Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Assessing natural mortality of Bay of Biscay anchovy from survey population and biomass estimates

La fermeture de la pêche de l’anchois (Engraulis encrasicolus) du Golfe de Gascogne entre 2005 et 2010, en raison de la faible biomasse du stock, a été une opportunité pour estimer la mortalité naturelle à partir de données de campagnes halieutiques issues de l’observation de la présence d’oeufs (DEPM) et de mesures acoustiques, utilisées pour l’évaluation de cette population depuis 1987. En considérant que la mortalité naturelle est constante au cours du temps et que la capturabilité des deux campagnes est identique pour tous les âges, la mortalité naturelle peut être estimée par des modèles log-linéaires appliquées aux séries temporelles de nombres aux âges issues des campagnes, et par des modèles d’évaluations de stock prenant en compte la saison. L’analyse suggère des valeurs de M autour de 0.9 comme mortalité naturelle courante à tous les âges. Cependant, nous avons des éléments forts indicateurs que la mortalité aux âges 2 et plus (M2+) est remarquablement plus forte qu’à l’âge 1 (M1) ce qui suppose un signe de mortalité sénescente, une possibilité qui a déjà été évoquée il y a longtemps pour ce type d’espèce à vie courte.

Expertise sur 3 masses d’eau de la Réunion (étangs de Saint-Paul et du Gol) et de Martinique (étang des Salines) : typologie et surveillance DCE

Trois masses d’eau situées sur le littoral de l’île de la Réunion et de la Martinique présentent des fonctionnements et des caractéristiques atypiques, ce qui pose actuellement des difficultés dans le cadre de l’application de la DCE. Les deux masses d’eau réunionnaises, l’étang du Gol et l’étang de Saint-Paul, sont actuellement identifiées en tant que plans d’eau au titre de la DCE. La masse d’eau martiniquaise, l’étang des Salines, est quant à elle identifiée en tant que masse d’eau de transition. L’objectif de cette étude est d’apporter une expertise, sur la base des données disponibles et des échanges avec les experts locaux et nationaux, concernant : · la typologie des masses d’eau, · les paramètres chimiques, physico-chimiques et biologiques pertinents à suivre dans le cadre de la surveillance DCE, · des pistes de travail pour consolider des grilles de diagnostic sur les masses d’eau. Cette expertise s’appuie également sur les retours d’expériences et les études réalisées dans le cadre de la mise en oeuvre de la DCE sur les lagunes des bassins Rhône Méditerranée et Corse, dont la morphologie et le fonctionnement se rapprochent des trois masses d’eau étudiées. L’analyse des données et études fournies sur les étangs réunionnais du Gol et de Saint-Paul conduit à poser la question de la pertinence de leur maintien dans le référentiel des masses d’eau au titre de la DCE. Si le choix est cependant fait de conserver ces étangs en tant que masses d’eau DCE, leurs caractéristiques correspondraient à la typologie des eaux de transition et à la gamme de salinité oligohaline. Des recommandations sont formulées en termes d’études complémentaires visant à préciser le fonctionnement hydrologique de ces étangs et de priorisation des suivis de leur qualité physico-chimique et biologique, pour aboutir à une surveillance DCE pérenne. Les recommandations formulées à partir des données fournies sur l’étang martiniquais des Salines concernent l’évaluation des pressions anthropiques pesant sur cette masse d’eau, la priorisation des suivis de sa qualité chimique, physico-chimique et biologique dans le cadre de la surveillance DCE. Des pistes sont également données pour l’élaboration et la consolidation de grilles de diagnostic adaptées à cet étang.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Obésité abdominale et autres déterminants du risque cardiométabolique dans deux populations urbaines noires apparentées : Port-au-Prince (Haïti) et Cotonou (Bénin)

L’obésité est un problème de santé publique reconnu. Dans la dernière décennie l’obésité abdominale (OA) a été considérée comme une maladie métabolique qui contribue davantage au risque de diabète et de maladies cardiovasculaires que l’obésité générale définie par l’indice de masse corporelle. Toutefois, dans les populations d’origine africaine, la relation entre l’OA et les autres biomarqueurs de risque cardiométabolique (RCM) demeure obscure à cause du manque d’études chez ces populations et de l’absence de valeurs-seuils spécifiques pour juger d’une OA. Cette étude visait à comparer la prévalence des biomarqueurs de RCM (OA, hypertension artérielle, hyperglycémie, dyslipidémie, résistance à l'insuline et inflammation pré-clinique) chez les Béninois de Cotonou et les Haïtiens de Port-au-Prince (PAP), à étudier l’association de l’OA avec les autres biomarqueurs de RCM, à documenter le rôle du niveau socio-économique (NSE) et du mode de vie dans cette association et à ’identifier les indicateurs anthropométriques de l’OA -tour de taille (TT) et le ratio TT/hauteur (TT/H)- et les seuils qui prédisent le mieux le RCM à Cotonou et à PAP. Il s’est agi d’une analyse de données transversales chez 452 adultes (52 % hommes) apparemment en bonne santé, âgés de 25 à 60 ans, avec 200 sujets vivant à Cotonou (Bénin) et 252 sujets à PAP (Haïti). Les biomarqueurs de RCM considérés étaient : le syndrome métabolique (SMet) d’après les critères harmonisés de 2009 et ses composantes individuelles - une OA à partir d’un TT ≥ 94cm chez les hommes et ≥ 80cm chez les femmes, une hypertension, une dyslipidémie et une hyperglycémie; la résistance à l’insuline définie chez l’ensemble des sujets de l’étude à partir du 75e centile de l’Homeostasis Model Assessment (HOMA-IR); un ratio d’athérogénicité élevé (Cholestérol sérique total/HDL-Cholestérol); et l’inflammation pré-clinique mesurée à partir d’un niveau de protéine C-réactive ultrasensible (PCRus) entre 3 et 10 mg/l. Le ratio TT/H était aussi considéré pour définir l’OA à partir d’un seuil de 0,5. Les données sur les habitudes alimentaires, la consommation d’alcool, le tabagisme, les caractéristiques sociodémographiques et les conditions socio-économiques incluant le niveau d’éducation et un proxy du revenu (basé sur l’analyse par composante principale des biens et des possessions) ont été recueillies au moyen d’un questionnaire. Sur la base de données de fréquence de consommation d’aliments occidentaux, urbains et traditionnels, des schémas alimentaires des sujets de chaque ville ont été identifiés par analyse typologique. La validité et les valeurs-seuils de TT et du ratio TT/H prédictives du RCM ont été définies à partir des courbes ROC (Receiver Operating Characteristics). Le SMet était présent chez 21,5 % et 16,1 % des participants, respectivement à Cotonou et à PAP. La prévalence d’OA était élevée à Cotonou (52,5 %) qu’à PAP (36%), avec une prévalence plus élevée chez les femmes que chez les hommes. Le profil lipidique sérique était plus athérogène à PAP avec 89,3 % d’HDL-c bas à PAP contre 79,7 % à Cotonou et un ratio CT/HDL-c élevé de 73,4 % à PAP contre 42 % à Cotonou. Les valeurs-seuils spécifiques de TT et du TT/H étaient respectivement 94 cm et 0,59 chez les femmes et 80 cm et 0,50 chez les hommes. Les analyses multivariées de l’OA avec les biomarqueurs de RCM les plus fortement prévalents dans ces deux populations montraient que l’OA était associée à un risque accru de résistance à l’insuline, d’athérogénicité et de tension artérielle élevée et ceci, indépendamment des facteurs socio-économiques et du mode de vie. Deux schémas alimentaires ont émergé, transitionnel et traditionnel, dans chaque ville, mais ceux-ci ne se révélaient pas associés aux biomarqueurs de RCM bien qu’ils soient en lien avec les variables socio-économiques. La présente étude confirme la présence de plusieurs biomarqueurs de RCM chez des sujets apparemment sains. En outre, l’OA est un élément clé du RCM dans ces deux populations. Les seuils actuels de TT devraient être reconsidérés éventuellement à la lumière d’études de plus grande envergure, afin de mieux définir l’OA chez les Noirs africains ou d’origine africaine, ce qui permettra une surveillance épidémiologique plus adéquate des biomarqueurs de RCM.

Dispositifs optoélectroniques à base de semi-conducteurs organiques en couches minces

Les petites molécules de type p à bandes interdites étroites sont de plus en plus perçues comme des remplaçantes possibles aux polymères semi-conducteurs actuellement utilisés conjointement avec des dérivés de fullerènes de type n, dans les cellules photovoltaïques organiques (OPV). Par contre, ces petites molécules tendent à cristalliser facilement lors de leur application en couches minces et forment difficilement des films homogènes appropriés. Des dispositifs OPV de type hétérojonction de masse ont été réalisés en ajoutant différentes espèces de polymères semi-conducteurs ou isolants, agissant comme matrices permettant de rectifier les inhomogénéités des films actifs et d’augmenter les performances des cellules photovoltaïques. Des polymères aux masses molaires spécifiques ont été synthétisés par réaction de Wittig en contrôlant précisément les ratios molaires des monomères et de la base utilisée. L’effet de la variation des masses molaires en fonction des morphologies de films minces obtenus et des performances des diodes organiques électroluminescentes reliées, a également été étudié. La microscopie électronique en transmission (MET) ou à balayage (MEB) a été employée en complément de la microscopie à force atomique (AFM) pour suivre l’évolution de la morphologie des films organiques minces. Une nouvelle méthode rapide de préparation des films pour l’imagerie MET sur substrats de silicium est également présentée et comparée à d’autres méthodes d’extraction. Motivé par le prix élevé et la rareté des métaux utilisés dans les substrats d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO), le développement d’une nouvelle méthode de recyclage eco-responsable des substrats utilisés dans ces études est également présenté.

Rôle du facteur de transcription PITX1 dans les pathogenèses de l'ostéoporose et des maladies parodontales

L’ostéoporose est une maladie caractérisée par une faible masse osseuse et une détérioration du tissu osseux. Cette condition entraîne une plus grande fragilité osseuse et des risques de fractures. Plusieurs études ont associé l’ostéoporose à la faible densité osseuse des mandibules, à la perte d’attache parodontale, à l’augmentation de la hauteur de la crête alvéolaire et à la chute des dents. Cette étude vise à comprendre les mécanismes sous-jacents cette perte osseuse. En effet, au cours du développement des souris, PITX1 joue un rôle clé dans l'identité des membres postérieurs et dans le bon développement des mandibules et des dents. Son inactivation complète chez la souris mène à un phénotype squelettique sévère. Tandis que, son inactivation partielle provoque des symptômes apparentés à l'arthrose avec une augmentation de la masse osseuse au niveau de l’os cortical et de l’os trabéculaire. Inversement, une étude antérieure chez des jumelles monozygotiques discordantes pour l’ostéoporose, montrent une augmentation d’environ 8.6 fois du niveau d’expression du gène Pitx1 chez la jumelle ostéoporotique. Collectivement, ces données nous ont poussés à investiguer sur le rôle du facteur de transcription PITX1 dans le métabolisme osseux normal et pathologique. Dans ce contexte, des souris transgéniques Col1α1-Pitx1 sur-exprimant Pitx1 spécifiquement dans le tissu osseux sous le promoteur du collagène de type-I (fragment 2.1kpb) ont été générées et phénotypiquement caractérisées. Ces résultats ont révelé que les souris transgéniques Col1α1-Pitx1 présentaient un phénotype similaire à celui des patients ostéoporotiques accompagné d'une perte de dents et des problèmes dentaires et parodontaux. De plus, cette étude a révélé que la surexpression de Pitx1 induit une altération de l’homéostasie osseuse via l’inactivation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine canonique. Cette hypothèse a été appuyée par le fait que le traitement des souris transgéniques Col1α1-Pitx1 avec du chlorure de lithium, un activateur de la voie Wnt canonique, prévient le phénotype ostéoporotique chez ces souris. Finalement, cette étude établit un rôle crucial de PITX1 dans la régulation de la masse osseuse et une implication possible dans l’ostéoporose et les maladies parodontales via l’inactivation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine canonique.

Rapport de mission sur la conférence mondiale sur l'aquaculture, organisée conjointement par la World Aquaculture Society et la European Aquaculture Society. Florence, Italie, 9-13 mai 2006

Ce congrès était organisé conjointement par les deux grandes associations de développement de l'aquaculture dans le monde: la World Aquaculture Society (WAS, 2300 membres) et la European Aquaculture Society (EAS, 550 membres). Le précédent s'était tenu à Nice, en mai 2000. Il a rassemblé pendant 5 jours plus de 3000 chercheurs et responsables institutionnels de 95 nationalités. Environ 600 communications orales étaient réparties sur 67 sessions suivant un système de 11 salles en parallèle. Entre les salles de conférence étaient présentés les panneaux des 460 posters. Sur le site, l'exposition commerciale accueillait 135 entreprises et organismes; elle a reçu la visite d'environ 2000 visiteurs dont la moitié d'Italiens (source: EAS). Le thème général du congrès était le lien entre la tradition et la technologie. L'objectif était de montrer que les technologies, dont l'image est ambivalente, constituent un outil remarquable de développement de l'aquaculture, y compris en tenant compte des contraintes de durabilité. En effet, les attentes du citoyen, comme du consommateur, restent centrées autour des notions de qualité, sécurité alimentaire, bien-être et santé animale. Les travaux portaient sur les disciplines classiques de l'aquaculture (nutrition, physiologie, génétique, etc) et leur relation avec les biotechnologies. Il faut souligner l'émergence de thèmes de plus en plus liés la démonstration que l'aquaculture peut s'intégrer dans détruire (capacité de charge d'un écosystème, animaux échappés, etc) et à la perception de la société (perception du consommateur, aquaculture et société, position des ONG écologistes, etc). L'U.E. était très présente avec 5 représentants et une implication marquée dans de plusieurs sessions. Sous différentes formes, ses représentants ont rappelé la volonté de l'UE de continuer à soutenir l'aquaculture, avec l'objectif de poursuivre le développement de ce secteur (4 % de croissance moyenne par an). L'aquaculture devrait générer 8 à 10 000 emplois nouveaux sur les 15 prochaines années, notamment dans la conchyliculture et la pisciculture marine au large avec comme mot clef l'intégration dans l'environnement, dans le tissu socio-économique côtier et dans l'imaginaire des gens, touristes, consommateurs, élus, etc. Ce congrès à vocation mondiale a attiré des représentants de régions habituellement peu représentées comme le Moyen Orient et la Chine, présente à de nombreuses sessions. Il a été aussi le lieu de multiples réunions satellites impliquant presque toujours des chercheurs français: grands programmes européens en cours comme SeaFood+, ASEM (coop. Europe - Asie) ou Consensus, assemblée générale de l'EAS, groupe de travail de l'UICN, etc. Ce type de réunion confirme l'importance des contacts personnels directs pour 1. Evaluer les grandes tendances mondiales du secteur 2. Etablir des contacts directs avec des chercheurs seniors des grandes équipes de recherche et des décideurs au niveau européen et extra-européen 3. Tester des idées et des projets de collaboration et de partenariat Il constitue un forum exceptionnel de diffusion de connaissances, d'informations et de messages. Il offre un espace de perception et de reconnaissance d'Ifremer par de nombreux acteurs de la communauté de recherche en aquaculture. Grâce à la variété thématique des sessions où des chercheurs d'Ifremer sont actifs, l'institut renforce sa notoriété notamment dans la dimension pluridisciplinaire. Cette capacité d'ensemblier est la qualité la plus demandée dans les conclusions d'ateliers et la plus rare dans les instituts présents. Le congrès révèle bien l'évolution de l'aquaculture mondiale: il y a 10 ans, la production de masse était au Sud et la technologie et les marchés au Nord (USA, Europe, Japon). Aujourd'hui, la progression économique et scientifique rapide des pays du Sud, surtout en Asie, crée des marchés locaux .solvables pour l'aquaculture (Chine, Inde) et fait émerger une capacité de recherche « de masse». Cette situation exige que la recherche occidentale évolue pour rester compétitive. Pour préserver un secteur important, qui concourt à la sécurité alimentaire en protéines de manière croissante (4% par an, record de toutes les productions alimentaires), la recherche européenne en aquaculture doit maintenir son effort afin de garder une longueur d'avance, surtout dans les secteurs qui seront vitaux dans la décennie: relations avec l'environnement naturel (durabilité dont la maîtrise des coûts énergétiques), qualité des produits, sécurité alimentaire, intégration socio-économique dans des espaces de plus en plus convoités, maîtrise de l'image de l'espèce « cultivée» (industrielle mais contrôlée) par rapport à l'image de l'espèce « sauvage» (naturelle mais polluée et surexploitée). En conséquence, l'UE conserve tout son potentiel de développement car l'essentiel de la valeur ajoutée sera de moins en moins dans la production en quantité mais dans sa maîtrise de la qualité. Cette évolution donne toute sa valeur à la recherche menée par Ifremer et ce d'autant plus que l'institut sera capable d'anticiper les besoins et les attentes des entreprises, des consommateurs, des associations comme des organisations internationales. Dans cette vision, réactivité, capacité d'ensemblier et réflexion prospective sont les qualités à développer pour que l'lfremer puisse donner toute sa mesure notamment dans la recherche en aquaculture. Ces enjeux sont à l'échelle internationale et Ifremer fait partie du petit nombre d'instituts capables de les traiter en large partenariat, en accord complet avec la politique souhaitée par l'UE

Langage et cerveau : vingt ans d’imagerie fonctionnelle

International audience

Directive Cadre sur l’Eau : les pressions anthropiques et leur impact sur les indicateurs de l’état écologique des masses d’eau littorales de la façade Manche-Atlantique. Synthèse bibliographique

Within the European water framework directive (WFD), the status assessment of littoral waters is based both on the chemical quality and on the ecological quality of each water body. Quality elements enabling to assess the ecological status of a water body are, among other things, biological quality elements (phytoplankton, macroalgae, angiosperms, benthic invertebrates, fish), for each of which the member states have developed quantitative indicators. This document is one of the deliverables of a multi-annual study intended to characterize the sensitivity of these biological indicators towards the various anthropogenic pressures exerted on the French Atlantic and Channel coast: ultimately, the goal is to establish a quantitative and predictive relationship, statistically robust, between the WFD indicators used along the French channel and Atlantic coastline, and various anthropogenic pressures acting on these coasts. The aim of the WFD is indeed to restore or maintain a good chemical and biological quality of coastal waters, and thus to limit the impact of human activities potentially responsible for the degradation of ecosystems. This understanding of the linkages and interactions existing between anthropogenic pressures and ecological status of water bodies is therefore essential to identify priorities for action (challenges, substances ...), prioritize actions to implement within restoration programs (technical, fiscal, financial), but also to be able to communicate constructively and persuasively in talks between managers and the various stakeholders of coastal regions. Using the DPSIR methodology, this literature analysis has permitted to identify, for each WFD biological quality element (except fish), which pressures (or pressure types) are potentially relevant in the light of their impact on the indicators of the ecological status of water bodies. Some metrics and indicators of anthropogenic pressures used in the literature to characterize the sensitivity of the biological quality elements, within quantitative approaches, were also identified. It is also clear from this review that the biological quality elements can be particularly sensitive to intrinsic environmental conditions, and therefore to certain changes related to natural phenomena occurring at large scales (e.g. climate change, paroxysmal climate episode...). Therefore, when one is interested in the sensitivity of biological indicators to different anthropogenic pressures, two factors can complicate the analysis and are likely to weaken the resulting statistical relationships: on the one hand, the variability of biological responses depending on the natural context and, on the other hand, interactions (so called synergistic effects) between different types of anthropogenic pressures and the alterations they can generate.

Directive Cadre sur l’Eau : les pressions anthropiques et leur impact sur les indicateurs de l’état écologique des masses d’eau littorales de la façade Manche-Atlantique - Développement d’une base de données quantitatives sur les pressions anthropiques littorales

Within the European water framework directive (WFD), the status assessment of littoral waters is based both on the chemical quality and on the ecological quality of each water body. Quality elements enabling to assess the ecological status of a water body are, among other things, biological quality elements (phytoplankton, macroalgae, angiosperms, benthic invertebrates, fish), for each of which member states have developed quantitative indicators. This document compiles three deliverables of a multi-annual study intended to characterize the sensitivity of these biological indicators regarding the various anthropogenic pressures exerted on the French Atlantic and Channel coast: ultimately, the goal is to establish a quantitative and predictive relationship, statistically robust, between the WFD indicators used along the French channel and Atlantic coastline, and various anthropogenic pressures acting on these coasts. These three deliverables are the following : - The reports of various interviews performed with French national referents for the biological quality elements used within the littoral part of the WFD in Channel and Atlantic (phytoplankton, subtidal and intertidal macroalgae, opportunistic blooming macroalgae, angiosperms and benthic invertebrates). These interviews aimed to specify, for each metric constitutive of the BQE indicator (if multi-metric), the "relevant" pressures, as well as the trend of this impact, - Sheets describing the "pressure" and "environment" data available, in order to characterize spatially and quantitatively these "relevant" anthropogenic pressures acting on French Channel and Atlantic coast, - A progress report dealing with the development of a database tool, for archiving quantitative data characterizing "relevant" littoral anthropogenic pressures.

Metastability and dynamics of stem cells: from direct observations to inference at the single cell level

Organismal development, homeostasis, and pathology are rooted in inherently probabilistic events. From gene expression to cellular differentiation, rates and likelihoods shape the form and function of biology. Processes ranging from growth to cancer homeostasis to reprogramming of stem cells all require transitions between distinct phenotypic states, and these occur at defined rates. Therefore, measuring the fidelity and dynamics with which such transitions occur is central to understanding natural biological phenomena and is critical for therapeutic interventions.

While these processes may produce robust population-level behaviors, decisions are made by individual cells. In certain circumstances, these minuscule computing units effectively roll dice to determine their fate. And while the 'omics' era has provided vast amounts of data on what these populations are doing en masse, the behaviors of the underlying units of these processes get washed out in averages.

Therefore, in order to understand the behavior of a sample of cells, it is critical to reveal how its underlying components, or mixture of cells in distinct states, each contribute to the overall phenotype. As such, we must first define what states exist in the population, determine what controls the stability of these states, and measure in high dimensionality the dynamics with which these cells transition between states.

To address a specific example of this general problem, we investigate the heterogeneity and dynamics of mouse embryonic stem cells (mESCs). While a number of reports have identified particular genes in ES cells that switch between 'high' and 'low' metastable expression states in culture, it remains unclear how levels of many of these regulators combine to form states in transcriptional space. Using a method called single molecule mRNA fluorescent in situ hybridization (smFISH), we quantitatively measure and fit distributions of core pluripotency regulators in single cells, identifying a wide range of variabilities between genes, but each explained by a simple model of bursty transcription. From this data, we also observed that strongly bimodal genes appear to be co-expressed, effectively limiting the occupancy of transcriptional space to two primary states across genes studied here. However, these states also appear punctuated by the conditional expression of the most highly variable genes, potentially defining smaller substates of pluripotency.

Having defined the transcriptional states, we next asked what might control their stability or persistence. Surprisingly, we found that DNA methylation, a mark normally associated with irreversible developmental progression, was itself differentially regulated between these two primary states. Furthermore, both acute or chronic inhibition of DNA methyltransferase activity led to reduced heterogeneity among the population, suggesting that metastability can be modulated by this strong epigenetic mark.

Finally, because understanding the dynamics of state transitions is fundamental to a variety of biological problems, we sought to develop a high-throughput method for the identification of cellular trajectories without the need for cell-line engineering. We achieved this by combining cell-lineage information gathered from time-lapse microscopy with endpoint smFISH for measurements of final expression states. Applying a simple mathematical framework to these lineage-tree associated expression states enables the inference of dynamic transitions. We apply our novel approach in order to infer temporal sequences of events, quantitative switching rates, and network topology among a set of ESC states.

Taken together, we identify distinct expression states in ES cells, gain fundamental insight into how a strong epigenetic modifier enforces the stability of these states, and develop and apply a new method for the identification of cellular trajectories using scalable in situ readouts of cellular state.

Identification of patients at risk of poor outcomes following hip or knee arthroplasty

Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie.

Impact d’une supplémentation protéino-énergétique sur les performances physiques en réadaptation chez la personne âgée traumatisée crânienne : un projet pilote.

L’exacerbation de la perte d’autonomie des personnes âgées hospitalisées est fréquente. Le traumatisme craniocérébral (TCC) est une condition médicale associée à un état de stress et d’hypercatabolisme particulièrement élevé (Cook, 2008) qui rend la personne âgée encore plus vulnérable. De plus, les recommandations en vigueur pour l’apport protéique (0,8 g/kg) semblent insuffisantes pour freiner la perte de masse musculaire qui conduit à la sarcopénie. L’objectif de cette étude était de déterminer l’impact d’un supplément protéino-énergétique sur les performances physiques de la personne âgée traumatisée crânienne en réadaptation, plus spécifiquement sur la distance de marche, la force de préhension, ainsi que le test du « Time up and go » (TUG). Vingtquatre sujets, âgés de 65 à 94 ans (14 hommes) ont consenti à participer à cette étude randomisée contrôlée à double-aveugle dans un centre de réadaptation fonctionnelle intensive à Montréal. L’intervention consistait à ingérer un supplément nutritionnel (230 kcal, 15 g protéines, 25 g glucides) ou un placebo immédiatement après le traitement régulier de physiothérapie (45 à 60 minutes, 4 à 5 fois par semaine). Aucune différence significative n’a été trouvée dans les caractéristiques de base des 2 groupes. Une amélioration significative a été trouvée dans le groupe supplément pour le test du TUG. Notre étude d’intervention est la première en nutrition en sol québécois dans les Centres de réadaptation. La consommation d’un supplément chez la personne âgée durant le traitement de physiothérapie est une mesure simple et facile à introduire dans un contexte clinique. Même en l’absence de gains significatifs sur l’ensemble des mesures physiques, le supplément nutritionnel permet d’augmenter les apports caloriques et protéiques, ce qui peut contribuer à optimiser l’état nutritionnel. La littérature documente largement les impacts négatifs de la malnutrition et toute mesure pouvant contribuer à diminuer la prévalence de cette dernière ne peut donc qu’être positive.

Identification of patients at risk of poor outcomes following hip or knee arthroplasty

Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie.