Дисертації з теми "Thérapie du cerveau"

Cette thèse vise l'optimisation de la thérapie du cerveau par ultrasons focalisés transcrâniens à 1 MHz. Les tissus sont chauffés de façon non invasive par ultrasons focalisés par une sonde sphérique. La déformation du front d'onde induite par le crâne est compensée. Les traitements sont effectués sous IRM afin d'estimer la température atteinte au point ciblé. Des mesures ultrasonores permettent in vitro de mesurer les aberrations de phase et d'amplitude de différents crânes. Des corrections d'aberration basées sur une imagerie aux rayons X du crâne couplées à des simulations numériques sont optimisées et comparées. La méthode retenue est appliquée aux têtes humaines post-mortem pour validation. La précision de la procédure est confirmée. Les aberrations du crâne sont corrigées par une méthode adaptative basée sur l'estimation de l'intensité acoustique au niveau des tissus ciblés. Elle est mesurée grâce au déplacement des tissus induit par pression de radiation acoustique. Il est mesuré par une séquence IRM MR-ARFI spécialement développée pour cette application. La validation de la méthode effectuée sur fantôme et sur tête de cadavre humain confirme une meilleure focalisation. Application in vivo sur cerveau de singe : la mesure MR-ARFI valide le positionnement de la focale acoustique. La barrière hémato-encéphalique (BHE) est ouverte sur 2 animaux. Cela est effectué par focalisation après injection de micro bulles dans le sang. L'ouverture locale de la BHE et sa fermeture après 24 h sont vérifiées. Ces premières applications à 1 MHz à l'aide d'un système clinique permettent d'envisager de nouveaux traitements médicamenteux intracérébraux sur de futurs patients
The aim of this thesis is to optimize transcranial ultrasound focusing for brain therapy at 1 MHz. Tissues are heated in a non invasive way by focused ultrasound using a spherical probe. Distortion of the wavefront induced by the skull is compensated. Treatments are MR-guided in order to measure the temperature rise at focus. In vitro ultrasound measurements allowed to measure the phase and amplitude aberration on different skulls. Aberration correction based on CT scan imagine of the skull and numerical simulations are optimised and compared. The best method is applied to ex vivo human heads for validation of the accuracy. Skull aberrations are corrected by an adaptative focusing method based on the estimation of the acoustic intensity at focus. Measurement is done thanks to the displacement of the tissue induced by the acoustic radiation pressure. Measurement done by an MR-ARFI IRM sequence and validated in phantoms and cadaver heads and confirms a better focusing. The blood brain barrier (BBB) was opened on 2 animals. This is done by focusing after injection of microbubbles in blood. Local BBB opening and its closing after 24h are verified. These first applications at 1 MHz allow to prepare future applications on patients

Le but de cette thèse était de développer un appareil de chirurgie ultrasonore extracorporel traitant par hyperthermie les tumeurs cancéreuses et en particulier celles du cerveau pour lesquelles la chirurgie classique est souvent délicate. Son fonctionnement repose sur l'utilisation d'une onde ultrasonore focalisée afin de créer au foyer acoustique une élévation de température suffisante pour détruire les cellules. Cette onde ultrasonore focalisée est engendrée par un réseau constitue d'un grand nombre de transducteurs piézo-électriques repartis sur une surface entourant la boite crânienne. Toutefois la réalisation d'un tel faisceau ultrasonore focalisé est rendue difficile par les hétérogénéités des tissus biologiques traversés. Dans cette application, les difficultés sont accentuées par la grande différence entre les vitesses ultrasonores de l'os et celles des tissus mous, mais aussi par la perte importante d'énergie lors de la traversée de l'os. Ceci entraîne une dégradation importante, voire une déviation du faisceau. Cette contrainte implique une focalisation qui s'adapte au milieu et requiert donc l'utilisation d'un réseau de transducteurs piézo-électriques fonctionnant à l'aide d'une focalisation électronique. La technique de focalisation envisagée est basée sur le principe du retournement temporel qui met à profit l'invariance par renversement du temps de l'équation d'onde en milieux non dissipatifs. Modifiée afin de prendre en compte les phénomènes d'absorption dans la paroi osseuse, cette technique permet d'atteindre à travers le crâne une résolution pratiquement équivalente à la résolution maximale obtenue en milieu homogène. Les signaux émis atteignant des amplitudes importantes, les non-linéarités mises en jeu lors de la propagation de l'onde ont de plus été étudiées. Les concepts de focalisation développées pour cette application thérapeutique pourraient dans un avenir proche être appliqués à l'imagerie temps réel du cerveau.

Un nouveau système hybride résultant de l'encapsulation de nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétiques dans des vésicules phospholipidiques stabilisées stériquement par des chaînes de poly(éthylène glycol) (PEG) a été mis au point et caractérisé. Ces magnétoliposomes, stables et biocompatibles sont d'excellents agents de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) qui, par application d'un gradient de champ magnétique externe, peuvent être guidés in vivo dans le tissu tumoral ou un hémisphère cérébral. In vitro, la présence de chaînes de PEG réduit fortement l'association magnétoliposome/macrophages (lignée J774) sans pour autant modifier la cinétique d'endocytose des magnétoliposomes une fois ceux-ci liés à la surface des cellules. Dans le cas de cellules d'adénocarcinome prostatique humain, il a été montré que l'internalisation cellulaire des magnétoliposomes pouvait être nettement favorisée en présence d'un gradient de champ magnétique
A novel hybrid nanosystem, resulting from the encapsulation of iron oxid nanoparticles into stercally stabilised phospholipidic vesicles, has been realised and characterised. These socalled magnetoliposomes, revealed as excellent MRI contrast agents, could be guided towards a tumor tissue or a cerebral hemisphere thanks to an external magnetic gradient

Le projet a consisté à développer une nouvelle stratégie thérapeutique basée sur les spécificités moléculaires intrinsèques des tumeurs solides afin de personnaliser le traitement en le reliant directement au diagnostic de la tumeur (theranostic). Les tumeurs cérébrales et les tumeurs de vessies sont deux exemples de tumeurs solides particulièrement agressives. Ces deux types de tumeurs sont classés en plusieurs sous-groupes ayant leur propre profil moléculaire. Les microARN (ou miR) sont des molécules synthétisées naturellement par les cellules. Ces molécules peuvent avoir un rôle d’oncogène ou de suppresseur de tumeurs et leur expression est fortement dérégulée dans les tumeurs. Ainsi la mesure des taux d’expression de quelques microARN dans un échantillon de tissu tumoral permet de réaliser la distinction des gliomes de haut grade par rapport à ceux de bas grade. Dans le cadre du traitement, la thérapie envisagée consiste à moduler l’expression des microARN dérégulés dans les tumeurs. L’approche évaluée consiste à contrer l’expression de microARN oncogènes surexprimés à l’aide d’un antimicroARN (antimiR). Ce type de molécule est chimiquement semblable aux molécules d’ARN naturellement présentes dans la cellule. Pour une meilleure efficacité de cette stratégie thérapeutique, l’autre partie du projet a consisté à optimiser le transport de l’antimiR et l’effet de la thérapie. Pour introduire l’antimicroARN au plus près du coeur de la tumeur, il a été prévu de réaliser un couplage entre un antimiR et un dérivé de chalcones pénétrant facilement dans les cellules et doué de propriétés antitumorales, cette combinaison paraît prometteuse
Solid malignant tumors have molecular characteristics that clearly distinguish them from healthy tissue. The project is to develop a new therapeutic strategy based on these molecular characteristics. We set up a new therapeutic approach so as to customize treatment by connecting it directly to the diagnosis of the tumor (theranostic approach).Brain tumours and bladder tumours are two examples of particularly aggressive solid tumours. These two types of tumors are classified into several subgroups that have their own molecular profiles. The microRNAs (miR) are molecules naturally synthesized by cells. These molecules may have a role of oncogene or tumour suppressors whose expression is strongly deregulated in tumours. So the assessment of the expression levels of few microRNA allows the distinction of gliomas of high grade compared to low grade.To set up the new therapy we needed to modulate the expression of microRNAs deregulated in tumors. The proposed approach was to counter the expression of oncogenic microRNAs overexpressed using an antimicroARN (antimiR). This type of molecule is chemically similar to the naturally occurring RNA molecules in the cells. For a better efficiency of this new therapeutic strategy, we tried to optimize the transport of the antimiR to increase the therapeutic effect. To vectorize the therapeitic antimiR to the heart of the tumor, we envisioned to chemically combine the antimiR to a cell-penetrating antitumoral compound. Chalcones derivatives which are hydrophobic have this capability. A combination of the two molecules (antimicroARN and chalcone) was evaluated and the results appeared promising

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par un déficit du métabolisme énergétique cérébral. À la surface des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), GLUT1 constitue le principal transporteur de glucose au cerveau. Cette protéine serait sous-exprimée dans les CECC de patients atteints de la MA, limitant ainsi la capacité d’utilisation du glucose par le cerveau. L’objectif général de ce projet était de surexprimer GLUT1 dans les CECC afin de corriger ce déficit. Six plasmides ont été conçus et transfectés sur des cellules en culture. Nous avons mis au point un essai pour mesurer la captation d’un analogue fluorescent du glucose. Nous avons ensuite encapsulé deux des plasmides pour les injecter chez des souris témoins. Même si nos résultats ne permettent pas encore de confirmer le potentiel de GLUT1 comme cible thérapeutique dans la MA, nous avons des plasmides fonctionnels pour poursuivre les essais in vivo futurs.
Impaired brain glucose metabolism is known to be one of the best predictors of cognitive decline in patients with Alzheimer’s disease (AD). A decrease in glucose transporter 1 (GLUT1) in the brain capillary endothelial cells (BCECs) of the blood-brain barrier (BBB) is observed in AD patients and animal models and might contribute to impaired brain glucose uptake in the disease. The main objective of the present work was to upregulate GLUT1 in the BCECs with a targeted delivery approach using plasmids encoding for GLUT1. Six plasmids were assembled and transfected in two cell lines. GLUT1 activity was assessed with a fluorescent glucose analog. Two plasmids were then encapsulated within an immunoliposome formulation and injected to Balb/c mice. We have generated well-characterized GLUT1-expressing plasmids for future work to confirm GLUT1 as a potential therapeutic target for AD.

L’augmentation de l’espérance de vie entraîne l’accroissement d’une population vieillissante et augmente ainsi le nombre de personnes souffrant de maladies neurodégénératives. Le développement de nouveaux médicaments pour le traitement de ces maladies est grandement limité par la présence d’une barrière physiologique, appelée barrière hémato-encéphalique (BHE), qui protège l’homéostasie du cerveau. Cependant, un grand nombre de transporteurs spécifiques sont situé sur les cellules endothéliales formant la BHE et pourrait être l’objet de ciblage thérapeutique afin d’augmenter la disponibilité cérébrale de plusieurs médicaments. Afin d’évaluer le potentiel d’anticorps monoclonaux (AcM) ciblant le récepteur de la transferrine (RTf) dans le cadre d’une approche non invasive de thérapie génique, nous avons tout d’abord étudié la distribution cérébrale de l’AcM Ri7. Nous avons, en premier lieu, observé une rétention au cerveau des AcM ciblant le RTf. Cependant, des analyses de microscopie ont démontré que la distribution était confinée à la cérébrovasculature. Par la suite, en conjuguant le Ri7 à des points quantiques, nous avons caractérisé la distribution subcellulaire du vecteur. Nos analyses de microscopie électronique ont confirmé que les complexes Ri7-points quantiques étaient massivement internalisés dans les cellules endothéliales du cerveau (CECCs) et que ces complexes étaient observés dans les petites vésicules, les structures tubulaires et dans les corps multivésiculaires. Nous avons ainsi identifié les CECCs comme cible potentielle pour le traitement de la pathologie endothéliale de maladies neurodégénératives. Par la suite, nous avons évalué le potentiel de deux formulations de nanoparticules pour acheminer du matériel génétique dans les CECCs. Nos résultats ont démontré que l’utilisation de micelles polyionques et d’immunoliposomes permettait une accumulation importante d’acides nucléiques dans les CECCs. Notre étude ouvre donc la porte à de nouvelles approches thérapeutiques basées sur le ciblage thérapeutique des cellules endothéliales du cerveau.
The increase in life expectancy leads to a direct expansion of the aging population. This expansion further increases the burden of neurodegenerative diseases. The development of new drugs to treat brain pathologies is greatly hindered by the presence of a physiological barrier, the blood-brain barrier (BBB), protecting the brain homoeostasis. However, a high number of specific transporters are located on endothelial cells forming the BBB and could be the target of brain-drug delivery allowing significant cerebral accumulation of many therapeutic compounds. To study the potential of monoclonal antibodies (mAb) targeting the transferrin receptor (TfR) in the context of a non-invasive gene therapy strategy, we foremost studied the cerebral distribution of the mAb Ri7. We first observed retention in the brain of the mAb. However, fluorescence microscopy analysis revealed that the distribution of Ri7 was confined to cerebral vasculature. Thereafter, by conjugating Ri7 to quantum dots (Qdot), we performed experiments to characterize the subcellular distribution of the mAb. Our transmission electron microscopy analyses showed that Ri7-Qdots were massively internalized within brain capillary endothelial cells (BCECs) and that the TfR-targeted Qdots were in small vesicles, tubular structures and multivesicular bodies. We thus identified BCECs as a potential target for the treatment of endothelial pathology of neurodegenerative diseases. Finally, we investigated the potential of two nanoformulations to delivery nucleic acids to BCECs. Our data demonstrated the capacity of polyionic complex micelles and immunliposomes to deliver a large number of nucleic acids to BCECs. Overall, our study opens the door for a novel therapeutic approach based on brain endothelial cells drug delivery.

L'initiation de la cavitation dans un milieu aqueux se traduit par l'apparition d'une ou plusieurs inclusions gazeuses micrométriques. Elle peut être obtenue acoustiquement par activation de nucléi, et est alors nommée nucléation acoustique de bulles. Nous nous intéressons à la nucléation induite par excitation brève (quelques cycles) et de forte amplitude (ordre du MPa). Les bulles, créés par la dépression acoustique, sont transitoires (dissolution). Les propriétés des tissus biologiques en terme de nucléation de bulles sont peu connues. Elles sont accessibles acoustiquement, car la formation d'une bulle engendre l'apparition d'un nouveau diffuseur, détectable activement (échographie). De plus, chaque évènement de cavitation conduit à une émission acoustique, enregistrable en écoute passive. Ce travail de thèse utilise l'imagerie ultrasonore ultrarapide (acquisition simultanée à forte cadence sur un réseau de transducteurs) afin de détecter et étudier les évènements de cavitation. D'une part, la nucléation de bulles isolées et leur détection passive à travers le crâne permettent, via le retournement temporel, d'optimiser la focalisation adaptative pour une thérapie ultrasonore non invasive du cerveau. D'autre part, la formation de bulles dans les tissus biologiques diffusants (muscle) et leur dissolution sont détectées avec une grande sensibilité en combinant détection passive et active. Des expérimentations in vivo sur encéphale de mouton, et in vitro sur sang animal montrent de plus le caractère aléatoire de la nucléation dans les tissus biologiques, et le recourt à des pressions négatives fortes (< -12MPa) pour observer son occurrence in vivo.

La maladie de Parkinson (MP) est une pathologie neurodégénérative associée principalement à une perte progressive de neurones dopaminergiques de la substance noire (SN) conduisant à une diminution de dopamine au niveau du striatum. Une des approches thérapeutiques expérimentales de la MP est la greffe de neurones dopaminergiques, non pas au niveau de la SN, mais directement dans la région cible, le striatum, et ceux avec des résultats variables. Dans cette étude, nous avons comparé en détail la récupération fonctionnelle suite à la transplantation de mésencéphale ventral (MV) fœtal provenant de souris exprimant la GFP sous le contrôle du promoteur de la tyrosine hydroxylase soit au niveau de la SN soit dans le striatum de souris adultes lésées unilatéralement à la 6-hydroxydopamine. Les conséquences anatomiques et fonctionnelles ont été analysées par des approches comportementales, électrophysiologiques et immunohistochimiques. Nos résultats montrent que les neurones greffés dans les deux emplacements envoient des projections vers le striatum. De plus, les deux types de greffes induisent une amélioration significative de la motricité ainsi que de l'activité des neurones du striatum. Toutefois, seule la greffe intranigrale a permis la restauration de la motricité fine des membres antérieurs et un retour à une excitabilité des neurones striataux à l’état basal
Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder associated with a progressive loss of dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra (SN), leading to a loss of dopamine in the striatum. One of the experimental therapeutic approaches in PD is the graft of DA neurons not in their ontogenic site, the SN, but directly into the target region, the striatum and those leads to variable results. In this study, we have analyzed in detail the functional outcome of fetal VM tissue expressing GFP under the control of a tyrosine hydroxylase promoter grafts placed either into the SN or striatum in unilaterally 6-hydroxydopamine lesioned adult mice. Anatomical and functional outcome were analyzed using behavioral, electrophysiological and immunohistochemical approaches. Our results show that transplanted neurons in both locations can survive and re-innervate the striatum. Furthermore, both grafts locations significantly restored motor performance and induced the recovery of striatal firing properties. However, only intranigral transplantation allows recovery of fine motor skills of previous members and efficiently normalized cortico-striatal responses

Actuellement, plus d'un million de Canadiens vivent avec les séquelles d'une lésion cérébrale acquise. L'incidence et la prévalence des lésions cérébrales dépassent en nombre celles du cancer du sein, du sida, des lésions de la moelle épinière et de la sclérose en plaques, combinés. Le traumatisme crâniocérébral (TCC) est d'ailleurs maintenant considéré comme une condition médicale chronique dont les conséquences peuvent persister. La dépression compte parmi les troubles psychologiques ayant les plus hauts taux de prévalence post-TCC, sans toutefois recevoir l'attention scientifique qu'elle mérite. Le manque de preuves empiriques concernant la faisabilité et l'efficacité d'interventions psychologiques pour la dépression post-TCC nuit à l'accessibilité des traitements efficaces et adaptés aux spécificités de la condition des patients. Depuis plusieurs années déjà, les chercheurs et experts s'intéressent aux interventions comportementales pour traiter la dépression. L'activation comportementale (AC) a été développée de manière à constituer un traitement autonome qui s'avère aussi efficace que la thérapie cognitivocomportementale. Comme l'AC est moins exigeante sur le plan cognitif, elle est potentiellement plus adaptée aux personnes atteintes de troubles cérébraux. Toutefois, aucune donnée probante concernant sa faisabilité et appuyant son efficacité n'est disponible concernant la dépression post-TCC. La présente étude de cas visait à vérifier, de façon préliminaire, la faisabilité et l'efficacité de l'AC pour diminuer les symptômes dépressifs post-TCC. L'efficacité de ce traitement sur la qualité de vie et la participation sociale a aussi été vérifiée. Un autotraitement guidé d'AC d'une durée de huit semaines a donc été proposé à cinq patients présentant des symptômes dépressifs entre quatre mois et cinq ans post-TCC léger. Les résultats appuient la faisabilité du traitement pour les symptômes dépressifs légers. Bien que modestes, l'étude dévoile des améliorations sur les symptômes dépressifs et sur la qualité de vie. Aucun effet n'a été noté au niveau de la participation sociale
Currently in Canada, more than one million people are living with the sequelae of an acquired brain injury. The incidence of brain injury outnumber breast cancer, AIDs, spinal cord injury and multiple sclerosis - combined. Traumatic brain injury (TBI) is now considered a chronic medical condition and a major public health concern whose consequences can persist and progress. Although depression is one of the psychological disorders with the highest prevalence rates post-TBI, there are few studies of nonpharmacological interventions for this issue. This lack of empirical evidence has a direct impact on TBI patients, leaving them without recognized efficacious treatment adapted to the specificities of their condition. Behavioural Activation (BA) has been demonstrated to be as effective as cognitive behaviour therapy (CBT) but is less cognitively demanding and thus potentially more suitable for people with brain impairment. However, no study has been yet done to verify its feasibility and efficacy in the TBI population. The objective of this single-case study was to preliminary evaluate the feasibility and efficacy of BA administered in a low-intensity guided self-help format for depressive symptoms in adults (18 years and older) having sustained TBI, using a single-case experimental design. This study also aimed to evaluate the potential benefits of BA regarding quality of life and social participation. Five participants with clinically significant depressive symptoms were enrolled in the study and were asked to complete mood assessments during the baseline, treatment and follow-up. Only two of them completed the entire protocol. This project demonstrated the feasibility of BA intervention on mild to moderate depression symptoms in adults with mild TBI. Modest evidence in support of BA to decrease depressive symptoms and quality of life was found but BA had no effect on social participation.

La thérapie par ultrasons de pathologies cérébrales est très prometteuse, notamment pour son caractère non invasif lorsque la sonde ultrasonore reste externe au crâne. Cependant, la structure complexe de l'os du crâne atténue et perturbe fortement la propagation du faisceau ultrasonore, ce qui altère les dimensions, la position et l'intensité de la tâche focale. Or ces paramètres focaux doivent être parfaitement maitrisés pour assurer à la fois l'efficacité et la sureté du traitement. En raison de la grande variabilité inter et intra individus de la géométrie et des propriétés acoustiques du crâne, des simulations personnalisées sont nécessaires pour prédire les caractéristiques focales en fonction du patient et de la position de la sonde ultrasonore. La plupart des méthodes de simulations utilisées actuellement, telles que k-Wave, sont très gourmandes en temps de calcul et en espace mémoire, ce qui les limite à des outils de planning pré-intervention. L'objectif de cette thèse était de développer une méthode semi-analytique rapide et réaliste de calcul de champ ultrasonore au travers du crâne. Dans un premier temps, un modèle lisse et homogène du crâne, réaliste et favorable aux algorithmes de calcul de champ rapides, a été développé. Pour cela, les surfaces internes et externes du crâne ont été modélisées en utilisant une méthode appelée « Multi-level Bspline Approximation », et une méthode d'homogénéisation des propriétés acoustiques du crâne a été développée et validée numériquement. Ce modèle de crâne lisse et homogène a ensuite été utilisé en entrée de l'algorithme de calcul de champ développé. Cet algorithme, nommé SplineBeam, est basé sur une méthode de calcul des trajets ultrasonores par minimisation de la fonction temps de vol, qui est rapide et précise, et qui, combinée à la méthode des pinceaux, permet un échantillonnage régulier de la sonde ultrasonore. SplineBeam a été validé numériquement, par comparaison avec le modèle pinceau, implémenté dans la plateforme de simulation CIVA HealthCare, développée au CEA, et avec d'autres solvers numériques (dont k-Wave) sur une série de configurations, et expérimentalement, par comparaisons avec des champs de pressions acquis par hydrophone au travers d'un échantillon de crâne ex vivo. Les champs simulés avec SplineBeam se sont avérés être plus proches des champs mesurés expérimentalement que les champs simulés avec k-Wave, ce qui valide à la fois le modèle du crâne et la méthode de calcul de champ. De plus, SplineBeam peut restreindre son calcul à la tâche focale, ce qui, pour une grande sonde, lui permet de réduire drastiquement le nombre de points de calcul et d'avoir des temps de calcul de deux ordres inférieurs à ceux de k-Wave
Ultrasound brain therapy is a promising method, as it is non-invasive when ultrasonic waves are sent through the skull. However, the skull bone complex structure strongly attenuates and aberrates the ultrasound beam, altering the dimensions, position and intensity of the focal spot. These focal parameters must be perfectly controlled to ensure both treatment efficacy and safety. Due to the high inter/intra-individual variability of skull geometry and acoustic properties, personalized simulations are required to predict focal characteristics depending on the patient skull and the ultrasonic probe position. Most simulation methods currently in use, such as k-Wave, are very time- and memory-intensive, limiting them to pre-intervention planning tools. The aim of this thesis was to develop a fast and realistic semi-analytical method for ultrasound field computation through the skull. As a first step, we developed a smooth and homogeneous model of the skull, realistic and suited to fast field computation algorithms. To this end, we modeled the skull inner and outer surfaces using a method called "Multi-level Bspline Approximation", and we developed a skull acoustic property homogenization method, which was numerically validated. This smooth and homogeneous skull model was then used as input to the field computation algorithm developed. This algorithm, named SplineBeam, is based on an ultrasonic path computation method that minimizes the time-of-flight function, which is fast and accurate, and which, combined with the pencil method, enables a regular sampling of the ultrasound probe. SplineBeam was validated numerically, by comparison with the pencil method, embedded in the CIVA HealthCare simulation platform, developed at the CEA, and with other numerical solvers (including k-Wave) on a series of configurations, and experimentally, by comparison with hydrophone measured pressure fields through an ex vivo skull sample. SplineBeam simulated fields were found to be closer to the experimentally measured ones than those simulated with k-Wave. This validates both the skull model and the field computation method. Furthermore, SplineBeam can restrict its computation to the focal spot, which allows it to drastically reduce the number of computation points, making it faster than k-Wave by two orders of magnitude, for a large probe

La stimulation cérébrale profonde (SCP) du globus pallidus interne (GPi) est une technique neurochirurgicale établie pour le traitement des mouvements anormaux. Malgré l'effet bénéfique de la SCP du GPi chez les patients porteurs d'un syndrome dystono-dyskinétique (SDD) primaire généralisé, le degré d'amélioration varie d'un patient à l'autre. Nous proposons un modèle anatomique computationnel basé sur l'IRM stéréotaxique mis en concordance avec un modèle de la distribution électrique du système de SCP qui peut être appliqué en pré- et postopératoire sur des patients déjà implantés. Le but de ce modèle est d'optimiser la localisation de la cible au moment de la planification chirurgicale, permettant une localisation des contacts de l'électrode après la chirurgie et d'ajuster les paramètres électriques en routine clinique et pour chaque patient. Nous avons appliqué le modèle à des données cliniques enregistrées de patients avec un SDD primaire généralisé qui ont été traités par l'implantation bilatérale d'électrode dans le GPi. Cette thèse discute les effets variables cliniques, anatomiques (volume du GPi) et électriques (volume stimulé) sur le score moteur postopératoire de l'échelle Burke-Fahn-Marden Dystonia rating scale (BFMDRS) afin d'identifier les facteurs pouvant prédire le degré d'amélioration. En utilisant ces résultats, nous avons modélisé une nouvelle électrode théorique pour optimiser la délivrance du courant, améliorer le bénéfice thérapeutique, minimiser les effets de bord de la SCP et obtenir une distribution électrique plus homogène.

Les glioblastomes (gliomes de grade IV) font partie des tumeurs solides les plus invasives et les plus agressives. Le bevacizumab, anticorps monoclonal humanisé dirigé contre le facteur pro-angiogénique vascular and endothelial growth factor-A (VEGF-A), est utilisé dans le traitement de ces tumeurs. Malgré une réponse initiale associée à l’effet anti-angiogénique du traitement, des études récentes ont rapporté des récurrences de la tumeur chez des patients atteints de glioblastome et traités avec le bevacizumab. Plusieurs hypothèses existent d’ores et déjà pour expliquer ce phénomène de résistance. Ces propositions sont majoritairement basées sur une réponse à l’effet anti-angiogénique du bevacizumab. Lors de notre étude, nous avons envisagé un effet direct du bevacizumab sur les cellules de glioblastome. Suite à un traitement avec le bevacizumab, nous avons ainsi observé des modifications dans les profils d’expression de composants de l’axe VEGF/VEGF-R et dans la réponse au VEGF-A des cellules de glioblastome. En parallèle, nous avons également rapporté que le bevacizumab pouvait agir directement sur les cellules de glioblastome en activant des voies de signalisation intracellulaires associées à la survie. Le bevacizumab induit également une augmentation de la prolifération et de l’invasion des cellules de glioblastome dans un hydrogel d’acide hyaluronique (AH). L’ensemble des données obtenues confirment l’existence d’un effet direct et paradoxal du bevacizumab sur les cellules de glioblastome. Cet effet serait caractérisé par une augmentation de l’agressivité des cellules tumorales liée à des changements dans la signalisation dépendante du VEGF-A. L’identification de médiateurs impliqués dans cet effet direct du bevacizumab et des mécanismes intracellulaires associés pourrait aider au développement de thérapies multi-cibles utilisables dans le traitement des glioblastomes
Glioblastomas (grade IV gliomas) are one of the most invasive and aggressive solid tumors. Bevacizumab, a humanized monoclonal antibody directed against the pro-angiogenic factor Vascular and Endothelial Growth Factor-A (VEGF-A), is used in the treatment of glioblastomas. Although most patients respond initially to this treatment, studies have shown that glioblastomas eventually recur. Several non-mutually exclusive theories based on the anti-angiogenic effect of bevacizumab have been proposed to explain these mechanisms of resistance. In this report, we studied whether bevacizumab can act directly on malignant glioblastoma cells. We observe changes in the expression profiles of components of the VEGF/VEGF-R pathway and in the response to a VEGF-A stimulus following bevacizumab treatment. In addition, we show that bevacizumab itself acts on glioblastoma cells by activating intracellular survival signaling pathways. Bevacizumab also enhances proliferation and invasiveness of glioblastoma cells in Hyaluronic Acid (HA) hydrogel. We propose that the paradoxical effect of bevacizumab on glioblastoma cells could be due to changes in the VEGF-A-dependent autocrine loop as well as in the intracellular survival pathways, leading to the enhancement of tumor aggressiveness. Identification of mediators involved in the direct effect of bevacizumab on glioblastoma cells and the resulting downstream signaling pathways will help to develop multi-targeted therapies useful in the treatment of glioblastomas

Les glioblastomes sont les tumeurs primitives cérébrales les plus agressives de l’adulte. Elles sont caractérisées par une importante néo-angiogenèse, conduisant au développement des anti-VEGF chez ces patients. L’objectif de cette thèse était d’identifier de potentiels marqueurs prédictifs de l’activité du bevacizumab et d’analyser le profil évolutif des facteurs de l’angiogenèse. En situation de récidive d’un gliome de haut grade, si aucun facteur clinique ne semble permettre d’identifier un sous-groupe de patients bénéficiant particulièrement du bevacizumab, les taux plasmatiques avant traitement de MMP2 et MMP9, inversement corrélés entre eux suggérant un rôle biologique distinct mais relié, semblent associés à la réponse, la survie sans progression et la survie globale de patients porteurs de gliome de haut grade traités à la récidive par bevacizumab. Le rôle potentiel de ces marqueurs est renforcé par la cinétique de leurs taux plasmatiques observé sous traitement, Nous avons mis en évidence des résultats superposables chez des patientes porteuses de cancers du sein inflammatoires traités par bevacizumab en situation néo-adjuvante, renforçant l’intérêt de ces marqueurs. Par ailleurs, l’analyse de la signature angiogénique tissulaire des glioblastomes nouvellement diagnostiqués et récidivants nous a permis d’observer une modification de l’expression des facteurs de l’angiogenèse avec un possible switch de la voie VEGFR2-HIF1α en faveur de la voie CXCL12-CXCR4 à la récidive. Ces différents résultats permettent d’ouvrir de nouvelles perspectives dans le ciblage de l’angiogenèse et dans l’approche thérapeutique de patients porteurs de gliome de haut grade
Glioblastomas are the most frequent and aggressive primary brain tumors for adult. They are characterized by a high angiogenesis leading to the evaluation of the bevacizumab. Our aim was to identify potential predictive biomarkers of bevacizumab activity and to analyze the evolutive profile of the angiogenic factors during the disease. If no clinical factor allows the identification of patient subgroup benefiting of bevacizumab, MMP2 and MMP9 plasma level at baseline were correlated to response, progression-free survival and overall survival of patients with recurrent high grade glioma treated by bevacizumab. Moreover, plasma levels of these markers change during treatment and significantly varied at the time of progression. We observed similar results for patients with inflammatory breast cancer treated with neoadjuvant bevacizumab, reinforcing the potential value of these prebiomarkers. In tumor tissue, while we did not observed changes in MMP2/MMP9 expression between the initial diagnosis and the recurrence post radio-chemotherapy, we observed a modification of the expression of angiogenic factors with a potential switch from the VEGFR2-HIF1α to the CXCL12-CXCR4 pathway. These results lead to new perspectives in angiogenic modulation and glioblastoma treatment

La progéria ou HGPS (Hutchinson-Gilford progeria syndrome) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré et accéléré extrêmement rare. Son incidence est estimée à environ 1 cas pour 4 à 8 millions de naissances selon les études. Les signes cliniques qui la caractérisent incluent notamment un retard de croissance majeur, une lipodystrophie, des ostéolyses distales et une atteinte cardiovasculaire qui est la cause du décès à l'âge moyen de 13 ans. La progéria est causée de façon prédominante par une mutation de novo dans le gène LMNA codant les lamines A et C, découverte par notre équipe en 2003. Cette mutation récurrente, prédite pour être silencieuse (c.1824C>T; p.Gly608Gly), active un site d'épissage cryptique qui génère une forme tronquée, anormalement prénylée et toxique de la lamine A, appelée la progérine. Ce travail de thèse a eu pour objectifs : 1) la caractérisation de différents marqueurs moléculaires et phénotypiques des lignées de patients atteints d'HGPS ou de syndromes apparentés ainsi que dans le modèle murin de progéria LmnaG609G/G609G, 2) la caractérisation des aspects cognitifs de ce modèle murin ainsi qu'une étude élargie de l'expression des lamines dans le cerveau, 3) le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le cadre de la progéria, in vitro et in vivo, incluant notamment l'exploration des effets d'une molécule antioxydante, le resvératrol, ainsi que l'adaptation de l'approche thérapeutique par oligonucléotides antisens (AON) (Osorio et al. 2011) visant à son administration par voie orale
Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is an extremely rare genetic disease characterized by premature, accelerated and segmental aging with an estimated incidence of 1 in 4 to 8 million of births. Children with HGPS present with major growth retardation, lipodystrophy, distal osteolysis and cardiovascular defects that cause their death at the mean age of 13 years. In 2003, our team discovered the causative mutation of HGPS in the LMNA gene. Despite being predicted as silent (c.1824 C>T; p.Gly608Gly), this de novo mutation activates a cryptic splicing site leading to the production of a truncated, aberrantly prenylated and toxic form of lamin A, called progerin. The main objectives of this thesis have been: 1) characterizing molecular and cellular biomarkers in HGPS or related syndromes patients' cell lines, together with the progeria mouse model LmnaG609G/G609G, 2) characterizing cognitive aspects as well as lamins' and progerin expression in the central nervous system in the same in vivo model and 3) the developement, in vitro and in vivo, of novel therapeutic approaches for progeria using either resveratrol, an antioxidant molecule, or micelle-coated antisense oligonucleotides with the intent of adapting an oral treatement for progeria children

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est la principale interface d'échanges entre le sang et le tissu cérébral. Elle reste à ce jour un obstacle majeur pour la prise en charge thérapeutique des pathologies neurologiques ou cancéreuses du système nerveux central (SNC). En effet, plus de 95% des médicaments ne parviennent pas ou très peu dans les tissus cérébraux ciblés à cause de la BHE. Des approches permettant d'optimiser la délivrance cérébrale de principes actifs doivent être mises au point pour enrichir l'arsenal thérapeutique contre les pathologies du SNC. Depuis 2001, l'utilisation des ultrasons, combinée à l'injection de microbulles constitue une méthode non-invasive permettant l'ouverture transitoire, locale et répétée de la BHE sans dommage tissulaire. Cette technique requiert un contrôle rigoureux de la dosimétrie ultrasonore in situ : les microbulles doivent recevoir suffisamment d'intensité pour agir efficacement (cavitation stable) sans pour autant osciller trop fortement (cavitation inertielle) pour ne pas risquer d'imploser et engendrer localement des effets néfastes. Cette dosimétrie est rendue difficile par la présence de l'os crânien, très hétérogène et différent d'un individu à l'autre. Il a été montré qu'il était possible de mesurer l'état des oscillations des microbulles (cavitation) à partir des signaux ultrasonores diffusés par ces dernières. Ainsi, des bulles stables renvoient uniquement les harmoniques de la fréquence d'émission, tandis que des bulles en cours d'implosion renvoient un signal large bande caractérisé par une émission à toutes les fréquences. Des algorithmes ont donc été construits afin d'adapter la pression d'émission des ultrasons en temps réel selon les signaux rétro-diffusé par les microbulles. Le présent travail de thèse se focalise sur le contrôle de la cavitation au travers d'algorithmes utilisant différents indices, calculés à partir des spectres des signaux de cavitation. Ces travaux ont pu profiter d'électroniques ultra-rapides (Field Programmable Gate Array, FPGA) permettant d'accélérer drastiquement le contrôle mis en place. La rétroaction est alors capable d'agir sur l'amplitude des émissions à quelques kHz contre quelques Hz seulement précédemment. Dans un premier temps, un dispositif expérimental a été construit afin de placer un flux de microbulles à la focale d'un transducteur thérapeutique ultrasonore. Ce dispositif in vitro a permis d'enregistrer les signaux ultrasonores émis par les microbulles en oscillations sous différentes pressions acoustiques. L'ensemble des mesures a servis à optimiser le calcul des indices qui caractérisent les différents états de cavitation. Suite à ces mesures en cuve, des mesures de cavitation ont été réalisées lors d'expériences de perméabilisation de la BHE in vivo. Ces résultats ont été comparés aux résultats in vitro afin de faire correspondre les différents états de cavitation avec les observations biologiques : présence ou absence de la perméabilisation de la BHE ou de dommages vasculaires. À partir de ces résultats un algorithme de régulation de la cavitation exploitant la vitesse permise par les FPGA a été construit. Son fonctionnement repose sur une augmentation progressive de la pression acoustique lors de chaque tir ultrasonore avec un maintien de la pression juste en dessous du seuil d'apparition de la cavitation inertielle. Cet algorithme a pu être testé in vitro et in vivo. Enfin, dans une démarche translationnelle de mes travaux vers leur utilisation clinique, des mesures de cavitation ex vivo ont eu lieu au travers d'un demi-crâne humain. Ces mesures démontrent notre capacité à capter les indices nécessaires au bon fonctionnement des algorithmes de contrôle de la cavitation chez l'Homme dans des conditions où le signal est dégradé par l'épaisseur importante d'os à franchir
The blood-brain barrier (BBB) is the primary interface for exchanges between blood and brain tissue. It remains a major obstacle in the therapeutic management of neurological or cancerous pathologies of the central nervous system (CNS), as over 95% of drugs struggle to reach targeted brain tissues due to the BBB. Approaches optimizing the cerebral delivery of active compounds are crucial to enrich the therapeutic arsenal against CNS pathologies. Since 2001, the use of ultrasound, combined with microbubble injection, has provided a non-invasive method for transient, local, and repeated opening of the BBB without tissue damage. This technique requires rigorous control of in-situ ultrasonic dosimetry: microbubbles need sufficient intensity for effective action (stable cavitation) without oscillating too strongly (inertial cavitation) to avoid the risk of implosion and local adverse effects. Dosimetry is challenging due to the presence of the cranial bone, which is highly heterogeneous and varies among individuals. It has been demonstrated that measuring the oscillation state of microbubbles (cavitation) is possible with the ultrasonic signals backscattered by them. Thus, stable microbubbles reflect only harmonics of the emission frequency, while imploding microbubbles reflect a broaddeband signal characterized by emission at all frequencies. Algorithms have been developed to adjust the ultrasound emission pressure in real-time based on the signals backscattered by microbubbles. This thesis focuses on cavitation control through algorithms using different indices calculated from cavitation signal spectra. The work benefited from ultra-fast electronics, Field Programmable Gate Array, (FPGA) that drastically accelerated the implemented control. An experimental setup was initially constructed to place a stream of microbubbles at the focus of a therapeutic ultrasound transducer. This in vitro device recorded ultrasonic signals backscattered by oscillating microbubbles under various acoustic pressures. The measurements optimized the calculation of indices characterizing different cavitation states. Following these tank measurements, cavitation measurements were conducted during BBB permeabilization experiments in vivo. These results were compared to in vitro results to correlate different cavitation states with biological observations: presence or absence of BBB permeabilization or vascular damage. Based on these results, a cavitation regulation algorithm exploiting the speed provided by the FPGA was constructed. It operates by progressively increasing the acoustic pressure during each ultrasound pulse while maintaining the pressure just below the inertial cavitation threshold. This algorithm was tested in vitro and in vivo. Finally, in a translational approach towards clinical application, cavitation measurements were performed ex vivo using a human half-skull. These measurements demonstrate our ability to capture the necessary indices for the proper functioning of cavitation control algorithms in humans under conditions where the signal is degraded by the substantial thickness of bone to penetrate

L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer l’impact thérapeutique d’une intervention de stimulation cognitive associée à un programme d’activité physique au stade léger à modéré de la maladie d’Alzheimer. Précisément, il s’agit de détailler les effets respectifs et combinés de ces interventions selon les trois dimensions suivantes : 1) le fonctionnement cognitif général, 2) le fonctionnement exécutif à travers la mise à jour, l’alternance, l’inhibition et la planification, 3) le fonctionnement psychosocial, intégrant l’anxiété et la dépression. L’étude principale de cette thèse a comparé les performances pré- et post-intervention de 67 patients répartis en quatre groupes (i.e., groupe stimulation cognitive, groupe activité physique, groupe stimulation cognitive plus activité physique, groupe contrôle). Les résultats ont montré que, 1) la stimulation cognitive permet l’amélioration du fonctionnement cognitif général et le maintien des capacités d’alternance et de mise à jour, 2) l’activité physique favorise l’amélioration des capacités d’inhibition et le maintien des capacités d’alternance, et 3), l’association de la stimulation cognitive et de l’activité physique permet l’amélioration du fonctionnement cognitif général, l’amélioration des performances d’alternance et d’inhibition et le maintien des capacités de mise à jour. L’ensemble de ces résultats met en évidence le potentiel thérapeutique de la stimulation cognitive et de l’activité physique dans le traitement de la maladie d’Alzheimer. De plus, les données recueillies montrent que les bénéfices des interventions sont d’autant plus importants lorsque le programme intègre les deux formes de prises en charge. Les mécanismes par lesquels s’opèrent les changements dans la cognition des personnes souffrant d’Alzheimer sont discutés à travers le concept de réserve cognitive. L’enjeu des futures recherches réside dans le développement de thérapies visant le maintien du fonctionnement exécutif à travers la stimulation des capacités physiques et cognitives
The principal objective of this thesis was to evaluate the therapeutic impact of an intervention which combines a cognitive stimulation program and a physical activity program in mild to moderate Alzheimer's disease. Specifically, the objective was to detail the respective and combined effects of these interventions in the three following dimensions, 1) general cognitive functioning, 2) executive functioning with updating, switching, inhibition and planning, 3) psychosocial functioning, including anxiety and depression. The main study of this thesis examines the pre-and post-intervention scores of 67 patients assigned into four groups (i.e., cognitive stimulation, physical activity, cognitive stimulation combined with physical activity, and control). The data showed that, 1) cognitive stimulation improved general cognitive functioning and maintained updating and switching abilities, 2) physical activity improved inhibition and switching abilities, and 3) associate cognitive stimulation and physical activity allowed the improvement of general cognitive functioning, inhibition and switching abilities, and allowed remaining updating abilities. Taken together, these results demonstrate the therapeutic effects of cognitive stimulation and physical activity in Alzheimer's disease treatment. Moreover, the data collected showed that the benefits of the interventions were particularly important when the program included both interventions. Mechanisms of changes in cognition of Alzheimer's patients are discussed through the concept of cognitive reserve. The aim for future researches is to develop programs of cognitive stimulation and physical activities to preserve executive functioning

Dans sa conception contemporaine, l’hallucination est simplement définie comme une ‘perception sans objet à percevoir’. Elle reste cependant complexe à mettre en évidence et à appréhender en pratique clinique, notamment en population pédiatrique. L’anamnèse, au cours de laquelle le praticien devra éviter des écueils, tels que l’immaturité psychique et la potentielle existence d’un compagnon imaginaire, peut être complétée par des méthodes d’évaluation lui permettant une caractérisation plus spécificique du phénomène. Ce symptôme a fait l’objet d’un regain d’intérêt ces 30 dernières années dans le domaine scientifique. Il est maintenant admis que les hallucinations ne se retrouvent pas exclusivement dans un contexte étiologique schizophrénique, mais qu’elles peuvent également apparaître au cours du développement normal et être de résolution spontanée. Malgré cela, encore peu d’études à l’heure actuelle se sont spécifiquement intéressées à son caractère précoce, transdiagnostique et à sa thérapeutique chez l’enfant et l’adolescent. Néanmoins différentes pistes d’intervention sont à notre disposition pour nous aider à mieux appréhender ce symptôme, qu’il s’agisse de son évaluation ou de sa thérapeutique. Au cours de ce doctorat, nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux aspects cognitifs de l’hallucination. Sur la base du modèle de défaut d’attribution de la source, postulant que les hallucinations seraient le résultat d’une tendance à attribuer plus souvent les évènements auto-générés à un sujet externe, nous avons normalisé une tâche évaluant cette capacité cognitive. Nous avons pu mettre en évidence d’une part, chez nos sujets sains recrutés pour l’étude de normalisation, un effet du vieillissement pathologique préférentiellement pour le reality monitoring (distinguant une source interne au sujet d’une source externe à lui) ; d’autre part, ces données confrontées à la pathologie, ont révélé des performances réellement déficitaires chez des patients souffrant de schizophrénie et présentant des hallucinations pharmaco-résistantes pluri-modales. Notre objectif est par la suite d’obtenir des données normatives pour une population pédiatrique. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’évaluation psychométrique des hallucinations précoces. Au vu du manque d’outils, nous avons associé l’aspect ludique des nouvelles technologies à une évaluation complète et rigoureuse du symptôme. Ainsi, nous avons développé une application pour tablette tactile combinant l’évaluation de la cognition, notamment de la théorie de l’esprit, et de la sévérité du symptôme. En effet, les capacités de théorie de l’esprit ont récemment été identifiées comme marqueurs pronostiques dans la résolution des hallucinations chez l’enfant. L’objectif premier de ce travail est donc de fournir un outil fiable d’évaluation de l’hallucination précoce, l’objectif sous-jacent de cet outil étant de permettre un suivi longitudinal de l’enfant et d’adapter au mieux sa thérapeutique. Enfin, nous nous sommes attelés à la mise en place d’une thérapeutique innovante chez l’enfant et l’adolescent, qui n’est autre que la stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS). Cette technique de neuromodulation a pour avantage de cibler un symptôme et non une pathologie et peut donc s’appliquer à un certain nombre de sujets hallucinés. L’objectif de ce travail était d’étudier plus en avant l’hallucination précoce au moyen d’approches diverses et variées facilitant la mise en confiance de l’enfant et la caractérisation tant phénoménologique que cognitive du symptôme par le praticien. Les résultats réunis dans ce travail de doctorat mettent en évidence qu’il est possible d’appréhender le symptôme hallucinatoire précoce grâce à la cognition et aux nouvelles technologiques. Ces approches nous permettent d’améliorer notre prise en charge en nous donnant une meilleure compréhension du symptôme et des mécanismes associés
In its contemporary conception, the hallucination is simply defined as a ‘perception without object to perceive’. It remains however complex to highlight it in clinical practice, in particular in pediatric population. The clinical interview, during which the clinician have to avoid stumbling blocks, such as psychic immaturity and potential existence of an imaginary companion, can be completed by methods allowing a more specific caracterisation of the phenomenon. This symptom has been a renewed interest in the last 30 years in scientific domain. It is now accepted that the hallucinations are not found exclusively in schizophrenic etiological context, but they can also occur during normal development and be spontaneous resolution. Despite this, few studies currently have a specific interest in its early and transdiagnostic character, and his treatment in children and adolescents.Nevertheless, differents strategies for actions are available to help us better understand this symptom, whether its evaluation or therapeutic. In this PhD work, we initially focused on cognitive aspects of hallucination. Based on the source monitoring framework, assuming that hallucinations are the result of a tendency to attribute more often self-generated events to an external subject, we standardized a task assessing this cognitive ability.We first highlight an age effect in our healthy subjects enrolled in the study of standardization, preferentially for the reality monitoring task (distinction between an external source and an internal source). We then compare these data with those obtained from patients suffering from schizophrenia, revealing loss performance for both tasks. Our goal is then to obtain normative data for a pediatric population.In a second step, we are interested in the psychometric assessment of early-onset hallucinations. Given the lack of tools, we have combined the playfulness of new technologies in a comprehensive and rigorous assessment of the symptom. We thus developed an application for touchpad associating the assessment of cognition, including the theory of mind, and symptom severity. Theory of mind developpement have recently been identified as prognostic marker in the resolution of hallucinations in children. The first objective of this work is to provide a reliable assessment or early-onset hallucinations, the underlying objective is to allow longitudinal assessment of this symptom in children and adolescents and to better adapt its therapeutic. Finally, we are interested in the development of an innovative therapy in children and adolescents, which is the repetitive trancranial magnetic stimulation (rTMS). This neuromodulation technique has the advantage to target a symptom, not a disease, and can therefore be applied to a number of hallucinated subjects.The objective of this work was to study early-onset hallucination through diverse approaches facilitating the trust of the child and both phenomenological and cognitive caracterisation of the symptom by the clinician.The results gathered in this PhD work demonstrate that it is possible to understand the early-onset hallucinatory symptoms through cognition and new technologies. These approaches allow us to adapt our daily practice, gives us a better understanding of the symptoms and associated cognitive mechanisms, thereby improving our therapeutic management

La mise en évidence de cellules initiatrices de cancer dans les glioblastomes et l'existence de cellules souches cancéreuses (CSCs) étayent la présomption que l'échec des stratégies anti-tumorales classiques puisse être attribué à un problème de cible cellulaire. Dans le contexte des thérapies ciblées, l'émergence des nanomédecines offre des perspectives pour la délivrance de principes actifs vers les CSCs ou leur microenvironnement (ou niche) en vue d'une meilleure efficacité, spécificité et sécurité biologique. Douées d'autorenouvellement et capables de générer des clones néoplasiques radio et chimiorésistants, les CSCs n'ont toutefois pas de marqueur exclusifs connus sinon des marqueurs associés permettant d'enrichir ces populations et de potentiellement établir un ciblage notamment locorégional au sein de ces tumeurs. En nous focalisant sur l'épitope AC133, marqueur de CSCs associé à des glycosylations de la protéine CD133 ou prominine-1, l'objectif de cette thèse a été: i) de comprendre la situation biologique traduite par l'expression d'AC133 (témoin d'initiation de tumeurs, d'agressivité tumorale ou d'hypoxie) ii) de développer une nanomédecine reconnaissant l'épitope AC133, iii) de déterminer, au regard de sa distribution au niveau de protrusions membranaires, le rôle fonctionnel de CD133/AC133. A partir de modèles in vitro et in vivo de glioblatomes humains implantés dans le cerveau de souris immunodéprimées (SCID), nos résultats établissent qu'AC133 est un témoin de non exposition chronique à une pression partielle élevée en oxygène (21% O2 versus 3% O2). Dans ce contexte la stratégie shRNA knockdown démontre que HIF-1α est un des régulateurs de l'expression d'AC133. L'absence d'AC133 à 21% O2 au sein de populations non triées de cellules de glioblastomes n'est pas reliée à l'initiation de tumeur mais en revanche associée à une perte d'agressivité tumorale. La cible AC133 a donc été choisie pour développer des nanocapsules lipidiques (NCLs) capables de reconnaitre des CSCs. A l'aide d'un polymère bifonctionnel, le DSPE-PEG2000-maleimide et de l'anticorps monoclonal AC133, une lipo-immunoglobuline (DSPE-PEG2000-maleimide- AC133), a été synthétisée puis post-insérée dans des NCLs permettant l'obtention d'immuno-NCLs. Ces nano-objets ont démontré leur fonctionnalité par leur spécificité de liaison à des cellules Caco-2 exprimant constitutivement AC133. Enfin, dans une dernière étude focalisée sur le rôle de AC133/CD133 dans l'endocytose, nous démontrons par siRNA knockdown sur des cellules Caco-2 que AC133/CD133 inhibe l'internalisation cellulaire de transferrine et de NCLs. De manière intéressante, l'augmentation de la concentration extracellulaire en fer, connue pour diminuer l'expression du récepteur de la transferrine, régule également négativement celle d'AC133, indiquant un rôle d'AC133/CD133 dans l'endocytose et dans le métaboslime du fer. L'ensemble de ce travail de thèse a donc permis de développer de nouveaux nano-outils et de mieux appréhender leur utilité pour l'application de nanomédicines visant à éliminer et/ou modifier leur comportement de CSCs AC133 positives.

Le traitement des DMG altérés H3 K27, n’ayant pas connu d’amélioration au cours de ces 50 dernières années, figure parmi les plus grands défis de la neuro-oncologie pédiatrique. En 2012, a été découverte une mutation spécifique de l’histone 3 (oncohistone), dite H3.3 K27M, présentant une prévalence très élevée (70-80% des cas) dans les DMG. Bien que l’impact épigénétique de cette mutation ait été décrit, des études demeurent nécessaires afin de mieux comprendre son rôle dans le phénotype agressif et la réponse aux thérapies des cellules DMG. Afin d’étudier précisément l’impact de la mutation H3.3 K27M sur le phénotype des cellules de DMG,nous avons développé et caractérisé des modèles cellulaires isogéniques complémentaires de gliome pédiatrique de haut grade induits et invalidés pour l’oncohistone. À l’aide de ces modèles, nous souhaitions élucider l’impact de H3.3 K27M sur la biologie des cellules de DMG et leur réponse aux traitements anti-cancéreux, notamment la radiothérapie, unique traitement de référence actuel pour la prise en charge des DMG. Par la caractérisation de nos lignées cellulaires de gliomes pédiatriques sustentoriels induites pourH3.3 K27M, nous avons montré que l’oncohistone impacte la réponse aux radiations ionisantes et à certaines thérapies ciblées de manière dépendante du contexte cellulaire.Sur la base de ce constat, nous avons pris le parti de caractériser les impacts biologiques de l’oncohistone dans un contexte cellulaire plus pertinent de DMG. En ce sens, nous avons établi des modèles cellulaires knock-out pour H3.3 K27M et les avons caractérisés comparativement à leurs lignées cellulaires parentales mutées. Par des caractérisations omiques (transcriptomique et protéomique) et du métabolisme cellulaire de ces modèles, nous avons notamment identifié un impact de la mutation H3.3 K27M sur le métabolisme lipidique des cellules DMG. De surcroit, dans des modèles de sphéroïdes 3D, cette modification du métabolisme lipidique associée à l’oncohistone semblait conditionnée par des facteurs du microenvironnement encore à l’étude.D’autre part, une approche fonctionnelle par criblage pharmacologique nous a permis d’identifier des dépendances à certaines voies de réparation des dommages à l’ADN spécifiquement associées à la mutationH3.3 K27M. De plus, la caractérisation radiobiologique de nos modèles, actuellement en cours, indique une radiosensibilité associée à H3.3 K27M, corrélant avec une diminution de l’efficacité de réparation de l’ADN postirradiation. Au-delà de cet impact sur la réparation des dommages à l’ADN, notre criblage pharmacologique a également révélé une sensibilité exacerbée à certains composés de la famille des glycosides cardiaques induite par H3.3 K27M. Ce résultat apparaît particulièrement intéressant au regard de nos données transcriptomiques montrant un enrichissement en gènes impliqués dans les cardiomyopathies et l’homéostasie ionique parmi les gènes différentiellement exprimés en présence de l’oncohistone. Dans ce contexte, nous avons entrepris l’étude des processus moléculaires et biologiques sous-jacents à cette différence de sensibilité gouvernée parH3.3 K27M.In fine, nous avons utilisé nos modèles cellulaires isogéniques pour montrer que l’oncohistoneH3.3 K27M entraîne des modifications du métabolisme lipidique des cellules de DMG. Ces changements métaboliques pourraient rendre les cellules de DMG altérés H3 K27 plus susceptibles au déclenchement de certaines voies de morts cellulaires (e.g. ferroptose) et affecter la réponse à certaines thérapies. De plus, H3.3K27M semble induire des sensibilités spécifiques, notamment à la radiothérapie et aux glycosides cardiaques [...]
H3K27-altered DMG treatment is one of the most significant challenges in pediatric neuro-oncology,with no improvement in patient survival over the past 50 years. In 2012, it was shown that DMGs harbor a specific histone 3 mutation (oncohistone) called H3.3 K27M with a very high prevalence (70-80% of cases). Although theH3.3 K27M impact on the epigenetic landscape has been well described, studies are needed to understand betterits role in DMG cells’ aggressiveness and response to therapies.To study the H3.3 K27M mutation impact on DMG cell phenotypes precisely, we developed andcharacterized pediatric high-grade glioma isogenic cellular models induced and knock-out for the oncohistone.Using these models, we aimed to decipher the oncohistone impact on DMG cell biology and response to anticancertherapies, including radiation therapy, the only current standard of care for DMGs. Characterization of our H3.3 K27M-induced pediatric supratentorial glioma cell lines reveals that the oncohistone affects the response to ionizing radiations and specific targeted therapies in a cellular context-dependentway. Based on these results, we settled to characterize oncohistone biological impacts in a more relevant cellular context of DMG. In that sense, we established H3.3 K27M knock-out cellular models and characterized them regarding their parental DMG H3.3 K27M mutated cell lines. Through omic (transcriptomic and proteomic)and cell metabolism characterizations of these models, we notably showed the H3.3 K27M mutation impact on DMG cells’ lipid metabolism. In 3D spheroid models, this H3.3 K27M-induced lipid metabolism rewiring appeared conditioned by microenvironment factors still under investigation.On the other hand, a functional pharmacological screen identified H3.3 K27M-driven dependencies tospecific DNA repair pathways. In addition, ongoing radiobiological characterization of our models indicates anH3.3 K27M-associated radiosensitivity correlating with a decrease in DNA repair efficiency following ionizingradiations. Beyond this DNA repair impact, our pharmacological screen also revealed an H3.3 K27M-relatedsensitivity to cardiac glycoside drugs. This result makes sense with our transcriptomic data showing enrichmentin genes involved in cardiomyopathies and ion homeostasis among differentially expressed genes with theoncohistone. In this context, we began unraveling the molecular and biological processes underlying thisH3.3 K27M-driven effect.Finally, we used our isogenic cellular models to show that the H3.3 K27M oncohistone drives lipidmetabolism modifications. These metabolic changes could prime H3K27-altered DMG cells to specific regulatedcell death pathways (e.g., ferroptosis) and affect the response to certain therapies. Moreover, the H3.3 K27Mseems to drive specific sensitivities, notably to radiation therapy and cardiac glycoside drugs. Understanding the underlying molecular mechanisms governing these H3.3 K27M-associated Achille heels could highlight newinsights into the oncohistone role in DMG cells and provide rationales for developing new therapeutic strategies

La stimulation cérébrale profonde (SCP) est actuellement un traitement efficace pour la maladie de parkinson. Cette approche est maintenant fortement envisagée pour le traitement des addictions. Elle consiste à délivrer des impulsions électriques au sein d’une structure cérébrale : le noyau subthalamique. Nous avons montré dans le noyau subthalamique l’existence de signatures associée à la transition vers l’addiction et la prise compulsive de drogue, ainsi que le potentiel thérapeutique de la SCP pour réduire la consommation pathologique et compulsive de cocaïne chez des rats. Nous avons également montré le contrôle spécifique du noyau subthalamique sur la motivation pour la nourriture sucrée et les drogues d’abus. Dans l’ensemble, cette thèse devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes de la SCP, de son potentiel thérapeutique pour les addictions et de ses éventuels effets secondaires
Deep brain stimulation (DBS) is currently one form of effective treatment for Parkinson’s disease. This approach is currently considered for the treatment of addiction. It consists in the delivery of small electric impulses inside a brain structure: the subthalamic nucleus. We have shown in the subthalamic nucleus the existence of signature associated with the transition to addiction and compulsive drug abuse, as well as the therapeutic potential of DBS to reduce pathological intake and compulsive cocaine abuse in rats. We also established the specific control exerted by the subthalamic nucleus on the motivation for sweet food and drug of abuse. Overall this thesis could allow a better understanding of the mechanisms of DBS, its therapeutic potential in addiction and possible side effects

Les lésions cérébrales induisent une mort neuronale associée à des déficits fonctionnels importants. Afin de pallier aux capacités limitées de régénération spontanée des neurones du système nerveux central adulte, nous avons évalué, dans un modèle de lésion par aspiration du cortex moteur chez la souris adulte, le potentiel de stratégies de remplacement cellulaire par la transplantation de neurones embryonnaires ou dérivés de cellules souches, et la mobilisation des cellules souches endogènes présentes dans la zone sous-ventriculaire (ZSV). L'efficacité des neurones greffés dépend de leur capacité à adopter un phénotype neuronal approprié et à établir des projections spécifiques vers l'hôte. Nous avons montré que les cellules embryonnaires transplantées immédiatement après la lésion dans le cortex moteur lésé se différencient en neurones matures corticaux et envoient des projections appropriées vers les cibles du cortex moteur. Nous avons montré qu'introduire un délai d'une semaine entre la lésion du cortex moteur et la transplantation augmente la vascularisation et la prolifération des cellules transplantées, ainsi que la densité des projections qu'elles développent. Par ailleurs, nous avons étudié la possibilité de générer des neurones corticaux à partir de cellules souches humaines comme source alternative de neurones à transplanter. Enfin, nous avons montré que la lésion du cortex moteur induit une augmentation de la prolifération cellulaire et de la neurogenèse dans la ZSV, et favorise la migration des neuroblastes de la ZSV vers le site de lésion
Damage to the adult motor cortex can lead to severe deficits in motor function. One strategy for overcoming the generally limited capacity of the mature central nervous system to regenerate axons in response to cell loss is cell replacement based therapies. We studied brain repair strategies in a mouse model of motor cortex aspiration lesion by using transplantation of embryonic neurons or stem cells-derived neurons and by evaluating the potential of endogenous stem cells found in the subventricular zone. Neuronal transplantation efficacy depends on the capacity of the transplanted cells to developp into appropriate neuronal phenotype and establishment of specific connections. We have shown that embryonic cells grafted immediately after lesion into the lesioned motor cortex develop into mature neurons with appropriate phenotype and establish projections towards appropriate targets. We have shown that introducing a delay of one week between motor cortex lesion and transplantation enhances graft vascularization, grafted cells proliferation and the density of transplant-to-host projections. Besides, we have studied the possibility to generate cortical neurons from human stem cells as an alternative source of neurons for transplantation. Finally, recruitment of endogenous stem cells found in the SVZ was examined in a mouse model of cortical lesion. We have shown that motor cortex injury increases cellular proliferation and neurogenesis in the SVZ and the migration of neuroblasts near the lesion site via blood vessels and astrocytes assisted migration

Près de 90 % des décès chez les patients atteints d'un cancer du sein sont imputables à la formation de métastases. Le cancer du sein triple négatif (TN) se distingue par sa nature agressive et sa forte propension à métastaser. Parmi les différents sites touchés, le développement de métastases cérébrales présente le pronostic le plus sombre et altère considérablement la qualité de vie des patients. Les mécanismes qui sous-tendent la progression des métastases cérébrales dans le cancer du sein triple négatifne sont à ce jour décrits que de façon parcellaire. Pour tenter de mieux les comprendre, ce travail vise à étudier le comportement des cellules du cancer du sein au cours du processus de dissémination vers le cerveau. Pour cela il s’est agit de développer différents modèles expérimentaux complémentaires : Un modèle in vitro de barrière hémato-encéphalique humaine (BHE), de matrice extracellulaire organotypique3D in vitro, des co-cultures ex vivo de tranches de cerveau de souris et des expériences de xénogreffes in vivo. Dans ces travaux, nous démontrons l'implication de TrkA et de ses co-récepteurs (e.g. EphA2) dans le développement des métastases cérébrales.Nous avons tout d’abord identifié le complexe de récepteur TrkA/EphA2 comme médiateur de la transmigration de la BHE induite par le proNGF. Par ailleurs, nos résultats ont également démontré que l'inhibition combinée de TrkA et d'EphA2 réduirait de manière significative les métastases cérébrales dans un modèle pré-clinique de cancer du sein.Ces résultats remettent en question la compréhension actuelle des mécanismes de métastases cérébrales et mettent en lumière le rôle du proNGF en tant que facteur clé du tropisme cérébrale du cancer du sein TN
Nearly 90% of deaths in breast cancer patients are due to metastasis. Triple-negative(TN) breast cancer is characterized by its aggressive nature and high propensity to metastasize. Among the various sites of metastasis, the development of brain metastasis is associated with the worst prognosis, with a greater impact on patients'quality of life. The mechanisms underlying the progression of brain metastases in triplenegativebreast cancer are incompletely understood. To address this gap, we have used several experimental models to study the behavior of breast cancer cells during the process of dissemination to the brain. These models include an in vitro human blood-brain barrier (BBB) model, in vitro 3D organotypic extracellular matrix, ex vivo co-cultures of mouse brain slices, and in vivo xenograft experiments. By recapitulating the final key steps of brain metastasis in these models, we sought to better understand the underlying molecular mechanisms. In this work, we demonstrate the involvement of TrkA and its co-receptors (e.g. EphA2) in the development of brain metastases. First, we identified the TrkA/EphA2 receptor complex as a mediator of proNGF-induced BBB transmigration. Furthermore, our results showed that combined inhibition of TrkA and EphA2 significantly reduced brain metastasis in a preclinical breast cancer model. These results challenge the current understanding of the mechanisms of brain metastasis and highlight the role of proNGF as a key factor in the brain tropism of metastatic TN breast cancer

Le glioblastome multiforme (GBM) est une tumeur primaire du cerveau dont le pronostic est très sombre, en raison de son caractère infiltrant, de la radiorésistance de ses cellules et de la faible biodisponibilité encéphalique des molécules chimiothérapeutiques. De plus, les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de la moelle osseuse sont recrutées au site tumoral et supportent la néovascularisation et le microenvironnement inflammatoire. Ces cellules ont la capacité de se mobiliser et de migrer vers la tumeur, en plus de s'adapter aux conditions hypoxiques tumorales. La métalloprotéase MT1-MMP est principalement responsable du phénotype migratoire des cellules de GBM et des MSC. Toutefois, le développement d'inhibiteurs de la fonction catalytique des métalloprotéases s'est révélé un échec en clinique et n'a pas réussi à améliorer la survie des patients atteints de GBM. De plus en plus d'évidences expérimentales démontrent de nouvelles fonctions non-protéolytiques des métalloprotéases et l'étude de ces fonctions permettra d'envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques. Considérant le rôle que joue le stress du réticulum endoplasmique (RE) dans l'induction de l'apoptose, que les cellules de GBM sont constitutivement stressées et surexpriment une grande quantité de MT1-MMP qui transit par le RE, nous avons émis l'hypothèse que MT1-MMP peut jouer un rôle de premier plan dans le contrôle de la balance survie/mort des cellules de GBM. De plus, considérant le recrutement des MSC au site tumoral hypoxique, leur migration en partie dépendante du domaine cytoplasmique de MT1-MMP et leur contribution à la progression tumorale du glioblastome, nous avons émis l'hypothèse que l'hypoxie et le facteur de transcription HIF-1 régulent l'expression de protéines de signalisation intracellulaires responsables de la signalisation par le domaine cytoplasmique de MT1-MMP et de la migration des MSC. Nos résultats documentent deux nouvelles fonctions non-protéolytiques associées à MT1-MMP. D'une part, l'inhibition pharmacologique du trafic vésiculaire ou la simulation des interactions avec la matrice extracellulaire impose un grand stress endoplasmique et stimule l'apoptose par la voie UPR, mais la répression génique de MT1-MMP permet de renverser ce stress et la signalisation pro-apoptotique qui en découle, mettant en évidence le rôle primordial de MT1-MMP dans ces processus. La balance entre les signaux pro- et anti-apoptotiques découlant de la voie UPR est finement régulée et MT1-MMP participe à cette « décision cellulaire ». Enfin, il existe un axe de signalisation HIF-1/MT1-MMP/3BP2, dans les MSC, qui leur permet de se mobiliser et de migrer. La protéine adaptatrice 3BP2, connue pour son rôle dans la mobilisation des cellules inflammatoires, joue le rôle de médiateur de la signalisation migratoire des MSC en aval de MT1-MMP, en réponse à l'hypoxie. En plus de ses fonctions catalytiques, la MT1-MMP est dotée de fonctions signalétiques dans le contrôle de la survie et de la migration cellulaire. Le ciblage de ces nouvelles fonctions signalétiques de MT1-MMP pourrait être une stratégie prometteuse pour le traitement du GBM. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : glioblastome, cellules souches mésenchymateuses, hypoxie, MT1-MMP, stress du réticulum endoplasmique.

L’aphasie est un trouble acquis du langage entraînant des problèmes de communication pouvant toucher la compréhension et/ou l’expression. Lorsque l’aphasie fait suite à un accident vasculaire cérébral, une régression des déficits communicatifs s'observe initialement, mais elle peut demeurer sévère pour certains et est considérée chronique après un an. Par ailleurs, l’aphasie peut aussi être observée dans l’aphasie progressive primaire, une maladie dégénérative affectant uniquement le langage dans les premières années. Un nombre grandissant d’études s’intéressent à l’impact de la thérapie dans l’aphasie chronique et ont démontré des améliorations langagières après plusieurs années. L’hémisphère gauche semble avoir un rôle crucial et est associé à de meilleures améliorations langagières, mais la compréhension des mécanismes de plasticité cérébrale est encore embryonnaire. Or, l’efficacité de la thérapie dans l’aphasie progressive primaire est peu étudiée. À l’aide de la résonance magnétique fonctionnelle, le but des présentes études consiste à examiner les mécanismes de plasticité cérébrale induits par la thérapie Semantic Feature Analysis auprès de dix personnes souffrant d’aphasie chronique et d’une personne souffrant d’aphasie progressive primaire. Les résultats suggèrent que le cerveau peut se réorganiser plusieurs années après une lésion cérébrale ainsi que dans une maladie dégénérative. Au niveau individuel, une meilleure amélioration langagière est associée au recrutement de l’hémisphère gauche ainsi qu’une concentration des activations. Les analyses de groupe mettent en évidence le recrutement du lobule pariétal inférieur gauche, alors que l’activation du gyrus précentral gauche prédit l’amélioration suite à la thérapie. D’autre part, les analyses de connectivité fonctionnelle ont permis d’identifier pour la première fois le réseau par défaut dans l’aphasie. Suite à la thérapie, l’intégration de ce réseau bien connu est comparable à celle des contrôles et les analyses de corrélation suggèrent que l’intégration du réseau par défaut a une valeur prédictive d’amélioration. Donc, les résultats de ces études appuient l’idée que l’hémisphère gauche a un rôle prépondérant dans la récupération de l’aphasie et fournissent des données probantes sur la neuroplasticité induite par une thérapie spécifique du langage dans l’aphasie. De plus, l’identification d’aires clés et de réseaux guideront de futures recherches afin d’éventuellement maximiser la récupération de l’aphasie et permettre de mieux prédire le pronostic.
Aphasia is an acquired language impairment leading to communication disorders which may affect comprehension and/or expression. When aphasia follows a stroke, major recovery of the communicative deficits is initially observed after the lesion, but for some the aphasia may remain severe and is considered to be chronic after a year. Furthermore aphasia can be observed in primary progressive aphasia, a degenerative disease only affecting language in the early years. The impact of therapy in chronic aphasia is the subject of growing literature in recent years and has shown language improvements after several years of therapy. The left hemisphere seems to have a crucial role and is associated with greater language improvements but our understanding of brain plasticity mechanisms is still lacking. In primary progressive aphasia, few studies have examined therapy effectiveness. Using functional magnetic resonance imaging, the aim of these studies was to examine therapy-induced brain plasticity mechanisms following Semantic Feature Analysis in ten participants suffering from chronic aphasia and one participant with primary progressive aphasia. The results suggest that brain reorganization is possible several years after injury and in degenerative disease. At the individual level, greater language improvement is associated with the recruitment of the left hemisphere and less activated areas. Group analysis shows the recruitment of left inferior parietal lobule, whereas the activation of left precentral gyrus predicts improved response to therapy. Functional connectivity analysis allowed for the first time the identification of the default-mode network in aphasia. Following therapy, the integration of this well-known network is comparable to that of the controls and the correlation analysis suggests that the default-mode network integration has a predictive value for improvement. Therefore, the results of these studies support the idea that the left hemisphere has a major role in the recovery of aphasia and provide evidence on therapy-induced neuroplasticity in aphasia. In addition, the identification of key areas and networks will guide future research in order to possibly maximize the recovery of aphasia and to better predict the prognosis.