Ce mémoire a été préparé dans le cadre du projet européen ERUDESP. Il décrit en détail les études qui ont été réalisées dans ce travail. Un bioréacteur sous forme d’une cellule bioélectrochimique à flux a été développé dans le but de servir pour la bioélectrosynthèse enantiopure. Le mémoire est consacré au design de cellules, screenings de différents médiateurs, au test de différentes réactions électroorganiques et électroenzymatiques à la fois dans une cellule électrochimique classique et dans une cellule électrochimique à flux. Un thème central de ce mémoire représente la synthèse d’électrodes macroporeuses tri-dimensionnelles. Grâce à cela, la surface active de l’électrode est augmentée de manière significative. Pour la préparation de ces électrodes une approche de template a été suivie. Des particules de polystyrène monodisperses ont été synthétisées de différentes manières et sont utilisées pour la synthèse des cristaux colloïdaux qui constituent les templates. Comme procédure de préparation contrôlée de ces templates, la technique de Langmuir-Blodgett et la méthode d’évaporation contrôlée, suivi par l’électrodéposition des métaux et des oxydes métalliques sont appliquées. Les diamètres des pores des matériaux macroporeux résultants sont parfaitement contrôlables par le diamètre des particules utilisées. La méthode de Langmuir-Blodgett a été étendue et appliquée pour la première fois à l’utilisation de particules de polystyrène. Le dépôt est réalisé dans les interstices des cristaux colloïdaux préparés préalablement, suivi par la dissolution des particules. De plus, des électrodes poreuses avec une grande surface de 6 x 6 cm2 ont été préparées. Les matériaux obtenus montrent une très bonne interconnéctivité avec une porosité ouverte et une surface active fortement augmentée ce qui se traduit électrochimiquement en une augmentation significative de la puissance du signal. Les matériaux poreux représentent un bénéfice non-seulement pour la (bio)électrosynthèse mais aussi dans le cadre de la (bio)électroanalyse. Dans ce mémoire, d’électrodes poreuses d’oxyde de ruthénium pour l’oxydation direct de NADH avec une surtension significativement améliorée ont été élaborée. La méthode de l’agrandissement de la surface est également appliquée et une meilleure densité de courant a été obtenue. Basé sur le projet ERUDESP, les méthodes apprises pour créer des électrodes poreuses à base de cristaux colloïdales ont dans la suite aussi été appliquées à d’autres domaines d’investigation. L’évolution méthodique de la technique de Langmuir-Blodgett a été utilisée pour le développement d’un système d’électrode renouvelable. Dans ce système, la surface peut être renouvelée sur commande par application d’un potentiel fixe (effet click).Les électrodes de l’oxyde de ruthénium ont non seulement été étudié dans le cadre du projet ERUDESP, mais la miniaturisation de ce matériau poreux et stable sous forme de microélectrodes a permis d’étudier une application comme capteur pH chimiquement et mécaniquement stable avec un meilleur ratio signal sur bruit. Dans ce cas le bruit thermique est diminué grâce à la porosité de l’électrode. Grâce à la technicité acquise par rapport à la synthèse des microélectrodes poreuses, des microélectrodes implantables pour les prothèses de main ont été aussi modifiées avec une couche macroporeuse pour augmenter la surface active et diminuer l’impédance de transition.Nous avons également exploré des couches multicatalyseurs macroporeuses de platine et nickel pour effectuer la génération d’hydrogène in-situ et l’hydrogénation simultanée dans un seul système catalytique.Comme dernière possibilité pour une structuration de surface contrôlée, des îlots de platine d’une étendue nanométrique furent examinées et biofonctionnalisées, ce qui résulte également en une augmentation significatif de la densité de courant. / The present work has been prepared within the framework of the European project ERUDESP and describes the research that has been carried out during this work. A bioreactor as a bioelectrochemical flow-cell was designed and realized with the goal to serve for enantiopure bioelectrosynthesis. The work deals with the cell design and screening of different mediators in a batch-cell and multi-cells, the development of different electroorganic and electroenzymatic reactions in an electrochemical batch- and flow-cell. With respect to the flow-cell, the upscaling of electrochemical reactions was carried out in the present work not only for electroorganic but also for electroenzymatic reactions with regard to the final application. A main focus of the present work represents the synthesis of three-dimensional macroporous electrodes in order to increase significantly the active surface. These macroporous structures were obtained by using the template approach. For the preparation of the templates monodisperse polystyrene particles were synthesized in different ways, and then used for the preparation of colloidal crystals serving as templates. As controlled assembly procedures, the Langmuir-Blodgett technique and the controlled evaporation method with subsequent electrodeposition of metals and metal oxides were chosen. With the present process the pore diameter could be exactly controlled by the diameter of the used particles. The approach of the Langmuir-Blodgett technique has been extended and optimized. For the first time, the Langmuir-Blodgett technique could be used with polystyrene particles. The deposition took place in the interspaces of the prepared colloidal crystals and is followed by the dissolving of the particles. Furthermore, the size of the porous electrodes could be upscaled (6 x 6 cm2). The obtained materials showed a very good interconnectivity with an open porosity and a highly increased active surface, which led to an increased electrochemical signal. The prepared porous materials represent a great benefit not only for (bio)electrosynthesis but also in the field of (bio)electroanalysis. In the framework of this work, the use of porous ruthenium oxide electrodes for direct oxidation of NADH with a significantly improved overvoltage was studied. Also in this context the increase of the surface led to an improved current density. Based on the ERUDESP project, the studied techniques for preparing porous electrodes with colloidal crystals were used for further scientific studies. The new variant of the Langmuir-Blodgett technique has also been used for the elaboration of a renewable electrode system where the surface can be simply renewed by applying a positive potential to the porous multilayers (click effect). The porous ruthenium oxide electrodes have not only been studied with respect to the ERUDESP project, but it was also possible to miniaturize this stable porous material as microelectrodes and use them as chemically and mechanically stable pH sensor with an improved signal to noise ratio. In this case the thermal noise decreased due to the porosity of the electrode. Due to the acquired expertise in the field of the preparation of porous microelectrodes, implantable microelectrodes for hand prosthesis were modified with a porous layer on the surface for increasing the active surface and decreasing their impedance.In addition, macroporous multicatalyst layers of platinum and nickel were synthesized for the simultaneous in-situ generation of hydrogen and hydrogenation reaction in the same catalyst system.As a final example for controlled surface structuring, nanoscale platinum islands were in detail examined and biofunctionalized. This led also to a significant increase of the current density.

Les cellules endothéliales (CE), monocouche de cellules hexagonales jointives situées à la face interne de la cornée, assurent la transparence de ce tissu essentiel à la vision. Peu avant la naissance, ces CE perdent leur capacité proliférative en restant bloquées en phase G1du cycle cellulaire. Le non remplacement des cellules mortes est responsable de certaines pathologies cécitantes dont la cornea gutatta et les dystrophies bulleuses du pseudophaque sont les prototypes et comptent parmi les premières indications de greffe de cornée. Les mécanismes moléculaires impliqués dans l’arrêt de la prolifération de ces CE restent très partiellement expliqués. La première partie de cette thèse a pour objectif d’identifier si des changements d’expression transcriptionnelle des gènes régulateurs du cycle cellulaire interviennent au cours de l’organoculture (OC) et de la culture in vitro, afin de définir au mieux les cibles potentielles à inhiber ou celles à surexprimer pour re-déclencher une prolifération cellulaire contrôlée. Pour la première fois, nous avons mis en évidence des profils transcriptionnels variables en fonction de l’environnement des CE, avec une activation globale de l’expression des gènes en OC de routine et en culture primaire et l’expression accrue de gènes impliqués dans l’arrêt du cycle cellulaire en différents points comme DIRAS3, GADD45A, p15 p16, p18 et p19 ou impliqués dans la régulation du cycle des CE comme le complexe ubiquitine/protéasome (culines, APC...), laissant supposer que les freins antiprolifératifs sont encore plus complexes. Dans la seconde partie, nous avons développé une méthode d’analyse de la viabilité de l’endothélium pan-cornéenne afin d’évaluer au mieux la viabilité des cellules endothéliales sur les greffons. Nous avons développé un outil innovant de mesure combinant un triple marquage Hoechst/Ethidium/Calcéine AM à l’analyse pan-endothéliale permettant d’évaluer de définir la notion originale de densité en cellules viables d’une cornée. Cette technique peut être appliquée à l’analyse de n’importe quel procédé chirurgical ou non, susceptible d’altérer directement ou indirectement l’endothélium cornéen / Corneal endothelial cells (EC) form a monolayer of hexagonal contiguous cells located at the inner surface of the corne and are responsible for maintenance of its transparency, and therefore essential for vision. Just before birth, they lose the proliferative capacity and remain blocked in the G1 phase of the cell cycle. The absence of cell replacement by mitosis induces is responsible for certain blinding diseases such as cornea gutatta and pseudophakic bullous keratopathy, two prototype endothelial diseases that are among the first indications of corneal graft. The molecular mechanisms involved is the non-proliferation of EC remain only partially explained. The first part of this thesis aimed to identify whether changes in transcriptional expression of cell cycle regulators genes occurred during organ culture (OC) and during in vitro culture, in order to better define the potential targets to inhibit or to overexpress necessary to trigger a controlled cell proliferation. Forthe first time we have highlighted variable transcriptional profiles depending on endothelial environment, with a glolal activation of gene expression in routine OC and in primary cultures, especially with an increased expression of gene involved in cell cycle arrest at different points like DIRAS3, GADD45, p15 p16, p18 and p19 or involved in cycle regulation as the ubiquitin/proteasome complex (Culines, APC ...), suggesting that the antiproliferative brakes are even more complex than previously reported. In a second part we developed an original method of pan-corneal endothelial viability assessment. This innovative measurement tool combines a triple Hoechst/Ethidium/Calcein-AM labeling with a part endothelial image analysis allowing to define the new concept of viable endothelial cell density, that represent the reaviable cell pool of a cornea. This technique can be applied to the analysis of any procedure (surgical or not), likely to directly or indirectly alter the corneal endothelium

L’émergence des nouvelles applications et services mobiles, nécessitant de plus en plus de débits de communications, contribue à une explosion massive du trafic de données au sein du réseau. Pour faire face à ce challenge, les systèmes millimétriques sont une des technologies identifiées pour les futurs réseaux 5G en raison de la bande passante accrue disponible dans cette plage du spectre. Toutefois, pour tirer pleinement profit de tels systèmes, la connaissance des caractéristiques liées à la propagation des ondes radio dans ces bandes de fréquence est primordiale. Ainsi, dans cette thèse, l’attention est portée sur l’évaluation de la dépendance en fréquence des caractéristiques principales du canal de propagation, généralement décrites par les paramètres dits « large scale parameters (LSPs) ». Ceux–ci incluent les pertes de pénétration, l’étalement temporel ou angulaire du canal et l’affaiblissement moyen du canal. Les études sont basées sur des campagnes de mesures réalisées à Belfort, dans des scénarios de déploiement 5G typiques comme la pénétration à l’intérieur des bâtiments et la propagation en milieu urbain extérieur, entre 3 et 60 GHz. / The advent of bandwidth–demanding mobile applications and services has led to a massive explosion of the network data traffic. In order to alleviate this issue, millimeter–Wave communications systems are a promising technology for future 5G systems thanks to the large amount of bandwidth available in this frequency range. However, in order to take full advantage of this technology, knowledge of the radio propagation channel characteristics in these frequency bands is paramount. Therefore, in this thesis, the objective is to study the frequency–dependence of the propagation channel large scale parameters (LSPs), which describe the main channel characteristics. These LSPs include the building penetration losses, the channel delay spread, the channel azimuth spread and the propagation path–loss. The studies are performed thanks to measurement campaigns conducted in Belfort, in typical 5G deployment scenarios such as outdoor–to–indoor and urban outdoor environments, between 3 and 60 GHz.

La pression est un paramètre physique qui modifie les interactions structurales, électroniques et magnétiques dans les matériaux. Créer une très haute pression permet donc la synthèse de nouveaux matériaux, comme par exemple des supraconducteurs ayant des valeurs de température critique record. Ces pressions peuvent être générées au moyen d’une cellule à enclume de diamant (DAC) qui peut comprimer un matériau jusqu’à des pressions de plusieurs centaines de GPa. Il est cependant difficile de caractériser les propriétés magnétiques de matériaux à l’intérieur d’une DAC à cause du très faible volume occupé par l’échantillon et des contraintes techniques. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser une technique de magnétométrie optique fondée sur la résonance de spin électronique de centres colorés NV du diamant. Ces centres NV sont fabriqués à la surface d’une des deux enclumes de la DAC et sont ainsi au contact de l’échantillon magnétique à caractériser.Dans un premier chapitre, nous rappelons le fonctionnement de la DAC et décrivons les techniques de mesures magnétiques développées pour la physique des hautes pressions. Nous présentons ensuite le principe de la magnétométrie à centres NV et l’appliquons à la mesure de l’aimantation d’un micro-aimant à pression ambiante. La sensibilité de cette mesure atteint celle des magnétomètres à SQUID. Le troisième chapitre discute de la façon dont les contraintes mécaniques modifient la résonance de spin du centre NV, et détaille la manière dont cet effet se combine avec celui dû à un champ magnétique externe. La possibilité de découpler les deux effets nous permet d’observer la transition de phase magnétique du fer autour de 15 à 30 GPa dans le quatrième chapitre. Enfin, le dernier chapitre décrit le contexte et les enjeux liés à la synthèse d’hydrures supraconducteurs à haute température critique. Nous montrons ensuite qu’il est possible de détecter optiquement une phase supraconductrice à l’intérieur d’une DAC en utilisant les centres NV pour observer l’effet Meissner de MgB2 à une pression de 7 GPa et avec une température critique de 30 K. / Pressure is a physical variable that alters structural, electronic and magnetic interactions in all materials. Reaching high pressure is thus a way to create new materials such as superconductors with record critical temperatures. High pressures can be enabled through the use of diamond anvil cells (DAC), which can attain pressures of several hundred of GPa. It is however quite a challenge to measure magnetic properties of materials inside a DAC because of the very small sample volume available and of technical constraints. In this PhD thesis, we demonstrate the use of a magnetometry method based on the electronic spin resonance of NV centers in diamond. These NV centers are fabricated directly on top of one of the DAC anvils, which places them in contact with the magnetic sample.In the first chapter, we describe how the DAC works and we present the different ways of probing magnetic properties that have been developed for high pressure conditions. We then explain the operating principle of NV magnetometry and use this method to measure the magnetization of a micro-magnet at ambient pressure. The sensitivity of this measure is comparable to that of SQUID magnetometry. In the third chapter, we discuss how mechanical constraints modify the spin resonance of the NV center, and describe how this effect combines with the influence of an external magnetic field. By decoupling these two effects, we can observe the magnetic phase transition of iron around 15 to 30 GPa, which is displayed in the fourth chapter. Finally, the last chapter briefly presents the context and stakes associated with the synthesis of superconducting superhydrides with high critical temperature. We perform an optical detection of a superconducting phase inside a DAC with NV centers through the observation of the Meissner effect in MgB2 at a pressure of 7 GPa and with a critical temperature of 30 K.

Un inconvénient majeur de l’utilisation des protéines thérapeutiques est leur immunogénicité,c'est-à-dire le déclenchement chez les patients d’une réponse immunitaire, avec production d’anticorps (anti-drug antibodies, ADA). Parmi les facteurs contributifs, les agrégats de protéines dans les spécialités administrées pourraient jouer un rôle majeur dans l’immunogénicité. Par ailleurs, la présence d’ADA de haute affinité et de divers isotypes suggère la mise en place d’une réponse immunitaire classique, faisant intervenir les cellules présentatrices d’antigènes et plus particulièrement les cellules dendritiques.Nous avons développé un modèle d’étude de l’impact d’agrégats de protéines sur la maturation de cellules dendritiques, dérivées de monocytes isolés du sang(moDC). Dans ce but, des agrégats d’hormone de croissance (GH) et d’anticorps (Rituximab) ou d’IgG1 polyclonale ont été produits et caractérisés.Nous avons montré que ces agrégats induisent la maturation des moDC, objectivée par une augmentation de l’expression de marqueurs d’activation et de co-stimulation (CD40, CD80,CD83, CD86 et HLA-DR), et par l’augmentation dela production de cytokines et chimiokines proinflammatoires (IL-6, IL-8,IL-12p40, CCL2, CCL3,CCL4 et CXCL10).En utilisant un modèle de co-culture allogénique,nous avons montré que les moDC stimulées par les agrégats induisent la prolifération de lymphocytes TCD4+, dont la polarisation dépendait de la nature de la protéine. Ainsi les agrégats de GH conduisent à une production majoritaire d’IFNγ, signe d’une réponse de type Th1, tandis que les agrégats d’anticorps induisent une réponse mixte, Th1, Th2,Th17 (production d’IFNγ, IL-5, IL-13 et IL-17.Enfin, nous avons commencé l’étude des mécanismes intra cellulaires impliqués dans l’activation des moDC, en montrant que les agrégats de GH induisent la phosphorylation de p38MAPK, ERK, JNK et NF-κB (p65). Ces mêmes voies de signalisation sont impliquées dans l’expression de CXCL10,chimiokine connue pour induire la polarisation Th1.Au final, ces résultats confirment l’effet immunomodulateur des agrégats de protéines sur les cellules dendritiques et précisent leur rôle de signal de danger conduisant à la mise en place d’une réponse immunitaire contre les protéines thérapeutiques. / A major drawback in therapeutic biological products (BP) use is the development of anti-drug antibodies (ADA) in patients. Among other factors, BP aggregates seems to play a major role in immunogenicity. Moreover, the presence of ADA with high affinity and different isotypes suggest a CD4 T-cell dependent immune response and therefore a pivotal role for antigen presenting cells, such as dendritic dells (DC).In order to determine if BP aggregates participate to DC activation, aggregates form human growth hormone (GH) and antibodies (Rituximab and polyclonal IgG1) were produced and characterized.Their impact was tested on a model of monocytederived dendritic cells (mo-DC).We have shown aggregates were able to induce moDC maturation, as observed with increase of key co-stimulatory and maturation markers (CD40, CD80, CD83, CD86 and HLA-DR), and by increase of pro-inflammatory cytokines and chemokines (IL-6, IL-8, IL-12p40, CCL2, CCL3, CCL4, CXCL10).Using an allogenic model of co-culture, we have shown that moDC stimulated with aggregates were able to induce CD4+ T cells proliferation.Polarization was different following the nature of the protein. GH aggregates were able to induceIFNγ, sign of Th1 response, whereas antibody aggregates induced Th1, Th2, Th17 mix response (with production of IFNγ, IL-5, IL-13 and IL-17).Finally, we started to study intracellular mechanisms involved in moDC activation, by showing that GH aggregates were able to induce p38MAPK, ERK, JNK and NF-κB (p65)phosphorylation. These pathways are involved in CXCL10 expression, which is implicated in Th1 polarization. These results confirmed the immunomodulary effect of protein aggregates on DC and their role as danger signal, inducing an immune response against therapeutic proteins.

Au cours des dernières décennies, nous avons progressivement vu augmenter un certain nombre d’anomalies de la fonction de reproduction masculine dans les pays industrialisés. Ces constatations ont fait émerger l’hypothèse selon laquelle certains polluants de notre environnement pourraient altérer le développement du testicule fœtal et ainsi être responsables de ces anomalies. Parmi les composants incriminés se trouvent les phtalates, largement répandus dans l’environnement. Ces composés ont été décrits comme reprotoxiques, ils altèrent le développement de la lignée germinale dans différentes espèces et entraînent une diminution de la production de testostérone chez le rat. Toutefois, très peu de données sont disponibles quant à leurs effets chez l’Homme. Dans cette étude, nous avons analysé les effets d’un phtalate, le MEHP, sur le développement du testicule fœtal humain au premier trimestre de la grossesse, dans un modèle de culture organotypique qui permet le maintien des différentes structures de l’organe. Nous avons tout d’abord démontré que le MEHP (10-4M) n’altère pas la production de testostérone du testicule fœtal humain, contrairement aux résultats décrits chez le rat. En revanche, nous avons montré que l’exposition au MEHP entraîne une rapide diminution du nombre de cellules germinales par apoptose. A la suite de ces résultats, nous avons testé l’effet de doses plus faibles de MEHP afin de se placer à des concentrations de phtalates ayant été mesurées dans les liquides biologiques. Nous avons ainsi démontré que les cellules germinales du testicule fœtal humain sont altérées suite à l’exposition à des doses de MEHP de 10-5M. Enfin, dans la 3ème partie de ce travail, nous nous sommes intéressés aux mécanismes d’action des phtalates. Différentes études, notamment dans le foie, démontrent l’implication des récepteurs nucléaires dans les effets de ces composés. Il nous a donc semblé important de rechercher leur implication dans les effets des phtalates sur le testicule fœtal. Nous avons démontré que LXRα est très certainement impliqué ces effets puisque l’expression des ARNm de ce récepteur est augmentée. Par ailleurs, ce récepteur nucléaire contrôle deux voies métaboliques, la synthèse de cholestérol et la synthèse des acides gras qui semblent toutes deux modulées par les phtalates dans le testicule fœtal humain. Enfin, nous avons montré que l’implication de ces voies métaboliques est commune entre la gonade mâle et la gonade femelle, sans pour autant que l’effet sur les cellules germinales mâles ai pu être mis en évidence dans l’ovaire fœtal. En conclusion, cette étude a contribué à caractériser les effets des phtalates sur la mise en place des fonctions de reproduction chez le fœtus humain. Nous avons également pu mettre en évidence un nouveau mécanisme de ces composés, impliquant la superfamille des récepteurs nucléaires ainsi que la synthèse du cholestérol et des acides gras. / Since the last decades, an increase in several abnormalities of the male reproductive function has been progressively evidenced in industrialized countries. According to these observations, it was hypothesized that exposure to some environmental pollutants may impair the fetal testis development, and therefore be at the origins of those abnormalities. Among incriminated compounds, phthalates are molecules highly produced worldwide. These compound are classified as reprotoxic molecules, as they disrupt the development of the germ cell lineage in different species and lead to a decrease in testosterone production in rat. Nevertheless, very few data are available concerning their effects in human. In this study we analyzed the effects of one phthalate, the MEHP, on the human fetal testis development during the first trimester of pregnancy. It was performed using an organotypic culture system that allows the preservation of the different testis structures. We first demonstrated that MEHP (10-4M) does not affect testosterone production of the human fetal testis, in opposition to the results described in rat. We also have demonstrated that MEHP exposure triggers apoptosis in the fetal germ cells, leading to a quick decrease in the total number of these cells. Following those results, we tested the effects of lower doses of MEHP that are close to the highest doses measured in human biological fluids. We therefore demonstrated that fetal germ cells are altered by exposure to this dose of MEHP (10-5M). Finally, in the third part of this work, we focused on the mechanisms of action of phthalate toxicity. Different studies, mostly in the liver, report the involvement of the nuclear receptor superfamilly in the effect of those compounds. Thus, it seemed important to investigate their implication in the effect of phthalates on the human fetal testis. We demonstrated that LXRα is certainly implicated in these effects as its transcriptional level is increased. Moreover, this nuclear receptor regulates two metabolic pathways: Cholesterol and fatty acid synthesis pathways, that seemed to by both modulated by phthalate exposure in the human fetal testis. We also showed that the modulation of these two metabolic pathways is a common process to both the male and female gonads. Nevertheless, the germ cell decrease we evidenced in the human fetal testis was never observable in the fetal ovary. In conclusion, this work contributed to improve our knowledge about the effects of phthalate exposure on the establishment and the development of the human fetal reproductive system. We also have evidenced a new mechanism of these compounds that involves members of the nuclear receptors superfamilly, as well as cholesterol and fatty acid synthesis.

Le peptide oncolytique LTX-315 a été développé comme un peptide cationique amphipathique qui tue les cellules cancéreuses et qui se révèle stimulant pour la réponse anti-cancer immune quand il est localement injecté dans des tumeurs présentent chez des souris immunocompétentes. La microscopie électronique par transmission révélées que LTX-315 a échoué à induire la condensation nucléaire apoptotique mais induit plutôt un phénotype nécrotique. Par conséquent, LTX-315 a échoué à stimuler l'activation de caspase-3, et l'inhibition des caspases par le biais de Z-VAD-fmk n'a pas été capable de réduire la mort cellulaire par LTX-315. En outre, deux inhibiteurs importants de la nécroptose, nommés necrostatin-1 et cycospotin-A, ont échoué à réduire la mort cellulaire par LTX-315. En conclusion, il semble que LTX-315 déclenche une nécrose non-régulée, qui peut contribuer à ses effets pro-inflammatoires et pro-immunitaires. Le fractionnement subcellulaire des cellules traitées par LTX-315, suivie par une quantification spectrométrique massive, a révélé que cet agent était enrichi en mitochondries. LTX-315 a causé un arrêt immédiat de la respiration mitochondriale sans aucun effet majeur de découplage. Par conséquent, LTX-315 a interrompu le réseau mitochondrial, a dissipé le potentiel mitochondrial de la membrane interne, et a causé la libération des protéines inter-membranaires mitochondriales dans le cytosol. LTX-315 était relativement inefficace dans la mitophagie stimulante. Les cellules dépourvues de deux pro-apoptotiques protéines à domaines multiples BAX et BAK, étaient moins susceptibles de mourir par LTX-315. De plus, les cellules conçues pour perdre leurs mitochondries étaient relativement résistantes à LTX-315, soulignant l'importance de cet organite pour la cytotoxicité induite par LTX-315. Au total, ces résultats soutiennent la notion que LTX-315 tue les cellules cancéreuses par sa vertue à perméabiliser les membranes mitochondriales. Nous avons observé que LTX-315 induit toutes les charactéristiques d'ICD connues. Cette conclusion a étévalidée par diverses méthodes indépendantes incluant la teinture par immunofluorence, dosage par bioluminescence, immunodosages, RT-PCRs. Quand il a été injecté dans des cancers créés, LTX-315 a causé une nécrose focale transitoirement hémorragique accompagnée d'une libération massive de HMGB1, aussi bien que l'activation de caspase-3 dans une partie des cellules. LTX-315 était au moins aussi efficace que le controle positif, l' anthracycline mitoxantrone en induisant une inflammation locale par infitration de cellules myéloïdes et de lymphocytes T. Collectivement, ces résultats appuient l'idée que LTX-315 peut induire l'ICD, expliquant sa capacité à induire des effets thérapeutiques immuno-dépendants.L'autre Lytix composé LTX-401 est un acide aminé oncolytique dérivé avec des propriétés immunogéniques potentielles. Nous démontrons que LTX-401 détruit sélectivement la strucutre du dispositif Golgi. Le fractionnement subcellulaire suivi par une détection spectométrique massive a révélé que LTX-401 a enrichi sélectivement dans le Golgi mieux que dans la mitochondrie ou dans le cytosol. Lagent Golgi-dissociant Brefeldin A a réduit la mort cellulaire par LTX-401 comme cela a partiellement inhibé la libération mitochondrial induite par LTX-401 de cytochrome C et l'activation de BAX. L'effet cytotoxique de LTX-401 a été atténué par la double suppression de BAX et BAK, comme la déplétion mitophagique forcée de la mitochondrie, déjà réfractaire à l'inhibition de caspase. LTX-401 induit toutes les caractéristiques majeures de la mort cellulaire immunogénique. En outre, les tumeurs traitées par LTX-401 ont manifesté une forte infiltration lymphoïde. Ensemble, ces résultats soutiennent l'idée que LTX-401 peut stimuler la mort immunogétique des cellules à travers un passage dans lequel LTX-401 localisé sur Golgi opère en amont de la perméabilisation de la membrane mitochondriale. / The oncolytic peptide LTX-315 has been developed as an amphipathic cationic peptide that kills cancer cells and turned out to stimulate anticancer immune responses when locally injected into tumors established in immunocompetent mice. We investigated whether LTX-315 induces apoptosis or necrosis. Transmission electron microscopy or morphometric analysis of chromatin-stained tumor cells revealed that LTX-315 failed to induce apoptotic nuclear condensation and rather induced a necrotic phenotype. Accordingly, LTX-315 failed to stimulate the activation of caspase-3. Moreover, inhibition of caspases by Z-VAD-fmk was unable to reduce cell killing by LTX-315. In addition, two prominent inhibitors of necroptosis, necrostatin-1 and cyclosporin A, failed to reduce LTX-315-induced cell death. In conclusion, it appears that LTX-315 triggers unregulated necrosis, which may contribute to its pro-inflammatory and pro-immune effects. Subsequently, we investigated the putative involvement of mitochondria in the cytotoxic action of LTX-315. Subcellular fractionation of LTX-315-treated cells, followed by mass spectrometric quantification, revealed that the agent was enriched in mitochondria. LTX-315 caused an immediate arrest of mitochondrial respiration without any major uncoupling effect. Accordingly, LTX-315 disrupted the mitochondrial network, dissipated the mitochondrial inner transmembrane potential, and caused the release of mitochondrial intermembrane proteins into the cytosol. LTX-315 was relatively inefficient in stimulating mitophagy. Cells lacking the two pro-apoptotic multidomain proteins BAX and BAK, were less susceptible to LTX-315-mediated killing. Moreover, cells engineered to lose their mitochondria were relatively resistant against LTX-315, underscoring the importance of this organelle for LTX-315-mediated cytotoxicity. Altogether, these results support the notion that LTX-315 kills cancer cells by virtue of its capacity to permeabilize mitochondrial membranes. Following, we investigated whether LTX-315 may elicit the hallmarks of immunogenic cell death (ICD). Overally, we observed that LTX-315 induces all known ICD characteristics. This conclusion was validated by several independent methods including immunofluorescence staining, bioluminescence assays, immunoassays, and RT-PCRs. The injection of LTX-315 into established cancers resulted in transiently hemorrhagic focal necrosis that was accompanied by massive release of HMGB1, as well as caspase-3 activation in a fraction of the cells. LTX-315 was equal or more efficient as the positive control, the anthracycline mitoxantrone (MTX), in inducing local inflammation with infiltration by myeloid cells and T lymphocytes. Collectively, these results support the idea that LTX-315 can induce ICD, explaining its capacity to mediate immune-dependent therapeutic effects. The second Lytix compound investigated, LTX-401, is an oncolytic amino acid derivative with potential immunogenic properties. We demonstrated that LTX-401 selectively destroys the structure of the Golgi apparatus. Subcellular fractionation followed by mass spectrometric detection revealed that LTX-401 was selectively enriched in the Golgi rather than in the mitochondria or in the cytosol. The Golgi-dissociating agent Brefeldin A (BFA) reduced cell killing by LTX-401 as it partially inhibited LTX-401-induced mitochondrial release of cytochrome c and the activation of BAX. The cytotoxic effect of LTX-401 was attenuated by the double knockout of BAX and BAK, as well as the mitophagy-enforced depletion of mitochondria, yet was refractory to caspase inhibition. LTX-401 induced all major hallmarks of immunogenic cell death. Moreover, LTX-401-treated tumors manifested a strong lymphoid infiltration. Altogether, these results support the contention that LTX-401 can stimulate immunogenic cell death through a pathway in which Golgi-localized LTX-401 operates upstream of mitochondrial membrane permeabilization.

Introduction : L’efficacité de la greffe d’îlots n’est plus à démontrer mais elle reste l’objet de recherches pour améliorer la qualité et la survie des îlots greffés souvent fragilisés par la destruction enzymatique de leur microenvironnement lors de la procédure d’isolement. Dans ce contexte, les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) d’origine pancréatique représentent un outil intéressant par leurs propriétés d’immunomodulation et par leur capacité de sécrétion de facteurs du microenvironnement. L’objectif de ce travail est d’évaluer l’effet des cellules stromales pancréatiques humaines sur les cellules β humaines.Méthodes : Des îlots humains purifiés ont été maintenus en culture pendant plusieurs jours. Les cellules adhérentes se formant en périphérie de l’îlot ont été sélectionnées et immortalisées. Ces nouvelles cellules « human islet-derived stromal cells » (hISC) ont ensuite été caractérisées pour déterminer leur profil mésenchymateux Nous avons ensemencé des cellules β humaines (lignée EndoC-βH1 ou cellules primaires) sur du milieu conditionné de hISC (hISC-CM) utilisé comme support de culture. L’adhérence, la survie, la prolifération, l’insulinosécrétion des cellules β cultivées sur le hISC-CM ont été mesurées et comparées à un support contrôle : la poly-L-lysine.Résultats : Les hISC présentent un profil phénotypique et transcriptomique très proche des CSM issues de la moelle osseuse. D’un point de vue fonctionnel, les hISC présentent une capacité d’immunomodulation. Elles expriment et sécrètent des protéines matricielles connues pour être présentes autour et à l’intérieur des îlots humains tels que les collagènes de type I, IV et VI, la laminine et la fibronectine. Au contact du hISC-CM les cellules EndoC-βH sur adhèrent st s’étalent. Le hISC-CM augmente l’expression du marqueur de prolifération PCNA et améliore la survie et la fonction des cellules EndoC-βH1. D’un point de vue mécanistique, l’interaction cellules β/hISC-CM active la phosphorylation de FAK (focal adhesion kinase) et ERK (extracellular signal-regulated kinases). A l’interface de cette interaction, la sous-unité β1 de l’intégrine est impliquée dans les effets observés du hISC-CM sur l’adhérence et la fonction des cellules β.Conclusion : Nos travaux démontrent l’intérêt prometteur des hISC en tant que cellules de soutien des cellules β humaines par la sécrétion de protéines matricielles pancréatiques. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le maintien des îlots en culture et leur conditionnement dans un microenvironnement plus physiologique permettant ainsi de préserver leur qualité fonctionnelle lors de la greffe. / Introduction : The efficacy of islet transplantation is well established. However, the procedure still needs improvements in the quality of grafted islets, often weakened by the loss of their surrounding tissue during the isolation process. In this respect, mesenchymal stromal cells (MSC) represent an interesting tool as they have immunomodulatory and anti-inflammatory properties and are known to secrete proteins involved in creating a favorable microenvironment. This work aims to investigate the effect of human pancreatic stromal cells on human β-cells.Methods : We characterized the mesenchymal profile of cells, previously immortalized in our lab from human islets of Langerhans adherent cells, hereafter named hISC (human islet-derived stromal cells). We seeded human β-cells (EndoC-βH1 cell line or primary β-cells) on hISC-conditioned medium (hISC-CM) used as coating of Petri dishes. We assessed spreading, survival, proliferation and glucose-induced insulin secretion of β-cells cultured on hISC-CM as compared to poly-L-lysine coating.Results : Phenotypic and transcriptomic profiles of hISC are close to bone-marrow MSC. The hISC have an immunomodulation capacity. They express and secrete extracellular matrix proteins known to be present around and within human islet such as types I, IV and VI collagens, laminin and fibronectin. EndoC-βH1 seeded on hISC-CM adhere and spread on cell culture surface. We show that hISC-CM has positive effects on EndocC-βH1 proliferation, survival and glucose-induced insulin secretion, as compared to poly-L-lysine. From mechanistic point of view, hISC-CM induces FAK (focal adhesion kinase) and ERK (extracellular signal-regulated kinases) phosphorylations. The β1-integrin subunit is involved in both adhesion and increased insulin secretion of β cells induced through hISC-CM.Conclusion : Our work demonstrates a promising interest of hISC as support cells for human β-cells by scaffolding factors secretion. It opens new perspectives for conditioning human β-cells in a more physiological microenvironment to preserve their functional quality before and after transplantation.

Ce travail a pour but d'implémenter des procédés d’implantation ionique pour des cellules solaires à hétérojonctions de silicium (SHJ) afin d'en simplifier le procédé de fabrication ou d’en augmenter les performances.Nous avons d'abord étudié le procédé pour réaliser le dopage des couches de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Par ce nouveau procédé, il est possible de réaliser des dopages localisés de manière simple, à travers des masques, ce qui peut permettre une diminution des coûts de fabrication de certains types de cellules SHJ comme les cellules à contacts interdigités à l'arrière. Les implantations de phosphore et de bore ont été étudiées, pour la réalisation de dopage respectivement de type n et p. Les comportements et les conclusions sont très différents pour ces deux types de dopage. Le phosphore étant plus lourd que le bore, il est possible de l'implanter dans des couches très minces sans endommager fortement l'interface avec le silicium cristallin, mais la création très importante de défauts dans le a-Si:H, résistant à des recuits post-implantation, conduit à de fortes dégradations des propriétés électriques du a-Si:H, et il n'a pas été possible d'atteindre des niveaux de conductivité suffisants. Au contraire, pour le bore, conformément à des résultats de la littérature, les atomes sont activés plus facilement par un recuit post-implantation grâce à la forte diminution de la concentration de défauts localisés. Cependant, le bore, implanté plus profondément, atteint e plus facilement l'interface, ce qui nécessite des recuits à plus haute température pour guérir les défauts d'interface. Néanmoins, pour des couches de a-Si:H de l'ordre de 25 nm, nous avons pu trouver des conditions technologiques permettant d'obtenir des propriétés comparables à celles obtenues par le procédé classique de dépôt de (p) a Si:H assisté par plasma, à savoir des valeurs élevées de conductivités du a-Si:H (10-4 Ω-1cm-1) et de passivation d’interface (i VOC > 700 mV).Une deuxième partie de ce travail est consacrée à l’étude d’une nouvelle cellule, dite à homo hétérojonction de silicium (HHJ) comprenant un homo-émetteur additionnel (p+) c-Si à l’hétéro-interface côté émetteur. Le but est d’améliorer la passivation de l’interface afin d’augmenter le rendement de la cellule. Des simulations numériques ont mis en évidence une augmentation de FF de la cellule HHJ, que nous avons pu attribuer à une meilleure passivation par effet de champ et à une diminution de la résistance globale du a-Si:H due à des modifications des courbures de bandes. Elles ont aussi montré la nécessité d’un homo-émetteur suffisamment mince et fortement dopé (5×1018 cm-3). De ce fait, nous avons utilisé le procédé d’implantation ionique pour développer des profils de bore adéquats et avons pu vérifier expérimentalement que l'incorporation de la couche de (p+) c-Si permet la diminution de la résistance de contact et l'amélioration de la passivation de l'interface (i) a-Si:H/(p+) c-Si par effet de champ lorsque la concentration de bore en surface n'est pas trop importante. Ces deux améliorations ont pu être concrétisées dans la réalisation de cellules présentant une amélioration du facteur de forme et de meilleurs rendements de conversion par rapport à des cellules SHJ de référence. Cette réalisation constitue la première preuve de concept pour les cellules de type HHJ. / This work aims at investigating the use of ion implantation to process silicon heterojunction solar cells (SHJ) in order to improve the ratio of cost to produced power (€/Wp) of the cells either by cost reduction due to manufacturing simplification or by increase of the cell performance.A first part of the work consists in doping hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) layers by ion implantation. Using hard masks, doping of localized regions required in cell architectures like interdigitated back contact cells can thus be easily achieved at lower cost. Both boron and phosphorus implantation have been studied for p- and n-type doping, respectively. These two types behave very differently. Phosphorous being heavier than boron, very shallow implantation can be achieved on thin a-Si:H layers onto crystalline wafers without damaging the interface. However very high defect densities are created in a-Si:H which cannot be annealed out by post-implantation annealing treatments. Therefore it was not possible to reach conductivity values suitable for solar cell applications. For B implantation, consistently with previous work, the activation of B atoms has been achieved upon annealing thanks to a decrease of localized bandgap states. Also, boron can penetrate deeper and reach high concentration at the a-Si:H/c-Si interface, which requires higher temperature annealing compared to P implantation to recover a good interface passivation quality. Nevertheless, for a-Si:H layers of about 25 nm process conditions allowing similar properties to PECVD-doped (p) a-Si:H deposition (i.e. conductivity of 10-4 Ω-1cm-1 and interface passivation allowing i-VOC > 700 mV) have been obtained.A second study is dedicated to the study of a new cell concept, named silicon homo-heterojunction (HHJ) which comprise an additional homo-emitter (p+) c-Si at the emitter interface. The goal is to improve the interface passivation in order to increase the cell efficiency. Numerical simulations have evidenced an improved fill factor in this cell that is attributed to a field effect passivation improvement and a decrease in series resistance related to band bending changes in the a-Si:H layers. The need of sufficiently shallow and strongly doped (> 5×1018 cm-3) emitter has also been evidenced. Therefore, ion implantation has been used to develop suitable boron profiles and both the increase in fill factor and the decrease in contact resistances have been obtained when the boron surface concentration is not too high. These improvements have been validated by processing HHJ solar cells that exhibit a fill factor improvement and an improved efficiency compared to SHJ cells. This achievement is a first proof of concept of the HHJ architecture.

Le monoxyde d’azote (NO), un neurotransmetteur important en biologie, a attiré l’attention ces dernières années pour son rôle majeur joué dans l’apparition d’une myriade de maladies telles que certains cancers, diabètes etc. Comprendre les mécanismes biologiques liés à la production du NO pourrait aboutir à la découverte de nouveaux moyens thérapeutiques. Cependant, le fonctionnement de l’enzyme qui produit le monoxyde d’azote, la NO-Synthase, n’est pas complétement élucidé. Dans ce but, des approches biomimétiques peuvent apporter une solution. Les microréacteurs ou proto-cellules, enveloppes imitant sommairement la compartimentation cellulaire sont un outil de choix, permettant de répliquer un environnement contrôlé où les concentrations et distances de réactions sont proches d’une cellule, permettant ainsi d’étudier le fonctionnement de la NO-Synthase. Cette thèse présente trois problématiques qui ont pour but de développer un tel microréacteur encapsulant la NO-Synthase : (1) la libération contrôlé d’espèces réactives déclenchée par un stimulus lumineux, (2) le suivi de l’activité de l’enzyme par des sondes fluorescentes et (3) le contrôle de la réaction enzymatique dans l’espace et dans le temps. Deux systèmes ont été étudiés pour libérer de manière contrôlée des espèces: la première consiste à déstabiliser des nano polymersomes par photo-clivage du copolymère qui le constitue. Le deuxième système est basé sur une rapide augmentation de la pression osmotique par irradiation à l’intérieur des polymersomes, induisant un éclatement de ceux-ci et la libération d’espèces encapsulées. La deuxième problématique abordée est le suivi de l’activité enzymatique au moyen de sondes hydrophobes et hydrophiles fluorescentes qui détectent le monoxyde d’azote à différent endroits du microréacteur. Le dernier point abordé est l’étude des microréacteur et la libération contrôlé en leur sein. / Nitric oxide (NO) has been identified as an important chemical messenger in cells and living organisms. Understanding the mechanism involved in NO production by NO-synthase is of fundamental importance. Mimicking basic cell functions by encapsulating NO-synthase in a controlled and confined cell like environment, could help provide information about the enzyme. Polymersomes resulting from the self-assembly of amphiphilic block copolymers were used as the synthetic cell like microreactor. To this end, three major challenges were addressed in this thesis: (1) controlling species release and concentration inside the microreactor, (2) measuring the enzyme response by NO detection and (3) controlling enzymatic reactions in space and time inside a microreactor. Light was used as the exogenous stimulus to induce release; its application is instantaneous, non-invasive and easy to control spatially and temporally. Two different ways to release species via light excitation were explored. The first strategy involves destabilization of nanopolymersomes by block separation, induced by copolymer photocleavage. The second strategy was to induce fast osmotic pressure increase of the polymersomes internal medium, resulting in bursting and species release. In order to monitor NO production by NO-synthase in different parts of the microreactor, hydrophobic and hydrophilic fluorescent NO probes have been synthesized and studied showing excellent correlation with NO concentration. The release of species inside microreactor was finally achieved in order to control enzymatic reaction.