La voie pulmonaire suscite un intérêt grandissant pour l’administration systémique des peptides et protéines thérapeutiques, aujourd’hui encore administrés essentiellement par voie parentérale. Un microsystème a été conçu pour permettre de faciliter et accélérer les études in vitro de criblage de différentes biomolécules actives et de sélectionner les formulations les plus adaptées à leur pénétration à travers l’épithélium pulmonaire, en vue de sélectionner les meilleurs candidats à une administration par voie pulmonaire. Organisé en deux configurations distinctes, ce microsystème permet dans un premier temps d’obtenir des barrières épithéliales pulmonaires polarisées et jointives (cellules Calu-3) en seulement 7 jours dans des micropuits de 1mm², sans avoir à renouveler le milieu nutritif ni avoir recours à un appareillage externe associé au microsystème. Grâce à la mise au point d’une technique simple de fabrication, des plateformes de culture contenant jusqu’à 12 micropuits en parallèle sont aujourd’hui fabriquées de manière standardisée. L’évaluation du passage de molécules est ensuite réalisée sous une deuxième configuration dédiée à la mesure de la perméabilité des barrières épithéliales cultivées en micropuits. La capacité de différents candidats (nanoparticules et biomolécules) à traverser l’épithélium pulmonaire a été étudiée. Le passage de nanoparticules de PLGA revêtues de chitosane ainsi que le passage de l’insuline ont été démontrés avec succès. Enfin, l’électrophorèse capillaire couplée à une détection par fluorescence induite par laser (EC-LIF), compatible avec les faibles volumes manipulés dans ce microsystème, a été exploitée pour la détection et la quantification de l’insuline après passage des barrières pulmonaires miniaturisées. A cette fin, l’insuline a soit été marquée par le FITC, soit complexée à un anticorps ou a un aptamère fluorescents. A l’heure actuelle, seule la méthode développée pour le marquage de l’insuline par le FITC est utilisable à des fins de quantification, mais le recours à un aptamère a montré des premiers résultats encourageants. / The pulmonary route is of increasing interest for the systemic administration of therapeutic proteins and peptides, still largely administered parenterally. A microdevice was designed to facilitate and accelerate the in vitro screening studies of various active biomolecules and to select the most suitable formulations for penetration through the lung epithelium, in order to select the best candidates for an administration via the lungs. Organized in two distinct configurations, this microdevice allows as a first step the culture of tight polarized bronchial epithelial barriers (Calu-3 cells) in 7 days in 1 mm² microwells, without the need for medium renewal or the use of an external apparatus. A simple manufacturing technique was developed and glass culture platforms containing 12 parallel microwells can be obtained in a standardized manner. The ability of molecules to cross the pulmonary barrier is then performed in the second configuration of the microdevice, which is dedicated to the permeability measurement of the tight epithelial Calu-3 barriers cultured in microwells. Among the different candidates studied (nanoparticules and biomolecules), the pulmonary barrier permeability regarding PLGA nanoparticules coated with chitosan and regarding insulin has been successfully demonstrated. Finally, capillary electrophoresis with laser induced-fluorescence (CE-LIF), a technique compatible with the low volumes handled in this microdevice, has been exploited for insulin detection and quantification after its transport across the miniaturized pulmonary barriers. To this end, insulin was either FITC-labeled or complexed with a fluorescent antibody or aptamer. Currently, only the derivatization method can be used for a quantification purpose, but the use of an aptamer to indirectly quantitate insulin has shown encouraging results.

Chaque année, les maladies respiratoires figurent parmi les dix premières causes de décès dans le monde. L'exposition continue de l'épithélium pulmonaire aux particules et microorganismes aériens explique en partie cette vulnérabilité. Cette situation génère un dilemme immunologique pour l'organisme : il doit produire une réponse immunitaire adéquate pour protéger l’épithélium respiratoire tout en limitant l’inflammation qui pourrait nuire à son intégrité. Les lymphocytes T-CD8+ jouent un rôle essentiel dans l’immunosurveillance des cellules infectées ou tumorales. Leur activation rapide repose sur l’expression généralisée du Complexe Majeur d’Histocompatibilité de type I (CMH I) par toutes les cellules nucléées. Notre laboratoire a découvert en 2020 que les Cellules Épithéliales Pulmonaires (CEP) expriment peu de CMH I. Cette observation soulève des questions sur l'efficacité de la surveillance immunitaire dans les poumons, souvent cibles de maladies graves comme les infections, les cancers et les maladies chroniques. Cette thèse vise à explorer les mécanismes régulant l'expression du CMH I dans les CEP, en conditions normales et pathologiques, afin de comprendre les implications des variations de son expression sur la santé respiratoire. La première étude présentée dans cette thèse aborde la régulation du CMH I dans les CEP de souris en réponse à un contexte inflammatoire. Ces travaux ont révélé la capacité des CEP à augmenter significativement leur expression de CMH I en cas d'inflammation. À l'aide de modèles de souris transgéniques, les molécules impliquées dans cette régulation ont été identifiées, en particulier les Interférons (IFN) via les facteurs STAT1, STAT2 et NLRC5. De plus, ces analyses ont mis en évidence une association entre l'augmentation du CMH I et une diminution significative de gènes essentiels à l'intégrité de l'épithélium pulmonaire, soulignant ainsi un équilibre délicat entre défense immunitaire et maintien de l'intégrité tissulaire. Une seconde étude, basée sur des analyses de séquençage ARN de cellules uniques, a confirmé la faible expression du CMH I dans les CEP humaines. Ces résultats ont mis en lumière une augmentation significative de son expression chez des patients atteints de trois types de maladies respiratoires chroniques : la Maladie Pulmonaire Obstructive Chronique (MPOC), la Fibrose Pulmonaire Idiopathique (FPI) et la Fibrose Kystique (FK), principalement médiée par la voie NF-B. De plus, cette étude a révélé un dimorphisme sexuel dans l’expression du CMH I chez des donneurs sains ainsi que chez les patients atteints de MPOC et de FPI, avec des tendances opposées dans les deux maladies. Les analyses d’expression différentielle de gènes suggèrent une implication du stress oxydatif dans la régulation différenciée du CMH I entre hommes et femmes. Ces travaux représentent une avancée significative dans la compréhension des mécanismes régulant le CMH I dans les CEP, ainsi que des facteurs influençant la diversité de son expression. Les variations d’expression du CMH I dans les CEP pourraient jouer un rôle majeur dans la pathogenèse des maladies respiratoires et dans la susceptibilité individuelle à différentes affections. Ces découvertes ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la physiologie pulmonaire, des maladies respiratoires, et à des approches thérapeutiques plus ciblées et personnalisées. / Respiratory diseases consistently rank among the top ten causes of global mortality every year. The continuous exposure of the pulmonary epithelium to airborne particles and microorganisms partly explains this vulnerability. This situation creates an immunological dilemma for the organism: it must produce an adequate immune response to protect the respiratory epithelium while limiting inflammation that threatens its integrity. CD8+ T lymphocytes play an essential role in immunosurveillance against infected or tumor cells. Their swift activation hinges on the widespread expression of the major histocompatibility complex class I across all nucleated cells. Our laboratory discovered in 2020 that Lung Epithelial Cells (LECs) exhibit shallow levels of MHC I expression. This discovery prompted critical inquiries into the efficacy of pulmonary immune surveillance, crucial given the lungs' heightened susceptibility to various ailments such as infections, cancers, and chronic illnesses. This thesis aims to explore the mechanisms regulating MHC I expression in LECs under normal and pathological conditions to understand the implications of its expression variations on respiratory health. The first study that will be presented examines MHC I regulation in mice's LECs during inflammation. These works highlighted the ability of LECs to significantly increase their expression of MHC I in response to an inflammatory challenge. The molecules involved in this regulation were identified using transgenic mouse models, including IFN through STAT1, STAT2, and NLRC5 factors. Additionally, these analyses revealed an association between increased MHC I expression and a significant decrease in genes essential for the integrity of the pulmonary epithelium, emphasizing a delicate balance between defense and integrity maintenance. In a second study, analyses of single-cell RNA sequencing confirmed the low expression of MHC I in human LECs. These results also demonstrated a significant increase in its expression in LECs from patients with three types of chronic respiratory diseases: Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF), and Cystic Fibrosis (CF), principally mediated by the NF-B pathway. Furthermore, this study highlighted a sexual dimorphism in MHC I expression in healthy donors as well as in patients with COPD and IPF, with opposite directions in the two diseases. Differential gene expression analysis suggests an involvement of oxidative stress in the differentiated regulation of MHC I between men and women. Our comprehensive analyses offer profound insights into the intricate regulatory mechanisms governing MHC I expression in LECs and shed light on the factors contributing to its heterogeneous expression. These variations in MHC I expression levels could significantly influence the pathogenesis of respiratory disorders and individual susceptibilities to diverse respiratory ailments. These works pave the way for a better understanding of pulmonary physiology and respiratory diseases and toward more personalized therapeutic management of chronic respiratory alignments.

La voie pulmonaire suscite un intérêt grandissant pour l'administration systémique des peptides et protéines thérapeutiques, aujourd'hui encore administrés essentiellement par voie parentérale. Un microsystème a été conçu pour permettre de faciliter et accélérer les études in vitro de criblage de différentes biomolécules actives et de sélectionner les formulations les plus adaptées à leur pénétration à travers l'épithélium pulmonaire, en vue de sélectionner les meilleurs candidats à une administration par voie pulmonaire. Organisé en deux configurations distinctes, ce microsystème permet dans un premier temps d'obtenir des barrières épithéliales pulmonaires polarisées et jointives (cellules Calu-3) en seulement 7 jours dans des micropuits de 1mm², sans avoir à renouveler le milieu nutritif ni avoir recours à un appareillage externe associé au microsystème. Grâce à la mise au point d'une technique simple de fabrication, des plateformes de culture contenant jusqu'à 12 micropuits en parallèle sont aujourd'hui fabriquées de manière standardisée. L'évaluation du passage de molécules est ensuite réalisée sous une deuxième configuration dédiée à la mesure de la perméabilité des barrières épithéliales cultivées en micropuits. La capacité de différents candidats (nanoparticules et biomolécules) à traverser l'épithélium pulmonaire a été étudiée. Le passage de nanoparticules de PLGA revêtues de chitosane ainsi que le passage de l'insuline ont été démontrés avec succès. Enfin, l'électrophorèse capillaire couplée à une détection par fluorescence induite par laser (EC-LIF), compatible avec les faibles volumes manipulés dans ce microsystème, a été exploitée pour la détection et la quantification de l'insuline après passage des barrières pulmonaires miniaturisées. A cette fin, l'insuline a soit été marquée par le FITC, soit complexée à un anticorps ou a un aptamère fluorescents. A l'heure actuelle, seule la méthode développée pour le marquage de l'insuline par le FITC est utilisable à des fins de quantification, mais le recours à un aptamère a montré des premiers résultats encourageants.