ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Outils numériques pour l'exploitation robuste d'un multi-organe sur-puce multi-capteur de l'homéostasie glucidique
par Roland GIRAUD (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)
Cette soutenance a lieu à 9h30 - Amphitéatre Jean-Paul DOM Laboratoire IMS, Bâtiment A31, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence Cedex, France
devant le jury composé de
- Sylvie RENAUD - Professeure des universités - Bordeaux INP - Directeur de these
- Virginie HOEL - Professeure des universités - Université de Lilles - Rapporteur
- Laurent PEYRODIE - Maître de conférences - JUNIA - Rapporteur
- Hamida HALLIL ABBAS - Professeure des universités - Université de Bordeaux - Examinateur
- Eric LE CARPENTIER - Maître de conférences - Ecole Centrale de Nantes - Examinateur
Le diabète constitue un enjeu majeur de santé publique, il est caractérisé par une dérégulation de l'homéostasie glucidique et une altération de la capacité de l'organisme à contrôler la glycémie. Au cœur de cette régulation, les îlots pancréatiques jouent un rôle essentiel en adaptant la sécrétion d'insuline aux variations de glucose. Mieux comprendre leur fonctionnement, leur réponse aux stimulations et leur interaction avec d'autres tissus métaboliques représente donc un objectif important pour l'étude du diabète et le développement de nouveaux outils expérimentaux. Dans ce contexte, les systèmes microphysiologiques, tels que les organes-sur-puce et les multi-organes-sur-puce, offrent de nouvelles possibilités de recherche. Ces plateformes permettent de cultiver des tissus vivants dans des environnements miniaturisés, contrôlés et dynamiques, dans des conditions proches de celles rencontrées dans l'organisme. Dans le cadre de l'homéostasie glucidique, les dispositifs peuvent intégrer des tissus ou micro-organes dans différents compartiments, les îlots pancréatiques, le foie, le muscle ou le tissu adipeux, afin d'étudier leurs réponses individuelles et leurs interactions sous perfusion microfluidique. Cependant, ces dispositifs introduisent des contraintes importantes pour la mesure biologique. La circulation des fluides, l'utilisation de pompes, de valves ou de collecteurs, peuvent générer des perturbations qui compliquent l'interprétation des signaux enregistrés. De plus, le nombre de capteurs en ligne est souvent limité, en particulier lorsque plusieurs tissus doivent être suivis simultanément. Les mesures obtenues peuvent donc être bruitées, non reproductibles et parfois incomplètes. Cela rend nécessaire le développement de méthodes numériques robustes, capables d'extraire des informations fiables à partir de données expérimentales complexes. Cette thèse traite cette problématique en s'intéressant au suivi électrophysiologique des îlots pancréatiques dans un environnement microphysiologique. L'activité électrique collective des cellules bêta, enregistrée à l'aide de réseaux de microélectrodes, fournit une information précieuse sur l'état fonctionnel de l'îlot en réponse au glucose. L'objectif de ce travail est de proposer des outils permettant d'exploiter ces signaux de manière plus robuste et plus informative, malgré les contraintes expérimentales imposées par les plateformes microfluidiques. La première partie du travail de thèse vise à améliorer l'extraction d'un indicateur simple et utile de l'activité des îlots : la fréquence des potentiels lents. Pour cela, différentes stratégies de traitement du signal sont évaluées afin d'identifier celles qui restent fiables dans des conditions expérimentales réelles. La deuxième partie analyse ce que mesure réellement une électrode lorsqu'elle enregistre l'activité d'un îlot. À partir d'enregistrements haute densité, l'objectif est d'étudier l'organisation spatiale de la réponse électrophysiologique et de montrer que l'activité de l'îlot n'est pas homogène. Cette partie met ainsi en évidence les limites d'une description fondée uniquement sur une mesure ponctuelle ou sur un seul indicateur global. La troisième partie propose une approche complémentaire pour caractériser plus finement l'activité des îlots. Une représentation multidimensionnelle du signal est construite puis, en utilisant des méthodes de classification non supervisée, différents états d'activité au cours du temps sont identifiés. Ce travail de thèse propose donc une démarche progressive allant de la mesure robuste d'un marqueur simple vers une description plus complète du comportement bioélectrique des îlots pancréatiques. Cette recherche contribue ainsi au développement d'outils numériques de traitement du signal adaptés aux plateformes microphysiologiques, avec l'ambition de rendre les mesures plus fiables, plus interprétables et plus pertinentes pour l'étude de l'homéostasie glucidique et du diabète.
ED Sciences et environnements
Évaluer le cycle hydrologique aux basses latitudes dans les modèles numériques de climat en contraignant les changements passés de densité et de salinité de l'océan.
par Héloïse BARATHIEU (Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtre B18 UMR CNRS 5805 EPOC – OASU Université de Bordeaux Site de Pessac – Bâtiment B18N Allée Geoffroy Saint-Hilaire CS 50023 33615 PESSAC CEDEX FRANCE
devant le jury composé de
- Thibaut CALEY - Chargé de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Didier PAILLARD - Directeur de recherche - LSCE - Rapporteur
- Stéphanie DUCHAMP-ALPHONSE - Professeure - GEOPS - UMR n°8148 - Rapporteur
- Thibault DE GARIDEL-THORON - Directeur de recherche - CEREGE - Rapporteur
- Masa KAGEYAMA - Directrice de recherche - LSCE - Examinateur
- Bruno MALAIZÉ - Professeur - UMR EPOC - Examinateur
Le cycle hydrologique joue un rôle important dans le climat de la Terre et il est vital pour les populations humaines. Des incertitudes subsistent quant aux projections des changements potentiels futurs du cycle hydrologique aux basses latitudes, notamment dans les zones de moussons, comme le souligne le sixième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Dans ce contexte, la salinité de surface de l'océan est un traceur naturel du cycle hydrologique, car sa distribution est étroitement liée au bilan évaporation-précipitation. Parce qu'elle intègre les effets conjoints de la température et de la salinité, la densité de surface représente un indicateur particulièrement complet pour étudier les interactions entre les flux d'eau douce, les échanges de chaleur et la circulation océanique. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR HYDRATE qui vise à mieux contraindre la variabilité du cycle hydrologique aux basses latitudes en combinant reconstructions paléoclimatiques de densité et salinité de surface de l'océan et modélisation numérique du climat. L'étude des climats passés permet d'explorer la réponse des climats à une variété de perturbations naturelles, d'évaluer les performances des modèles de climat en dehors de la période instrumentale et de potentiellement réduire les incertitudes sur les projections futures. Dans le cadre de cette thèse, des mesures de δ¹⁸O et de rapport Mg/Ca ont été réalisées sur les foraminifères planctoniques Globigerinoides ruber issus de plusieurs carottes sédimentaires marines de l'océan Indien. Des mesures de δ²H des alcénones ont également été effectuées sur des sommets de carottes de cette région. Des modèles d'âge bayésiens (BACON) ont été établis pour l'ensemble des carottes à partir de datations radiocarbone, couvrant les derniers 23 000 ans. En parallèle de ces paléo-observations, des synthèses de résultats des simulations numériques de climat ont été réalisées à partir des bases de données du projet de comparaison de modélisations paléoclimatiques (PMIP 3 et 4). Les principaux résultats obtenus sont les suivants : 1) Un modèle de régression bayésienne permettant la reconstruction quantitative de la paléodensité annuelle de surface océanique a été développé et appliqué dans le cadre du projet HYDRATE, et utilisé dans cette thèse. 2) Les reconstructions de paléodensité de surface océanique ont été utilisées, pour la première fois, pour évaluer des simulations climatiques du Dernier Maximum Glaciaire (LGM, ~21 000 ans BP). Nous avons pu démontrer qu'à l'échelle globale, les simulations reproduisent correctement les grandes caractéristiques des différences de densité entre le LGM et la période préindustrielle avec cependant des limitations dans la représentation des processus régionaux, en particulier ceux liés au cycle hydrologique et aux interactions océan-atmosphère. 3) La méthode statistique des contraintes observationnelles a été utilisée pour réduire les incertitudes, de plus de 45%, sur les projections futures des précipitations de mousson sud-asiatique pour la période 2070-2100. La spécificité de l'approche réside dans l'utilisation conjointe d'observations historiques et de données paléoclimatiques pour contraindre ces projections. 4) À partir des reconstructions quantitatives de la paléodensité de surface, des reconstructions quantitatives de paléo-précipitations ont été produites pour les systèmes de mousson de l'océan Indien (sud-asiatique et sud-africaine) au cours des derniers 23 000 ans, à travers une nouvelle approche intégrant données et simulations climatiques. Ces résultats permettent de mieux caractériser la dynamique et les forçages des moussons passées. Enfin, cette thèse ouvre des perspectives vers de nouvelles méthodes et approches de reconstruction quantitative de la salinité de surface de l'océan passé, susceptible de renforcer l'évaluation des modèles et la compréhension du cycle hydrologique tropical.