Le sepsis sévère est un problème majeur de santé publique mondiale. Sa mortalité élevée résulte d’une réponse dérégulée de l’hôte au sepsis, associant hyper inflammation et immunodépression. Le choc septique est la forme la plus grave du sepsis, impliquant une défaillance cardiovasculaire à laquelle peuvent se surajouter d’autres défaillances d’organes. Le foie, organe majeur impliqué dans la défense et la réponse au stress induit par la septicémie peut être victime de cette réponse inflammatoire exagérée. Une dysfonction hépatocellulaire (DHC) peut survenir et évoluer jusqu’à la défaillance d’organe. Dans ce cas, l’existence d’une insuffisance hépatique est associée à un mauvais pronostic dans le choc septique à court terme. A partir d’une grande cohorte prospective de patients en choc septique, nous avons montré dans ce travail que cette DHC était associée à une surmortalité à long terme. Malgré, une meilleure connaissance de la physiopathologie du sepsis et en particulier des altérations du foie, l’impact des thérapeutiques utilisées au cours du choc septique, telles que les catécholamines (adrénaline, noradrénaline), reste indéterminé. Les travaux préliminaires de notre équipe avaient permis de montrer l’effet pro-inflammatoire de l’adrénaline sur un modèle de culture hépatocytaire. Dans ce travail, nous avons cherché à évaluer l’influence des cellules de Küpffer acteur de l’environnement péri-hépatocytaire. Pour cela nous avons utilisé un modèle de co-culture d’hépatocytes (HepaRG) et de macrophages (THP1 différenciés par PMA), stimulé par le lipopolysaccharide (LPS) et/ou l’adrénaline. L’analyse de la réponse d’expression génique et de production de cytokines a permis d’identifier l’adrénaline comme facteur capable de modifier la réponse immune vers un état pro-inflammatoire même en présence d’un mécanisme anti-inflammatoire développé par les macrophages, indiquant ainsi un rôle potentiellement délétère de l’adrénaline sur les mécanismes de défenses du foie. / Severe sepsis is a major health problem. Its high mortality rate over the world is the result of a dysregulated host response to sepsis including an exaggerated inflammation response and immune suppression. Septic shock is the most severe expression of sepsis, including cardiovascular failure and other organ failure. The liver, a major organ involved in the defense and stress response induced by sepsis may also be a victim of this inflammatory response to infection. A hepatocellular dysfunction (HCD) can develop and evolve to the organ failure. In this case, the liver failure is associated with poor prognosis in septic shock in the early course of sepsis. Here, we have shown in a large prospective cohort of patients with septic shock that the HCD was associated with long-term mortality. Despite a better understanding of the pathophysiology of sepsis, especially liver changes, the impact of treatment used during septic shock, such as catecholamines (epinephrine, norepinephrine), remains unknown. The preliminary work of our team had demonstrated the proinflammatory effect of adrenaline on a hepatocyte culture model. In this work, we studied the influence of hepatocyte environment especially Küpffer cells. Thus, we used a co-culture model including hepatocytes (HepaRG) and macrophages (differentiated THP1 PMA) stimulated by lipopolysaccharide (LPS) and / or adrenaline. The gene expression and the cytokine profile analysis allowed to identify adrenaline as a factor able to shift the immune response to a proinflammatory state even if macrophages developed an anti-inflammatory response, indicating a deleterious effect of adrenaline on liver defense mechanisms.

L’épithélium intestinal, siège de l’absorption des (micro)-nutriments est aussi le premier système de défense de l’organisme. Un déséquilibre dans l’homéostasie peut être à l’origine d’une réaction inflammatoire associée à des défauts de la barrière intestinale et de la fonction immunitaire, ainsi qu’une malabsorption des nutriments, comme rencontré dans les MICI (Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin), dans les stratégies de fortification en micronutriments et les pathologies non transmissibles (obésité). Il est donc important de trouver des moyens d’action, via l’alimentation par exemple, pour prévenir ou au minima réduire, les conséquences nutritionnelles et pathologiques de l’inflammation intestinale, et de comprendre les mécanismes impliqués. Parmi les modèles d’études de l’intestin, les modèles in vitro de culture cellulaire sont de plus en plus utilisés et permettent d'évaluer les mécanismes moléculaires d'une manière simple et reproductible et de réduire l'expérimentation animale.Dans ce contexte et dans le but d’étudier l’interaction de composés bioactifs de l’alimentation avec l’intestin en état d’inflammation, le premier objectif de ce travail de thèse a été la mise au point d’un modèle in vitro d’intestin enflammé associant en co-culture deux lignées intestinales humaines : les Caco-2 TC7 (entérocytes) et HT29-MTX (cellules caliciformes) et une lignée immunitaire de macrophages (THP1). Plusieurs marqueurs d’inflammation ont été évalués et nous avons pu montrer que le modèle de tri-culture répondait à un stimulus inflammatoire (LPS/IFNγ), par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL6 et IL8) et d’enzymes (INOS et COX2) ainsi que l’expression de leurs gènes. Par ailleurs, une augmentation de la perméabilité épithéliale via une altération des jonctions serrées (TJs) a également pu être mise en évidence ainsi qu’une surproduction de mucus, lesquels sont des caractéristiques reconnus d’inflammation.Le deuxième objectif était d’étudier l’interaction de la β-cryptoxanthine (BCX), caroténoïde des agrumes, lipophile et anti-oxydant, avec le modèle enflammé. Nous avons utilisé pour solubiliser la BCX deux types de micelles (artificielles et physiologiques) et étudié les marqueurs d’inflammation. Bien qu’il semble d’après les résultats préliminaires que les micelles de BCX montrent une tendance à diminuer la production de certaines cytokines (IL6 et IL8), le rôle des constituants des micelles (Tween 40 ou sels biliaires/phospholipides) dans ce phénomène observé et dans la perméabilité épithéliale reste à clarifier par la suite. / The intestinal epithelium, main place of the absorption of (micro)-nutrients is also the first body's defense system. An imbalance in homeostasis can lead to an inflammatory reaction associated with defects in the intestinal barrier and immune function as well as malabsorption of nutrients, as seen in IBD (Inflammatory Bowel Diseases), in micronutrient fortification strategies and noncommunicable diseases (obesity). It is therefore important to find ways of action, for example through diet, to prevent or at least reduce the nutritional and pathological consequences of intestinal inflammation, and to understand the mechanisms involved. Among intestinal models, in vitro cell culture models are increasingly used and allow to evaluate the molecular mechanisms in a simple and reproducible way and to reduce animal experimentation.In this context and in order to study the interaction of dietary bioactive compounds with the intestine in state of inflammation, the first objective of this work was the development of an in vitro model of inflamed intestine combining in co-culture two human intestinal cell lines: Caco-2 TC7 (enterocytes) and HT29-MTX (goblet cells) and an immune cell line of macrophages (THP1). Several inflammation markers were evaluated and we were able to show that the tri-culture model responded to an inflammatory stimulus (LPS / IFNγ), by increasing the production of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL6 and IL8) and enzymes (INOS and COX2) as well as the expression of their genes. In addition, an increase of epithelial permeability via tight junctions (TJs) alteration has also been demonstrated, as well as overproduction of mucus, which are recognized inflammation characteristics.The second objective was to study the interaction of β-cryptoxanthin (BCX), a lipophilic and antioxidant carotenoid of citrus, with the inflamed model. To solubilize BCX, we used two types of micelles (artificial and physiological) and studied markers of inflammation. Although it appears from the preliminary results that BCX micelles show a tendency to decrease the production of some cytokines (IL6 and IL8), the role of micelle constituents (Tween 40 or bile salts / phospholipids) in the phenomenon observed and in the epithelial permeability remains to be therefore clarified.

Studies indicate that estrogen enhances Chlamydia trachomatis serovar E infection in genital epithelial cells. Hormones have direct and indirect effects on endometrial epithelial cells. Estrogen and progesterone exposure induces endometrial stromal cells to release effectors that subsequently regulate growth and maturation of uterine epithelial cells. Estrogen enhances C. trachomatis infection by aiding entry and intracellular development in endometrial epithelial cell (Ishikawa, IK)/SHT-290 stromal cell co-culture. Enhanced chlamydial infection was mediated by direct estrogen-stimulated signaling events in epithelial cells and indirectly via estrogen-induced stromal cell effectors. The current study investigates the effects of hormones on chlamydial development using culture conditions representative of the menstrual cycle. Chlamydia trachomatis-infected IK or IK/SHT-290 cultures were exposed to 10(-8) M estrogen (E2), 10(-7) M progesterone (P4) or a combination of both hormones (10(-8) M E2 followed by 10(-9) M E2/10(-7) M P4). Chlamydial infectivity and progeny production were significantly decreased (30-66%) in cultures exposed to progesterone or estrogen/progesterone combination compared to estrogen alone. Thus, progesterone antagonized the positive effects of estrogen on chlamydial infection. These data indicate the susceptibility of endometrial epithelial cells to C. trachomatis infection during the menstrual cycle is altered by phase specific actions of sex hormones in the genital tract.

Cette thèse est consacrée à l’étude d’une classe d’équations de réaction-diffusion avec advection non-locale. La motivation vient du mouvement cellulaire avec le phénomène de ségrégation observé dans des expérimentations de co-culture cellulaire. La première partie de la thèse développe principalement le cadre théorique de notre modèle, à savoir le caractère bien posé du problème et le comportement asymptotique des solutions dans les cas d'une ou plusieurs espèces.Dans le Chapitre 1, nous montrons qu'une équation scalaire avec un noyau non-local ayant la forme d'une fonction étagée, peut induire des bifurcations de Turing et de Turing-Hopf avec le nombre d’ondes dominant aussi grand que souhaité. Nous montrons que les propriétés de bifurcation de l'état stable homogène sont intimement liées aux coefficients de Fourier du noyau non-local.Dans le Chapitre 2, nous étudions un modèle d'advection non-local à deux espèces avec inhibition de contact lorsque la viscosité est égale à zéro. En employant la notion de solution intégrée le long des caractéristiques, nous pouvons rigoureusement démontrer le caractère bien posé du problème ainsi que la propriété de ségrégation d'un tel système. Par ailleurs, dans le cadre de la théorie des mesures de Young, nous étudions le comportement asymptotique des solutions. D'un point de vue numérique, nous constatons que sous l'effet de la ségrégation, le modèle d'advection non-locale admet un principe d'exclusion.Dans le dernier Chapitre de la thèse, nous nous intéressons à l'application de nos modèles aux expérimentations de co-culture cellulaire. Pour cela, nous choisissons un modèle hyperbolique de Keller-Segel sur un domaine borné. En utilisant les données expérimentales, nous simulons un processus de croissance cellulaire durant 6 jours dans une boîte de pétri circulaire et nous discutons de l’impact de la propriété de ségrégation et des distributions initiales sur les proportions de la population finale. / This thesis is devoted to the study for a class of reaction-diffusion equations with nonlocal advection. The motivation comes from the cell movement with segregation phenomenon observed in cell co-culture experiments. The first part of the thesis mainly develops the theoretical framework of our model, namely the well-posedness and asymptotic behavior of solutions in both single-species and multi-species cases.In Chapter 1, we show a single scalar equation with a step function kernel may display Turing and Turing-Hopf bifurcations with the dominant wavenumber as large as we want. We find the bifurcation properties of the homogeneous steady state is closed related to the Fourier coefficients of the nonlocal kernel.In Chapter 2, we study a two-species nonlocal advection model with contact inhibition when the viscosity equals zero. By employing the notion of the solution integrated along the characteristics, we rigorously prove the well-posedness and segregation property of such a hyperbolic nonlocal advection system. Besides, under the framework of Young measure theory, we investigate the asymptotic behavior of solutions. From a numerical perspective, we find that under the effect of segregation, the nonlocal advection model admits a competitive exclusion principle.In the last Chapter, we are interested in applying our models to a cell co-culturing experiment. To that aim, we choose a hyperbolic Keller-Segel model on a bounded domain. By utilizing the experimental data, we simulate a 6-day process of cell growth in a circular petri dish and discuss the impact of both the segregation property and initial distributions on the finial population proportions.

Les patients mucoviscidosiques sont prédisposés à une colonisation chronique de l’arbre bronchique par P. aeruginosa. Ce pathogène opportuniste se caractérise par sa capacité à adhérer à une surface et à y former un biofilm protecteur, hautement tolérant aux agents antimicrobiens. En routine, les antibiogrammes sont effectués sur des cultures bactériennes planctoniques. L’efficacité des antibiothérapies ainsi sélectionnées est donc peu probante pour l’éradication des biofilms bactériens. La réalisation d’Antibiofilmogrammes® sur des isolats cliniques mucoviscidosiques (nouvel outil évaluant la sensibilité des bactéries sessiles aux antibiotiques) a permis de mettre en évidence des phénomènes d’inhibition et d’induction de la formation du biofilm. Plus précisément, les aminosides sont capables de retarder l’adhérence bactérienne. À l’inverse, la famille des β-lactamines présente la capacité de stimuler l’adhésion précoce des micro-organismes. Ces différents effets de l’antibiothérapie générale sur le comportement microbien se vérifient par l’intermédiaire de techniques conventionnelles in vitro (Cristal Violet, traitement enzymatique à la DNase I) et cellulaires (modèle de co-culture statique cellules eucaryotes/bactéries). La pertinence clinique de l’Antibiofilmogramme® se confirme donc par sa capacité à détecter l’initiation précoce de l’adhésion bactérienne, à sélectionner les molécules l’inhibant et à écarter celles pouvant l’induire. Associée aux antibiogrammes traditionnels, son application peu permettre d’affiner les stratégies thérapeutiques pour le traitement des infections pulmonaires chroniques développées au cours de la mucoviscidose. / Cystic fibrosis (CF) patients are predisposed to chronic colonisation of the upper airways by P. aeruginosa. This opportunist pathogen is characterized by its ability to adhere to a surface and to form a protective biofilm, which is highly tolerant to antimicrobials. In routine, antibiograms are realised on planktonic bacterial cultures. The efficacy of the corresponding antimicrobial therapies appears low for the eradication of bacterial biofilms. The realisation of Antibiofilmograms® on CF clinical isolates (a new tool investigating the susceptibility of sessile bacteria to antibiotics) highlighted phenomena of biofilm formation inhibition and induction. More precisely, aminoglycosides are able to delay the bacterial adherence. Conversely, the β-lactam family shows the ability to stimulate the early adhesion of microorganisms. These different effects of antimicrobials on the bacterial behaviour are confirmed with more conventional in vitro methods (Crystal Violet, enzymatic treatment with DNase I) and a cell model (static co-culture of eukaryotic cells and bacteria). The clinical relevance of the Antibiofilmogram® is reinforced by its ability to detect the initiation of the early bacterial adhesion, to select inhibitor molecules and to avoid the inducer ones. Associated to traditional antibiograms, its application should be pertinent to optimise the CF therapies for the treatment of chronic lung infections.

[ES] El desarrollo de la sociedad ha estado siempre ligado a los avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, algunos de estos avances han supuesto la aparición de nuevos problemas, sobre todo de tipo ético, dando lugar a nuevos movimientos asociativos contrarios a ellos. Un ejemplo de ello es el uso de la experimentación animal, fundamentalmente en el campo de la medicina, y más concretamente en el ensayo de fármacos y dispositivos implantables en contacto con medios biológicos. En este sentido, desde el ámbito de los biomateriales y la ingeniería tisular se trabaja para buscar alternativas a la experimentación animal. Una de estas alternativas es el desarrollo de modelos in vitro a partir de soportes poliméricos para el crecimiento celular in vitro. Estas estructuras, además, podrían emplearse no sólo en ensayos de fármacos o investigación in vitro para reducir el uso de animales en experimentación, sino también para regeneración tisular, simulando desde tejidos simples en los que se tienen un único tipo celular, a tejidos más complejos a partir del co-cultivo celular. Así pues, en esta tesis se ha desarrollado un sistema tridimensional con estructura porosa estratificada que permite tanto el co-cultivo celular indirecto, como la realización de ensayos de liberación de fármacos. Para ello, se ha obtenido soportes porosos (scaffolds) por medio de la técnica de solvent-casting particle-leaching empleando como porógeno sal, cuyo tamaño de poro permite albergar células en su interior, sobre los que se han dispuesto, formando una estructura tipo sándwich, membranas electrohiladas. Estas membranas forman una estructura de fibras entrecruzadas, dejando entre ellas espacios de tamaño muy inferior al tamaño celular, de modo que permiten el paso de nutrientes y moléculas a través de ellas, pero actúan de barrera para las células impidiendo su migración a otras zonas del sistema tridimensional. Este tipo de estructuras permiten simular, por ejemplo, la arquitectura tubular renal, con la zona porosa intersticial central y las dos capas epitelial y endotelial externas, que estarían en contacto con la orina y la sangre, respectivamente. Para obtener estas estructuras, se ha optado por emplear polímeros de la familia de los poliésteres, en particular ácido poliláctico y poli(¿-caprolactona), así como su mezcla y copolímeros con ácido poliglicólico. Estas combinaciones permiten ajustar la hidrofilicidad, y por tanto la biodegradabilidad, la cinética de liberación de fármacos y el comportamiento biológico, según interese. Además, el uso de la técnica de electrospinning para el desarrollo de las membranas, permite obtener diferentes diámetros de fibra a partir de la modificación de los principales parámetros del electrohilado, permitiendo también regular las propiedades de estos materiales. Finalmente, para estudiar la liberación de fármacos desde el sistema anterior, las membranas electrohiladas se han cargado con curcumina mediante dos métodos diferentes: a través del método de electrohilado en disolución y con electrospinning coaxial, para obtener así diferentes perfiles de liberación. / [CA] El desenvolupament de la societat ha estat sempre lligat als avanços científics i tecnològics. Malauradament, alguns d'aquests avanços han suposat l'aparició de nous problemes, sobretot de tipus ètic, donant lloc a nous moviments associatius contraris a ells. Un exemple d'això és l'ús de l'experimentació animal, fonamentalment al camp de la medicina, i més concretament en el testatge de fàrmacs i dispositius implantables en contacte amb medis biològics. En aquest sentit, des de l'àmbit dels biomaterials i l'enginyeria tissular es treballa per a buscar alternatives a l'experimentació animal. Una d'aquestes alternatives és el desenvolupament de models in vitro a partir de suports polimèrics per al creixement cel·lular in vitro. Aquestes estructures, a més a més, podrien emprar-se no sols en testatge de fàrmacs o investigació in vitro per a reduir l'ús d'animals en experimentació, sinó també per a regeneració tissular, simulant des de teixits simples en què es té un únic tipus cel·lular, a teixits més complexos a partir del co-cultiu cel·lular. Així doncs, en aquesta tesi s'ha desenvolupat un sistema tridimensional amb estructura porosa estratificada que permet tant el co-cultiu cel·lular indirecte, com la realització d'assajos d'alliberació de fàrmacs. Per a això, s'ha obtingut suports porosos (scaffolds) mitjançant la tècnica solvent-casting particle-leaching emprant com a porògen sal, amb una grandària de porus que permet albergar cèl·lules en el seu interior, sobre els que s'han disposat, formant una estructura tipus sandvitx, membranes electrofilades. Aquestes membranes formen una estructura de fibres entrecreuades, deixant entre elles espais de grandària molt inferior a la grandària cel·lular, de mode que permeten el pas de nutrients i molècules a través d'elles, però actuen de barrera per a les cèl·lules impedint la seua migració a altres zones del sistema tridimensional. Aquest tipus d'estructures permeten simular, per exemple, l'arquitectura tubular renal, amb la zona porosa intersticial central i les dues capes epitelial i endotelial externes, que estarien en contacte amb l'orina i la sang, respectivament. Per a obtindre aquestes estructures, s'ha optat per emprar polímers de la família dels polièsters, en particular àcid polilàctic i poli(¿-caprolactona), així com la seua mescla i copolímers amb àcid poliglicòlic. Aquestes combinacions permeten ajustar la hidrofilicitat, i per tant la biodegradabilitat, la cinètica d'alliberació de fàrmacs i el comportament biològic, segons interesse. A més, l'ús de la tècnica d'electrospinning per al desenvolupament de les membranes, permet obtindre diferents diàmetres de fibra a partir de la modificació dels principals paràmetres de l'electrofilat, permetent també regular les propietats d'aquests materials. Finalment, per a estudiar l'alliberació de fàrmacs des del sistema anterior, les membranes electrofilades s'han carregat amb curcumina mitjançant dos mètodes diferents: a través del mètode d'emulsió i amb electrospinning coaxial, per a obtindre així diferents perfils d'alliberació. / [EN] The development of society has always been linked to scientific and technological advances. However, some of these advances have led to the appearance of new problems, especially of an ethical nature, giving rise to new associative movements opposed to them. An example of this is the use of animal experimentation, mainly in the field of medicine, and more specifically in the testing of drugs and implantable devices in contact with biological media. In this sense, the field of biomaterials and tissue engineering is working to find alternatives to animal experimentation. One of these alternatives is the development of in vitro models based on polymer supports for in vitro cell growth. These structures, moreover, could be used not only in drug testing or in vitro research to reduce the use of animals in experimentation, but also for tissue regeneration, simulating from simple tissues in which there is a single cell type, to more complex tissues from cell co-culture. Thus, in this thesis, a three-dimensional system with a stratified porous structure have been developed to allow both indirect cell co-culture and drug release assays. For this purpose, porous supports (scaffolds) have been obtained by means of the solvent-casting particle-leaching technique using salt as porogen, whose pore size allows cells to be housed in its interior, on which electrospun membranes have been arranged, forming a sandwich structure. These membranes form a structure of cross-linked fibers, leaving spaces between them that are much smaller than the cell size, so that they allow the passage of nutrients and molecules through them, but act as a barrier to the cells, preventing their migration to other areas of the three-dimensional system. This type of structure allows us to simulate, for example, the renal tubular architecture, with the central interstitial porous zone and the two outer epithelial and endothelial layers, which would be in contact with urine and blood, respectively. To obtain these structures, we have chosen to use polymers of the polyester family, in particular polylactic acid and poly(¿-caprolactone), as well as their blend and copolymers with polyglycolic acid. These combinations allow adjustment of hydrophilicity, and thus biodegradability, drug release kinetics and biological behavior, as desired. In addition, the use of the electrospinning technique for the development of membranes allows to obtain different fiber diameters by modifying the main electrospinning parameters, allowing also to regulate the properties of these materials. Finally, to study drug release from the previous system, the electrospun membranes have been loaded with curcumin by two different methods: through the emulsion method and with coaxial electrospinning, in order to obtain different release profiles. / Herrero Herrero, M. (2022). Desarrollo de andamiajes con porosidad estratificada basados en poliésteres como soportes en co-cultivo celular indirecto [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/190919