate their involvement in cells deformation mechanism. In the same time, a total RNA (RiboNucleic Acids) sequencing of deformed and non deformed cells have been done in order to identify an eventual modification in gene expression.These deformations of cancerous cells between micropillars have been compared to the deformation of cells during the transmigration through porous membranes (Boyden chambers). These comparisons allowed us to identify several mechanisms which lead to cells deformation and more specifically to nuclei deformation.We showed in a last part that cells can divide on micropillared surfaces. We described a non parallel like segregation of chromosomes. However, these unusual mitosis didn't lead to supernumerary troubles in cell division

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Alqabandi, Maryam. "Mechanical properties and function of CHMP2B in the ESCRT membrane remodelling and scission pathway". Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS525.

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Le complexe protéique ESCRT-III conduit au remodelage membranaire dans de nombreux contextes cellulaires. Les ESCRTs ont été largement étudiés in vivo et partiellement reconstitués in vitro sur des protéines de levure. Chez l’Homo Sapiens, il existe au moins 12 protéines ESCRT-III appelées Charged Multivesicular Body Protein (CHMP 1-7). Malgré que la fonction principale de ces assemblages de protéines soit d’induire la scission membrane par constriction du cou des membranes, le mécanisme biophysique reste incertain et les propriétés mécaniques des polymères CHMPs faiblement caractérisées. Par ailleurs, la séquence de recrutement à la membrane généralement considérée pour les composantes principales est CHMP4-CHMP3-CHMP2A. Mais, les cellules mammifères incluent aussi CHMP2B, considérée comme isoforme de CHMP2A et, dont le rôle est méconnu. Nous avons utilisé des systèmes biomimétiques de membranes modèles et des protéines CHMPs purifiées pour étudier in vitro leur affinité et leurs effets sur la membrane par différentes techniques. Nous avons établi que seule CHMP2B a une affinité spécifique aux lipides PI(4,5)P2. Nous montrons qu’en présence de CHMP2B, les membranes deviennent rigides en contraste avec les autres CHMPs et suggérant que CHMP2A et CHMP2B ont des propriétés distinctes. En fin, nous montrons en désaccord avec les modèles proposés, que CHMP4 seule ne peut pas déformer les membranes. Elle requiert l’interaction avec CHMP2B ou CHMP2A+3 pour former des assemblages de polymères qui stabilisent des structures tubulaires de la membrane. Ces observations offrent une nouvelle base pour proposer un mécanisme possible pour la constriction membranaire avec l’ATPase Vps4
The ESCRT-III protein complex mediates membrane remodeling in many cellular contexts. The ESCRT pathway has been extensively studied in vivo and partially reconstituted in vitro using yeast proteins. In Homo Sapiens, at least 12 ESCRT-III proteins exist, called Charged Multivesicular Body Protein (CHMP 1-7). Although, the main function of the ESCRT-III protein assemblies is to induce membrane scission by constricting membrane necks, the biophysical mechanism remains unclear and the mechanical properties of the CHMP polymers still poorly characterized. Moreover, the usually accepted sequence of recruitment of the major ESCRT components to the membrane prior to scission is CHMP4-CHMP3-CHMP2A but mammalian cells also have CHMP2B considered to be a CHMP2A isoform; so far, its role remains elusive. We have used biomimetic model systems and purified CHMP proteins to study in vitro protein affinity and effects on membrane by several techniques. We established that CHMP2B binding is enhanced with PI(4,5)P2 lipids, whereas the other human core components have no lipid specificity besides their negative charge. We showed that in the presence of CHMP2B, membranes become rigidified in contrast to CMHP2A as well as CHMP4 and CHMP3, suggesting that CHMP2A and CHMP2B have very distinctive properties. Finally, we show in disagreement with the proposed models, that CHMP4 alone cannot deform membranes. In fact, it requires the interaction with CHMP2B or CHMP2A+3 proteins to do so, forming polymer assemblies that stabilizes tubular membrane structures. These observations provide a novel basis for proposing possible mechanism for membrane constriction in the presence of the ATPase Vps4

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Reda, Ali. "A multiscale mechanical study of flax stems and fibres for the development of an in-the-field tool capable of predicting optimum retting". Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023ULILN055.

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L'agriculture 4.0 se développe actuellement rapidement en termes de recherche, de développement et d'applications commerciales. L'objectif de l'agriculture 4.0 est d'utiliser la technologie pour améliorer tous les domaines de l'agriculture. L'agriculture 4.0 est tellement vaste que si l'on veut y contribuer, il faut choisir un domaine spécifique. Le domaine choisi pour l'étude de ce doctorat est la production de fibres de lin. Les fibres de lin sont des fibres naturellement solides qui peuvent être extraites des tiges de lin. Les tiges de lin ont évolué pour avoir des fibres robustes d'un diamètre de l'ordre du micromètre qui courent le long de l'extérieur de la tige et sont maintenues en place dans le tissu externe de la tige. Une fois extraites et isolées, les fibres de lin ont de nombreuses applications, allant des textiles aux matériaux composites. Afin de faciliter l'extraction mécanique des fibres de lin de leurs tiges mères, les tiges subissent un processus connu sous le nom de « rouissage ». Le rouissage entraîne la décomposition du tissu externe (appelé lamelle moyenne) entre les fibres. Une forme courante de rouissage est connue sous le nom de « rouissage de rosée ». Dans le rouissage de la rosée, des processus naturels tels que les bactéries et les champignons produisent des enzymes qui décomposent la lamelle centrale et séparent progressivement les grappes de fibres et les fibres des grappes. La durée du rouissage dépend fortement des conditions météorologiques. Un rouissage insuffisant entraîne une extraction difficile des fibres dans l'usine, tandis qu'un rouissage excessif peut compromettre la qualité des fibres. On sait depuis longtemps qu'il existe un point de rouissage optimal - même les anciens le savaient. Certains agriculteurs artisans qualifiés sont capables de juger ce point par une combinaison de manipulation manuelle des tiges, d'observation des dommages causés aux tissus externes par cette manœuvre, et aussi d'observation de la couleur et de l'odeur des tiges au cours de ce test très habile, mais artisanal. Il est clair que l'artisan effectue des tests de laboratoire rudimentaires littéralement « sur le terrain ». Il semblerait donc logique d'essayer de quantifier ces tests et de voir si un outil fiable peut être mis au point pour aider l'artisan. Et c'est exactement ce que d'autres ont tenté de faire. L'introduction de la thèse donne des exemples de tentatives de fabrication d'outils de rouissage optimal dans les années 1980 et suivantes. Inspirés par ces premiers travaux, les travaux de cette thèse tentent une caractérisation mécanique multi-échelle complète des tiges et des fibres de lin pendant un cycle de rouissage (été 2022) et, de manière quelque peu ambitieuse, réalisée en temps réel - à notre connaissance pour la première fois. La caractérisation mécanique comprend des essais mécaniques macroscopiques (flexion, écrasement et torsion de la tige), ainsi que des essais mécaniques microscopiques inédits sur des fibres de lin individuelles à l'aide de nouvelles méthodes inspirées des MEMS. En outre, les propriétés mécaniques nanoscopiques de la paroi cellulaire primaire des fibres de lin en cours de rouissage ont été caractérisées à l'aide de l'AFM par nanoindentation. Au fur et à mesure que le travail expérimental, l'analyse via la modélisation analytique et l'interprétation descendent en échelle, de la macro au nano en passant par le micro, nous en apprenons un peu plus sur la manière dont le rouissage affecte les tiges, leurs propriétés et leurs fibres. En plus de l'apprentissage, un résultat très positif du doctorat est que l'on est capable de suggérer un mécanisme de dommage induit mécaniquement dans les tiges, qui pourrait être la base d'un outil. On peut cependant noter que la nature multiparamétrique incontrôlable du sujet, par exemple le temps, signifie que plusieurs études seraient nécessaires pour confirmer sans aucun doute les observations d'un seul cycle de rouissage
Agriculture 4.0, also known under several aliases such as ‘digital agriculture', ‘smart farming', and ‘e-farming' is currently developing rapidly in terms of research, development, and commercial applications. As with Agriculture 1.0, 2.0, and 3.0, the objective of Agriculture 4.0 is the use of technology to improve all areas of agriculture. In Agriculture 4.0 it is the application of microelectronics and microtechnologies. Unlike before, these technologies bring things such as the internet-of-things, big data, telecommunications, novel sensing, rapid feedback, data analysis, connectivity, artificial intelligence etc. In principle, all these areas should result in a massive modernization of farming in terms of organisation, yield, efficiency, and quality of produce. However, Agriculture 4.0 is so vast that if one is to contribute to it, even in a minor way, one has to choose a specific area to contribute. The area chosen for the study in this PhD was flax fibre production. Flax fibres are naturally strong fibres which can be extracted from flax stems. The flax stems have evolved to have robust micrometre-diameter fibres running the length of the outside of the stem, and held in place in the external tissue of the stem. Once extracted and isolated, flax fibres have numerous applications ranging from textiles to composite materials. In order to facilitate the mechanical extraction of flax fibres from their parent stems, the stems undergo a process known as ‘retting'. Retting leads to the breakdown of the external tissue between the fibres. A common form of retting is known as ‘dew retting'. In dew retting, natural processes such as bacteria and fungi result in enzymes which break down the middle lamella and gradually separate fibre bunches and fibres from bunches. The length of dew retting depends heavily on the weather. Too little retting results in difficult fibre extraction in the factory, too much retting can result in a compromise in fibre quality. It has long been known that there is an optimum retting point-even the ancients knew this. Certain skilled artisan farmers are able to judge this point via a combination of manual manipulation of the stems, observation of damage caused to the external tissue via this manoeuvre, and also observing the colour and the smell of the stems during this very skilled, but artisanal, testing. It is clear that the artisan is performing rudimentary laboratory tests quite literally ‘in-the-field'. It would seem logical therefore to try to quantify such tests and see if a reliable tool can be made to help the artisan. And indeed, this is exactly what others have attempted. The introduction of the PhD gives examples of attempts to make optimal-retting tools in the 1980s and after. Inspired by this early work, the work of this PhD attempts a full multiscale mechanical characterization of flax stems and fibres during a retting cycle (summer 2022) and, somewhat ambitiously, performed in real time-to our knowledge for the first time. The mechanical characterization involved macroscopic mechanical tests (bending, crushing, and twisting), as well as novel microscopic mechanical testing of single flax fibres using novel methods inspired by MEMS. In addition, the nanoscopic mechanical properties of the primary cell wall of retting flax fibres was characterised using nanoindentation AFM. As the experimental work, analysis via analytical modelling, and interpretation descends in scale from macro, through micro, to nano, we learn a little more of how the retting affects the stems, their properties, and their fibres. In addition to simply learning, a very positive outcome of the PhD is that one is able to suggest a mechanically-induced damage mechanism in stems which could be the basis for a tool. One can note however, that the uncontrollable multiparameter nature of the subject, e.g. the weather, means that several studies would be needed to confirm beyond doubt observations from a single retting cycle

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Mear, François. "Etude de mousses de verres issus de Tubes à Rayons Cathodiques (TRC) en fin de vie contenant de l'oxyde de plomb : Elaboration, caractérisations physicochimiques et applications". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011189.

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Resumen

Ce travail est consacré à la recherche et l'étude d'une filière de valorisation des verres de Tubes à Rayons Cathodiques (TRC) en fin de vie. La présence d'éléments lourds dans la composition de ces verres oblige les fabricants et les distributeurs à les recycler afin d'éviter leur mise en décharge, limitée aux déchets ultimes.
La filière la plus prometteuse semble celle du verre expansé, matériau déjà commercialisé et qui permettrait d'écouler la quasi-totalité du gisement. Le verre expansé est obtenu après traitement thermique d'un mélange de poudre de verre de TRC et d'un réducteur qui peut être le nitrure de titane ou le carbure de silicium. La réaction entre le réducteur et l'oxyde de plomb présent dans la matrice donne lieu à un dégagement gazeux à l'origine de la structure cellulaire.
Une faible densité justifiée par une forte porosité, autour de 80%, ainsi qu'une distribution de taille d'accès aux pores unique et centrée autour de 0,3 à 0,5 µm suivant le réducteur utilisé ont été obtenues.
La présence de plomb métal sous forme de bille en surface de pores a pu être mis en évidence.
Les mousses obtenues possèdent une conductivité thermique faible (<0,25 W.m-1.K-1), ce qui les classe dans la catégorie des isolants thermiques tout en possédant des propriétés mécaniques satisfaisantes : contrainte moyenne à la rupture variant de 4 à 250 MPa suivant le procédé de synthèse. Les propriétés d'isolation électrique sont conservées.
L'ensemble de ces propriétés permet d'envisager des applications industrielles comme la réalisation de panneau d'isolation, en accord avec les réglementations environnementales.
Une dépollution partielle du matériau par extraction mécanique des billes de plomb formées après traitement thermique est par ailleurs envisageable.

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Coullomb, Alexis. "Développement de substrats actifs et d'une méthode d'analyse de FRET quantitative pour décoder la mécanotransduction". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY044/document.

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Les cellules vivantes sont capables de réagir aux signaux mécaniques tels que la rigidité de la surface sur laquelle elles adhèrent, les forces de tractions ou compressions auxquelles elles sont soumises, le flux de liquide à la surface de leur membrane ou encore la géométrie de leurs adhésions ou de leur forme globale. Ces signaux influent sur des processus cellulaires tels que la prolifération, la différenciation, la migration et la mort cellulaire. Ces processus sont finement régulés par des réactions biochimiques qui forment un réseau de signalisation. La mécanotransduction est la traduction du signal mécanique en signal biochimique.C’est dans le but d’étudier la mécanotransduction que nous avons étudié l’utilisation d’ultrasons pour stimuler mécaniquement les cellules à des fréquences temporelles et spatiales relativement élevées. De nombreux montages expérimentaux et de nombreuses voies ont été considérées dans cette partie très exploratoire. Nous en retenons finalement des pistes prometteuses pour la continuation future de ce projet.Nous avons développé ce que nous nommons des substrats actifs, qui nous permettent de contrôler à la fois spatialement et temporellement la stimulation mécanique appliquée à des cellules vivantes. Ces substrats actifs consistent en des micropiliers de fer incrustés dans un élastomère peu rigide (PDMS) et manipulés par deux électroaimants. Nous pouvons contrôler dynamiquement le déplacement des piliers qui vont déformer localement et de manière continue la surface. Cette déformation va ensuite déformer en traction ou en compression les cellules vivantes étalées sur la surface à proximité. En employant des marqueurs fluorescents nous pouvons réaliser de la Microscopie de Forces de Traction et surveiller la contrainte appliquée par les piliers aux cellules à travers la surface de PDMS, et nous pouvons étudier la réponse mécanique des cellules. De plus, ces substrats sont compatibles avec la microscopie de fluorescence en cellule vivante, ce qui rend possible l’observation de la réponse cellulaire au niveau morphologique (forme des adhésions focales, activité protrusive, …) et surtout biochimique.En effet, pour étudier la réponse biochimique des cellules après une stimulation mécanique, nous observons par microscopie de fluorescence des biosenseurs portant des paires de fluorophores donneur/accepteur. Ces biosenseurs nous permettent d’observer l’activité de protéines impliquées dans la signalisation cellulaire en calculant l’efficacité de Transfert d’Énergie Résonnant de Förster (FRET) de ces biosenseurs. Pour ce faire, les échantillons sont illuminés alternativement aux longueurs d’ondes d’excitation des fluorophores donneurs puis accepteurs. Le signal de fluorescence est collecté simultanément dans un canal d’émission du donneur et un canal d’émission de l’accepteur. Une grande partie de ma thèse a été consacrée à la mise au point d’une méthode quantitative pour analyser les images de fluorescence afin de mesurer une efficacité de FRET qui ne dépende pas de facteurs expérimentaux ni de la quantité de biosenseurs présents dans les cellules. Nous évaluons alors les différentes méthodes pour déterminer les facteurs de correction répandus corrigeant le débordement de spectre du donneur dans le canal accepteur et l’excitation directe de l’accepteur à la longueur d’onde d’excitation du donneur. Pour obtenir des mesures plus quantitatives, nous avons mis au point une nouvelles méthode pour déterminer 2 facteurs de correction supplémentaires. Nous comparons cette méthode à la seule préexistante et évaluons l’influence des paramètres de traitement des images sur les valeurs d’efficacité de FRET mesurées
Living cells can react to mechanical signals such as the rigidity of the surface they adhere on, the traction or compression forces applied on them, the liquid flow at their membrane surface or the geometry of their adhesions or of their overall shape. Those signals influence cellular processes such as proliferation, differentiation, migration or cell death. Those processes are tightly regulated by biochemical reactions that constitute a signaling network. Mechanotransduction is the translation of the mechanical signal into the biochemical one.In order to study mechanotransduction, we have considered the use of ultrasounds to mechanically stimulate cells at relatively high temporal and spatial frequencies. Numerous setups and options have been considered in this very exploratory project. Finally, we will retain some promising leads for the continuation of this project.We have developed what we call active substrates that allows us to control both spatially and temporally the mechanical stimulation on living cells. Those active substrates consist of iron micropillars embedded in a soft elastomer and actuated by 2 electromagnets. We can control dynamically the displacement of the pillar that will deform locally and continuously the surface. This deformation will then deform in traction or in compression the living cells spread on the surface nearby. Thanks to fluorescent trackers we can perform Traction Force Microscopy and monitor the stress applied by the pillars to the cells through the PDMS surface, and we can look at the mechanical response of the cells. Moreover, those substrates are compatible with live cell fluorescence microscopy, which makes possible the observation of the cellular response at the morphological level (focal adhesions, protrusive activity, …) and most importantly at the biochemical level.Indeed, in order to study the cellular biochemical response after a mechanical stimulation, we use fluorescence microscopy to observe biosensors containing pairs of donor/acceptor fluorophores. Those biosensors allow us to monitor the activity of proteins implied in cellular signaling by computing the Förster Resonance Energy Transfer (FRET) efficiency of those biosensors. To do so, samples are alternatively excited at donor and acceptor excitation wavelengths. The fluorescence signal is then simultaneously measured in donor and acceptor emission channels. A substantial part of my thesis has been dedicated to the development of a quantitative method to analyze fluorescence images in order to measure FRET efficiencies that do not depend on experimental factors or biosensors concentration in cells. We assess different methods to compute standard correction factors that account for spectral bleed-through and direct excitation of acceptors at donor excitation wavelength. To obtain more quantitative measurements, we have developed a new method to compute 2 additional correction factors. We compare this method with the only one preexisting, and we assess the influence of image processing parameters on FRET efficiency values

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Makarchuk, Stanislaw. "Measurement of cell adhesion forces by holographic microscopy". Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAE034/document.

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Les forces mécaniques, générées par la cellule jouent un rôle crucial dans l'adhésion cellulaire, qui est un processus commun à un grand nombre de lignées cellulaires. Afin de mesurer la champ des forces pendant l'adhérence cellulaire, nous utilisons la microscopie de force de traction, où la cellule adhère à la surface plane d'un substrat souple dans le plan. Les forces sont calculées à partir du champ de déplacement mesuré à l'intérieur du substrat sous la cellule. Nous avons construit le microscope, dans lequel nous utilisons des billes sphériques en polystyrène pour mesurer le champ de déplacement. Les positions des marqueurs sont obtenues en analysant I' image interférentielle des particules. Avec cette technique, nous atteignons une précision nanométrique sur le champ de déplacement des particules, ce qui nous permet d'améliorer la résolution en force de ce type de microscope. Les premières mesures ont été effectuées avec la lignée de cellules cancéreuses SW 480
Mechanical forces, generated by the cell plays crucial role in cell adhesion - common process for different cell lines. ln order to measure the force map during cellular adhesion, we use Traction Force Microscopy (TFM), where cell adheres to the soft substrate in 20 plane, and the forces are calculated from measured displacement field inside the substrate underneath the cell. We built the microscope, where instead of using fluorescent markers, we use spherical polystyrene beads in order to measure the displacement field. Positions of the markers are obtained by analyzing the interference pattern caused by the beads in bright-field light. With this technique, we reach nanometer accuracy of the microsphere position determination, that, respectively, influence accuracy of the calculated force field. With the microscope first measurements were performed with cancer cell line SW 480

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Mazuel, François. "Agrégats multicellulaires magnétiques : mécanique des tissus et biodégradation des nanomatériaux". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC309/document.

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Les nanoparticules d’oxyde de fer ont récemment été envisagées comme outils pour l’ingénierie tissulaire. Elles sont internalisées par les cellules qui deviennent alors magnétiques. Des forces magnétiques peuvent ainsi être appliquées à distance sur ces cellules pour contrôler leur organisation spatiale et temporelle, et former un tissu. Ces applications posent la question du devenir des nanoparticules, qui conditionne in fine leur utilisation clinique. Ce travail s’inscrit dans ce cadre et comporte deux axes.La première partie traite de l’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques de tissus biologiques modèles, les agrégats multicellulaires. Une combinaison de méthodes magnétiques est proposée pour fabriquer et stimuler des tissus magnétiques de taille et de forme contrôlées. Ces agrégats magnétiques sont soumis à distance à des contraintes magnétiques d’écrasement. L’étude de leur déformation permet d’explorer des caractéristiques statiques et dynamiques rarement étudiées à l’échelle tissulaire (tension de surface, loi puissance, non linéarité). La deuxième partie se concentre sur l'évolution à moyen terme des nanoparticules dans leur environnement tissulaire, au cœur des agrégats. En combinant ce tissu modèle avec des méthodes de quantification magnétique, nous avons pu mettre en évidence une dégradation massive d’origine endosomale, sans pour autant impacter de manière importante l’homéostasie du fer. De plus, le modèle tissulaire mis en place permet d’étudier la biodégradation intracellulaire de n’importe quel type de nanoparticules. Nous l'avons testé avec des nano-architectures plus complexes: nanocubes, nanodimers, ou nanoparticules magnéto-plasmoniques
Iron oxide nanoparticles are promising candidates for applications in nanomedecine (contrast agents, vectors). They were also recently considered as a powerful tool for tissue engineering. Cells, magnetized through nanoparticules internalization, can be organized in space and time thanks to remote magnetic forces. For all those applications the nanoparticles fate inside the cells remains a key issue concerning the final clinical use. The first part of this work focuses on the study of the mechanical and rheological properties of biological tissue models, the multicellular aggregates. An original magnetic molding method and two different experimental setups were developed to produce aggregates with controlled shapes and sizes, to measure their surface tension and to evidence their power law and non linear behavior.In the second part, we investigate the medium term fate of iron oxide nanoparticles in stem cells forming a spheroid as a model tissue. We reveal a massive endosomal degradation. The set of methods and spheroid model we propose allow a comprehensive and quantitative follow up of the biodegradation of any nanomaterials. This was illustrated by investigating the degradation of nanomaterials with more complex nano-architectures (nanocubes, nanodimers) and assessing the efficiency of a protection strategy to modulate the biodegradation

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Tesis sobre el tema "Noyau cellulaire – Propriétés mécaniques"

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