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Microbiologie, virologie, parasitologie
/ 22-02-2021
Chathoth Kanchana Nandanan
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Le microbiote buccal forme une communauté complexe. La dysbiose de ce microbiote est à l’origine des maladies parodontales. Parmi de nombreux facteurs pouvant induire cette dysbiose, les niveaux systémiques de fer ont récemment été identifiés comme possibles signaux. Des études antérieures ont suggéré que l'hémochromatose génétique, caractérisée par une surcharge systémique en fer, favorisait le développement de parodontites sévères, mais les mécanismes impliqués ne sont pas élucidés. Par conséquent, ces travaux de thèse ont eu pour objectif d’analyser le comportement de biofilms buccaux à différentes concentrations en fer. La complexité du biofilm buccal a été réduite à trois espèces clefs afin de pouvoir analyser leurs interactions. Les espèces bactériennes ont été sélectionnées pour leur importance dans le développement des maladies parodontales et leurs coopérations métaboliques : Streptococcus gordonii, Porphyromonas gingivalis et Treponema denticola. Pour réaliser ce biofilm multiespèces, un milieu de croissance permettant de contrôler la concentration en fer et la croissance des trois espèces bactériennes (Mixed Medium for Bacterial Community) a été développé. Ce modèle de biofilm a servi de base pour mener des travaux de recherche appliquée et fondamentale. Des méthodes pour tester l'efficacité de liquides ou gels antimicrobiens sur le biofilm buccal ont été développées. En parallèle, l'effet de différentes concentrations en fer sur l'attachement, l’initiation du biofilm et son développement a été étudié. Cette étude a montré pour la première fois les interactions entre S. gordonii et T. denticola dans les biofilms. La carence en fer s’est révélée délétère pour l’attachement et la croissance d’un biofilm composé uniquement de ces deux espèces bactériennes. De plus, la présence des trois espèces bactériennes favorise l'attachement des deux pathogènes P. gingivalis et T. denticola par rapport aux biofilms mono-espèces. Enfin, une forte concentration en fer permet une meilleure croissance du biofilm total et de chacune des trois espèces au sein du complexe. Une telle préférence pour des niveaux élevés de fer pour la maturation du biofilm peut expliquer la dysbiose buccale et les parodontites sévères observées lors des maladies de surcharge en fer. Pour optimiser l’analyse des associations entre les espèces bactériennes et l’effet du fer sur ces interactions, un modèle mathématique est en cours d’élaboration. Les premières étapes de ce projet sont présentées dans cette thèse. Les paramètres mathématiques ont été calibrés par des mesures biologiques obtenues sur des biofilms à une espèce bactérienne. Ces paramètres seront utilisés pour tester différentes hypothèses d’interactions entre les espèces : indépendance ou compétition pour le substrat, bénéfice mutuel/syntrophie et/ou production de molécules toxiques. Enfin, la validation du modèle obtenu mathématiquement se fera en comparant les résultats simulés avec les résultats expérimentaux obtenus pour les biofilms bi et tri-espèces. Dans l'ensemble, cette étude permettra une meilleure compréhension du comportement du biofilm buccal en fonction de la concentration en fer.
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Toxicologie
/ 15-05-2018
Alarcan Jimmy
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Les phycotoxines lipophiles sont des métabolites secondaires produits par certaines espèces phytoplanctoniques. Elles s'accumulent dans les mollusques filtreurs et peuvent provoquer une intoxication chez l'homme avec une grande variété de symptômes. Ce travail s’est attaché à mieux connaitre leur devenir chez l’homme et leurs effets après ingestion en apportant des données sur leur absorption intestinale et leur métabolisme hépatique puisque ces phénomènes affectent la quantité de toxine circulant dans l’organisme et donc la génération d’effets toxiques. En outre, plusieurs phycotoxines se retrouvent parfois simultanément dans les coquillages alors que les effets de ces mélanges sont encore méconnus. Quatre phycotoxines lipophiles, l'acide okadaïque (AO), la pecténotoxine-2 (PTX-2), la yessotoxine (YTX) et le spirolide (SPX-1), ont été sélectionnées. Le passage intestinal a été évalué à l’aide de cellules intestinales humaines Caco-2 mimant l’épithélium intestinal. Si des différences d’absorption ont été observées pour les 4 phycotoxines, nos résultats ont montré que l’épithélium intestinal était également capable de les renvoyer dans la lumière intestinale, limitant ainsi la quantité circulant dans l’organisme. De même, à l’aide d’extraits de foie, nous avons montré que la structure des 4 phycotoxines était modifiée, principalement par des réactions d'hydroxylation. Concernant les effets mélanges, l'ajout d'une autre toxine (PTX-2, YTX ou SPX-1) à l'AO entraîne des effets moins importants avec de faibles concentrations, et des effets additifs ou plus importants avec des concentrations plus élevées. Ces résultats apportent des données complémentaires pouvant servir à confirmer ou réviser les seuils réglementaires établis pour ces toxines.
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Traitement du signal et télécommunications
/ 14-09-2015
Karpate Yogesh
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La sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune inflammatoire du jeune adulte causant des handicaps variables et progressifs irréversibles. Cette maladie est présente de manière prépondérante dans l’hémisphère nord. Cette thèse s’attache à la caractérisation et à la modélisation de signatures IRM multimodales des lésions de sclérose en plaques. L’objectif est d’améliorer les modèles de représentation de l’image et d’adapter les méthodes d’apprentissage pour la reconnaissance visuelle, dans le cas où des informations de haut niveau telles que les lésions SEP incluses dans l’IRM sont extraites. Nous proposons dans cette thèse un nouvel algorithme de normalisation d’intensité en IRM, particulièrement centré sur la normalisation d’images longitudinales multimodales, afin de produire des détections d’évolution de lésion robustes. Cette normalisation est centrée sur la modélisation de l’histogramme de l’image par un modèle de mixture de Gaussiennes robuste à la présence de lésions. Faisant suite à cet algorithme, nous proposons également deux nouvelles méthodes de détection de lésions SEP basées sur (1) une comparaison statistique du patient vis à vis d’une population de sujets contrôle et (2) un cadre probabiliste de détection basé sur un apprentissage d’une classe (tissus sains). Nous avons évalué les algorithmes proposés sur plusieurs jeux de données multi-centriques et vérifié leur efficacité dans la détection de lésions.
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Biologie moléculaire et structurale, biochimie
/ 04-04-2019
Papaioannou Alexandra
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La présente thèse explore le monde de la biologie du stress du RE (réticulum endoplasmique). Une vue globale du RE et du stress du RE est d'abord fournie en commençant par les mécanismes de base impliqués pour aller vers de possibles applications cliniques. L'accent est ensuite mis sur le rôle crucial de l'UPR dans la cancérogénèse, qui est activée en réponse au stress du RE dans la micro-environnement de la tumeur. Après avoir passé en revue ces aspects, nous mettons en évidence des éléments manquants dans notre compréhension de la façon dont les signaux UPR sont affinés et conduisent soit à la restauration de l'homéostasie du RE et des cellules soit à la mort cellulaire. Parmi les branches de l'UPR, les signaux ATF6 et IRE1 deviennent notre sujet d'investigation en raison de leur convergence dans la régulation du facteur XBP1 favorisant la survie. D'une part, nous découvrons les mécanismes provenant du lumen du RE qui régulent l'activation de l'ATF6 en réponse au stress du RE et affectant la signalisation adaptative cellulaire de l'ATF6 en aval. D'autre part, nous observons l'existence d'un réseau autorégulateur de l'activité RNase de l’IRE1 consistant en un système tyrosine kinase-phosphatase ciblant la RtcB et impactant l'épissage de l'ARNm de XBP1. Ainsi, grâce à nos études, nous avons découvert un circuit de signalisation intégré capable d’ajuster avec précision les sorties cellulaires de l’activation conjointe ATF6 et IRE1 en réponse au stress du RE.
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Traitement du signal et télécommunications
/ 13-12-2017
Chevrie Jason
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Le guidage robotisé d'une aiguille a été le sujet de nombreuses recherches ces dernières années afin de fournir une assistance aux cliniciens lors des procédures médicales d'insertion d'aiguille. Cependant le contrôle précis et robuste d'un système robotique pour l'insertion d'aiguille reste un grand défi à cause de l'interaction complexe entre une aiguille flexible et des tissus ainsi qu'à cause de la difficulté à localiser l'aiguille dans les images médicales. Dans cette thèse nous nous concentrons sur le contrôle automatique de la trajectoire d'une aiguille flexible à pointe biseautée en utilisant la modalité échographique comme retour visuel. Nous proposons un modèle 3D de l'interaction entre l'aiguille et les tissus ainsi qu'une méthode de suivi de l'aiguille dans une séquence de volumes échographiques 3D qui exploite les artefacts visibles autour de l'aiguille. Ces deux éléments sont combinés afin d'obtenir de bonnes performances de suivi et de modélisation de l'aiguille même lorsque des mouvements des tissus sont observés. Nous développons également une approche de contrôle par asservissement visuel pouvant être adaptée au guidage de différents types d'outils longilignes. Cette approche permet d'obtenir un contrôle précis de la trajectoire de l'aiguille vers une cible tout en s'adaptant aux mouvements physiologiques du patient. Les résultats de nombreux scénarios expérimentaux sont présentés et démontrent les performances des différentes méthodes proposées.
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Signal, image, vision
/ 11-12-2019
Shen Jun
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Cette thèse porte sur le développement d’une solution de réalité augmentée dans le cadre de la chirurgie robotisée et plus particulièrement pour la chirurgie transorale des tumeurs de la base de langue et la chirurgie laparoscopique des cancers du bas rectum. Une des problématiques pour les chirurgiens est de repérer sur la vue endoscopique les limites de la tumeur et les marges de résections. Celles-ci sont en effet non visibles directement. L’échographie peropératoire est largement utilisée pour repérer les tumeurs lors des interventions. Nous proposons donc une solution de réalité augmentée dans laquelle l’information extraite de l’échographie est reprojetée sur la vision binoculaire de la station de chirurgie robotisée afin de guider le chirurgien dans la résection de la tumeur. Plusieurs verrous de cette chaîne de traitement ont été repérés et étudiés. Nous avons ainsi proposé une nouvelle méthode pour la calibration de sondes d’échographie. Nous avons démontré que cette méthode était plus facile à mettre en œuvre, plus rapide et plus précise que les méthodes proposées dans la littérature. Cette sonde calibrée, associée à des outils de localisation et de calibration de la sonde endoscopique nous a permis de proposer une solution de réalité augmentée qui permettait de reprojeter l’information acquise sur l’image sur la vue endoscopique avec des erreurs inférieures à 1 mm. Nous avons alors établi la preuve de concept de l’application de cette chaîne de réalité augmentée dans deux expérimentations, l’une sur un fantôme physique en silicone du rectum et l’autre sur une langue de mouton en ex-vivo. Les résultats expérimentaux ont montré que l’information augmentée avait permis au chirurgien de percevoir avec précision les marges de résections des tumeurs simulées et d’accomplir le geste opératoire à l’aide de cette perception.
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Signal, image, vision
/ 05-12-2018
Chatterjee Sudhanya
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Dans cette thèse, nous avons proposé deux modèles multi-compartiments en IRM de relaxométrie T2 (MCT2) fournissant des informations sur la microstructure des tissus cérébraux. Trois compartiments de relaxométrie T2 ont été considérés dans chaque voxel représentant des tissus avec des temps de relaxation T2 courts, T2 moyens et T2 élevés. La complexité associée à l'estimation des paramètres de tels modèles paramétriques a ensuite été explorée. Le premier modèle MCT2 que nous avons proposé a estimé la représentation fractionnelle de compartiments T2 prédéfinis. Dans le second modèle, les représentations fractionnaires et le paramètre de relaxation moyenne ont été estimés pour le compartiment T2 moyen. Dans les deux modèles, le choix de l'approche était justifié par une analyse de la fonction de coût et un cadre d’estimation a été proposé. Le modèle MCT2 a été utilisé pour deux applications. Dans la première application, l’évolution des biomarqueurs de MCT2 a été étudiée dans les lésions de sclérose en plaques (SEP) présentant une prise de contraste gadolinium (Gd) ou non chez 10 patients présentant un syndrome cliniquement isolé. La seconde application a démontré le potentiel de combinaison des biomarqueurs MCT2 avec les informations de microstructure dérivées de l'IRM de diffusion pour identifier les régions présentant une prise de contraste Gd dans les lésions de SEP. Les résultats montrent que les biomarqueurs MCT2 proposés peuvent constituer des outils efficaces pour étudier l’état et l’évolution de la microstructure tissulaire dans le cerveau. La combinaison des biomarqueurs MCT2 avec les informations de microstructure dMRI nous a permis de progresser vers la résolution d’un problème critique et délicat consistant à limiter l'utilisation de gadolinium dans la détection de régions de lésion améliorantes dans les lésions de SEP.
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Signal, image, vision
/ 16-12-2021
Hammami Houda
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La radioembolisation est une intervention mini-invasive réalisée pour traiter le cancer du foie en administrant des microsphères radioactives. Afin d'optimiser les résultats du traitement, la procédure est réalisée en deux sessions : une intervention de prétraitement, principalement réalisée pour localiser le site d'injection, évaluer la distribution et effectuer une évaluation dosimétrique, et une intervention de traitement réalisée pour injecter la dose appropriée de microsphères radioactives dans le site d'injection localisé. En raison la complexité de la vascularisation hépatique, les radiologues interventionnels manipulent soigneusement le cathéter, lors des deux interventions, sous guidage radiographique et recourent à l'injection de produit de contraste afin de visualiser les vaisseaux. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle stratégie de guidage qui promet une simplification et une précision de la navigation du cathéter lors des deux interventions. Le système de navigation proposé traite les images préopératoires et peropératoires pour réaliser une fusion d'images grâce à une technique de recalage rigide. Cette approche est conçue pour 1) aider l'accès au tronc cœliaque, 2) aider l'accès au site d'injection et 3) reproduire le site d'injection lors de l'intervention de traitement. Sachant que le foie subit un déplacement lié au mouvement respiratoire, nous proposons également une approche qui permet d'obtenir une superposition dynamique des vaisseaux 3D projetés sur la fluoroscopie.
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Traitement du signal et télécommunications
/ 19-12-2013
Wang Yuan
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Le sepsis tardif, défini comme une infection systémique chez les nouveaux nés âgés de plus de 3 jours, survient chez environ 7% à 10% de tous les nouveau-nés et chez plus de 25% des nouveau-nés de très faible poids de naissance qui sont hospitalisés dans les unités de soins intensifs néonatals (USIN). Les apnées et bradycardies (AB) spontanées récurrentes et graves sont parmi les principaux indicateurs précoces cliniques de l'infection systémique chez les prématurés. L'objectif de cette thèse est de déterminer si la variabilité du rythme cardiaque (VRC), la respiration et l'analyse de leurs relations aident au diagnostic de l'infection chez les nouveaux nés prématurés par des moyens non invasifs en USIN. Par conséquent, on a effectué l'analyse Mono-Voie (MV) et Bi-Voies (BV) sur deux groupes sélectionnés de nouveau-nés prématurés: sepsis (S) vs. non-sepsis (NS). (1) Tout d'abord, on a étudié la série RR non seulement par des méthodes de distribution (moy, varn, skew, kurt, med, SpAs), par les méthodes linéaire: le domaine temporel (SD, RMSSD) et dans le domaine fréquentiel (p_VLF, p_LF, p_HF), mais aussi par les méthodes non–linéaires: la théorie du chaos (alphas, alphaF) et la théorie de l'information (AppEn, SamEn, PermEn, Regul). Pour chaque méthode, nous étudions trois tailles de fenêtre 1024/2048/4096, puis nous comparons ces méthodes afin de trouver les meilleures façons de distinguer S de NS. Les résultats montrent que les indices alphaS, alphaF et SamEn sont les paramètres optimaux pour séparer les deux populations. (2) Ensuite, la question du couplage fonctionnel entre la VRC et la respiration nasale est adressée. Des relations linéaires et non-linéaires ont été explorées. Les indices linéaires sont la corrélation (r²), l'indice de la fonction de cohérence (Cohere) et la corrélation temps-fréquence (r2t,f) , tandis que le coefficient de régression non-linéaire (h²) a été utilisé pour analyser des relations non-linéaires. Nous avons calculé les deux directions de couplage pendant l'évaluation de l'indice h2 de régression non-linéaire. Enfin, à partir de l'ensemble du processus d'analyse, il est évident que les trois indices (r2tf_rn_raw_0p2_0p4, h2_rn_raw et h2_nr_raw) sont des moyens complémentaires pour le diagnostic du sepsis de façon non-invasive chez ces patients fragiles. (3) Après, l'étude de faisabilité de la détection du sepsis en USIN est réalisée sur la base des paramètres retenus lors des études MV et BV. Nous avons montré que le test proposé, basé sur la fusion optimale des six indices ci-dessus, conduit à de bonnes performances statistiques. En conclusion, les mesures choisies lors de l'analyse des signaux en MV et BV ont une bonne répétabilité et permettent de mettre en place un test en vue du diagnostic non invasif et précoce du sepsis. Le test proposé peut être utilisé pour fournir une alarme fiable lors de la survenue d'un épisode d'AB tout en exploitant les systèmes de monitoring actuels en USIN.
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Signal, image, vision
/ 19-11-2021
Berraute Paul
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L'épilepsie est l'une des maladies neurologiques les plus courantes, touchant 2,4 millions de personnes dans le monde. 20 à 30% de ces patients sont résistants aux médicaments et nécessitent des procédures alternatives pour réduire la fréquence ou la sévérité des crises. Ces procédures nécessitent la localisation de la zone épileptogène qui s'obtient en résolvant un problème inverse mal posé au sens de Hadamard. Une pléthore de méthodes sont disponibles pour résoudre ce problème. Parmi elles, les méthodes de beamforming présentent des aprioris uniques mais sont souvent mal utilisées pour être compatibles avec le modèle de source distribuée connu pour être adapté à l'épilepsie. Dans cette thèse, nous proposons tout d'abord de réaliser une étude approfondie des méthodes de beamforming existantes afin d'identifier les problèmes actuels sur le sujet. En plus d'un travail littéraire et mathématiques, nous réalisons également une étude sur des données simulées et réelles qui conduira à la proposition du meilleur pipeline de beamforming pour la localisation de sources ponctuelles épileptiques ainsi qu'à l'introduction de nouvelles pratiques. La deuxième contribution de cette thèse est la proposition d'une nouvelle méthode appelée SABLE qui adapte le beamforming au cas des sources distribuées. Cette dernière exploite conjointement la méthode du beamforming UG (Unit Gain) et la méthode SISSY (Source Imaging based on Structured Sparsity) pour surmonter les défauts inhérents au beamforming. Les résultats sur des données simulées et réelles ont révélé un gain d'efficacité supérieur aux méthodes traditionnelles d'imagerie des sources cérébrales. La dernière contribution de ce manuscrit est la proposition d'un pipeline repensé qui amène SABLE à un niveau de maturité algorithmique équivalente aux méthodes traditionnelles.
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