La thérapie cellulaire régénératrice permet de soigner un organe ou un tissu lésé par la transplantation de cellules saines isolées chez le patient ou un donneur sain. Les cellules transplantées se substitueront aux cellules défaillantes et régénéreront le tissu endommagé.Les cellules stromales mésenchymateuses (MSC) utilisées dans le cadre de la thérapie cellulaire sont amplifiées par culture ex vivo avant leur implantation chez le patient. Cette étape requiert la présence de facteurs de croissance généralement apportés par l’ajout de sérum, souvent d’origine animale (sérum fœtal bovin [FBS]), au milieu de culture. L’origine animale du FBS pose de nombreux problèmes de biosécurité. En effet, le risque de contamination du FBS par des virus et/ou des prions n’est pas négligeable et des anticorps dirigés contre les protéines animales ont été mis en évidence dans le sérum de certains patients transplantés. La mise au point de milieux de culture dépourvus de sérum mais préservant la viabilité et les fonctions des cellules représente dès lors un enjeu important.Au cours de ce travail, nous avons étudié les effets de la privation en sérum sur la viabilité de MSC isolées à partir de moelle osseuse humaine et des cellules SaOS-2, une lignée cellulaire ostéoblastique. Dans ces cellules, la carence en sérum inhibe les voies de signalisation MAPK ERK1/2, p38 MAPK ainsi que la voie de la PKB et favorise l’expression et l’activation des membres pro-apoptotiques de la famille des Bcl-2. In fine, elle conduit à l’activation des caspases-3/7 et à l’apoptose. Les MSC présentent toutefois une certaine tolérance à la privation en sérum.Nous avons ensuite évalué l’action de deux facteurs, le Glucose-dependent Insulinotropic Peptide (GIP) et l’adénosine triphosphate (ATP) sur les effets délétères et la mortalité induits par la carence en sérum. En effet, dans d’autres types cellulaires, le GIP et l’ATP exercent une action anti-apoptotique en réponse à différents stress cellulaires dont la privation en sérum.Après avoir vérifié la présence et la fonctionnalité du récepteur au GIP (GIPR) dans les MSC humaines ainsi que dans les cellules SaOS-2, nous avons montré que le GIP diminue de moitié la mortalité cellulaire et l’activation des caspases-3/7 observées dans les MSC carencées en sérum. L’utilisation de la forskoline et d’un inhibiteur spécifique de l’adénylate cyclase nous a permis de montrer que l’effet protecteur du GIP nécessite l’activation de la voie de l’adénylate cyclase et l’accumulation d’AMPc intracellulaire. Le GIP est cependant sans effet sur les voies de signalisation MAPK ERK1/2, p38 MAPK et PKB.L’expression des différents membres de la famille des récepteurs purinergiques avait déjà été documentée dans les MSC humaines. Nos résultats ont montré que l’ATP protège partiellement les MSC et les cellules SaOS-2 de la mort cellulaire provoquée par la culture en absence de sérum. De manière intéressante, nous avons observé que le nucléotide abolit l’activation des caspases-3/7. La présence d’ATP permet également de restaurer l’activité des MAPK ERK1/2 et p38 MAPK. Le nucléotide ne module pas la voie de signalisation de la PKB. Ensuite, nous avons confirmé l’implication des différentes voies de signalisation MAPK ERK1/2 et p38 MAPK grâce à l’utilisation de PD0325901, un inhibiteur des MEK1/2, et de SB203580, un inhibiteur de l’activité de la p38 MAPK. Ces deux inhibiteurs contrecarrent l’effet protecteur de l’ATP sur la viabilité des MSC. En outre, à l’instar du GIP, l’ATP entraine une augmentation de l’AMPc intracellulaire, probablement via l’activation du récepteur P2Y11. Cette accumulation d’AMPc participe à l’effet protecteur de l’ATP. L’ajout d’ATP dans le milieu de culture sans sérum module également l’expression des membres de la famille des Bcl-2 dont, notamment, mcl-1 qui code pour une protéine anti-apoptotique, et puma et bmf, deux gènes codant pour des protéines pro-apoptotiques. L’ATP inhibe l’activité de la protéine pro-apoptotique Bad en prévenant sa déphosphorylation.Enfin, nous avons montré que les MSC carencées en sérum libèrent de l’ATP dans le milieu extracellulaire à des concentrations 10 fois supérieures à celles mesurées dans des conditions de culture standards (10% FBS). Ceci pourrait représenter un mécanisme intrinsèque de protection contre la mort cellulaire. En conclusion, nous avons montré que le GIP et l’ATP protègent les MSC humaines et les cellules SaOS-2 de la mort cellulaire induite par la privation en sérum. Nous avons déterminé que la voie de l’adénylate cyclase-AMPc est impliquée dans cet effet protecteur. De même, l’ATP préserve l’activité des voies de signalisation MAPK ERK1/2 et p38 MAPK. Le facteur de transcription CREB pourrait être l’élément central de l’action protectrice du GIP et de l’ATP. Enfin, nos résultats suggèrent que, lorsqu’elles sont carencées en sérum, les MSC seraient capables d’activer un processus intrinsèque de survie via la libération de facteurs tels que l’ATP dans le milieu extracellulaire. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les glioblastomes (GBM) sont des tumeurs astrocytaires au pronostic défavorable. L’échec des thérapies actuelles (chimio et radiothérapies) est principalement lié à la résistance des cellules souches cancéreuses (CSCs). Ces cellules ont besoin de communiquer en permanence avec leur microenvironnement pour leur survie et pour maintenir une niche favorable à leur développement. Le transfert de matériel entre les CSC, les cellules tumorales et le microenvironnement contribue à l’échappement thérapeutique. Des travaux récents révèlent l’importance des récepteurs aux neurotrophines TrkB et TrkC dans la survie et la croissance des CSC de GBM. Nos travaux préliminaires dans le cancer bronchique démontrent que les récepteurs aux neurotrophines sont transférés aux cellules du microenvironnement via les exosomes afin de les contrôler. Cependant, le mécanisme de diffusion de récepteurs oncogéniques à partir de CSC n’a jamais été étudié. Notre objectif principal était donc de déterminer l’implication des récepteurs des neurotrophines dans le transfert du phénotype agressif des CSC vers les cellules du microenvironnement afin de favoriser la résistance thérapeutique du glioblastome. Nos résultats ont permis d’établir un lien entre le stade de différenciation des cellules tumorales, l’expression des neurotrophines et leur interaction avec le microenvironnement tumoral via les exosomes. Le transfert de TrkB au sein des exosomes joue un rôle clé dans la progression tumorale du GBM et dans l’agressivité cellulaire. Néanmoins, le transfert des récepteurs aux neurotrophines via les exosomes pourrait également être impliqué dans les mécanismes de radiorésistance. Des études menées sur des cellules de GBM humain irradiées et traitées par des exosomes démontrent l’implication de ces derniers dans l’échappement thérapeutique. Parmi les cellules du microenvironnement ciblées par les exosomes, les CSM sont celles qui ont été les moins étudiées bien qu’elles possèdent un tropisme spécifique pour le GBM. Nos travaux démontrent que les exosomes de GBM modifient le phénotype des CSM et augmentent leurs capacités prolifératives et migratoires. La fonction exacte du transfert des récepteurs des neurotrophines devra être analysée dans ces différents modèles afin de préciser son importance dans la physiopathologie du glioblastome et sa progression. L’expression des récepteurs aux neurotrophines dans ces exosomes permet d’envisager leur utilisation en tant que biomarqueurs diagnostiques et/ou pronostiques dans le GBM. Mots clés : Glioblastomes, cellules souches cancéreuses, neurotrophines, TrkB, radiothérapie, cellules souches mésenchymateuses, exosomes. / Glioblastoma are tumors derived from astrocytes with a dark prognosis. Current therapies fail to inhibit relapses due to radioresistant properties of cancer stem cells (CSC). Communication between CSC and their microenvironment is required for maintain “stem cells niche” and cell survival . The transfer of materials between CSC, tumor cells and microenvironment contributes to therapeutic resistance. In glioma, recent studies reveal the major role of TrkB and TrkC in survival of CSC. Our previous work, in lung cancer, have shown that neurotrophin receptors exhibits a control on microenvironment cells and angiogenesis through exosome transfer. However, similar mechanism of oncogenic receptor transfer from CSC has never been studied. Our main goal was to determine the involvement of neurotrophin receptors in the transfer of biological aggressiveness to microenvironment cells in order to promote therapeutic resistance in glioblastoma. Our findings suggest a relationship between cell differentiation status, expression of neurotrophin receptors and their interaction with the microenvironment through exosomes. TrkB-containing exosomes play a key role in the control of glioblastoma progression and cell aggressiveness. Mechanisms of radioresistance might also be dependent of the transfer of neurotrophin receptors through exosomes. Indeed, our results on irradiated human GBM cells and treated by exosomes demonstrate the involvement of exosome in radioresistance mechanisms. Although mesenchymal stem cells (MSCs) are considered as stromal components of glioblastoma, their communication with CSC, particularly through exosomes, remain largely undefined. Our results show that GBM-derived exosomes modify the phenotype of MSCs and increase their proliferative and migratory abilities. The putative function of neurotrophin receptors transfer should be analyzed in these models to determine their prime role in glioblastoma pathogenesis and progression. This finding suggest that the neurotrophin receptor expression in exosomes could be used as diagnostis and prognosis biomarkers of GBM.

Le myélome multiple (MM) est une hémopathie maligne de la lignée B qui se manifeste par <p>une accumulation de plasmocytes monoclonaux dans la moelle osseuse. Le MM se caractérise par <p>la nature inéluctable de ses rechutes de plus en plus réfractaires au traitement. Au sein de la moelle <p>osseuse, les cellules malignes interagissent avec leur microenvironnement notamment composé de <p>cellules stromales mésenchymateuses (CSM). Les CSM apportent un soutien aux cellules <p>plasmocytaires (PC) malignes via des interactions cellulaires directes (VLA-4, VCAM-1, CD44,…) <p>ou par la production de cytokines (IL-6, SDF1, VEGF,…). De ces interactions résulte l’apparition <p>d’altérations constitutives au sein des MM-CSM telles qu’une production réduite de dépôts de <p>calcium et une augmentation de la sécrétion de nombreux facteurs (IL-6, GDF-15, etc.). <p>L’objectif de ce travail est de mieux caractériser les anomalies constitutives (génomiques, <p>prolifératives, immunomodulatrices, etc.) des MM-CSM et d'évaluer l’impact des traitements reçus <p>par les patients sur ces anomalies. Ces analyses permettront de mieux définir le rôle des CSM dans <p>la physiopathologie et la progression de la maladie afin de mettre en évidence d’éventuelles cibles <p>thérapeutiques.<p>Compte tenu de l’altération de nombreux acteurs du cycle cellulaire mise en évidence par <p>notre analyse du profil d’expression génique des MM-CSM après comparaison avec celui des CSM <p>de donneurs sains (DS-CSM), nous avons décidé d’étudier leurs capacités prolifératives. Nos <p>observations démontrent que a) les MM-CSM sont caractérisées par une réduction de leur <p>clonogénicité et par un temps de doublement plus important par rapport aux DS-CSM b) l’entrée <p>précoce des MM-CSM en sénescence est confirmée par l'augmentation drastique du nombre de <p>cellules exprimant la « senescence-associated β-galactosidase », par l’augmentation de la taille <p>cellulaire, par l’expression spécifique de membres du « senescence-associated secretory profile » <p>(SASP) et par la surexpression de TP53 et TP21, deux facteurs importants du cycle cellulaire et de <p>la sénescence c) l’ostéoblastogenèse des MM-CSM est altérée en raison de ce processus de <p>sénescence, à savoir, une réduction de la production de calcium et une hausse précoce de l’activité<p>de la phosphatase alcaline des MM-CSM par rapport aux DS-CSM d) l’activité de support à <p>l’hématopoïèse des MM-CSM est augmentée (« increased Blast-Colony Forming Cells and LongTerm Culture Initiating Cells »). <p>Dans la seconde partie de ce travail, on s’est intéressée plus particulièrement aux capacités <p>immunomodulatrices des MM-CSM. Nous avons observé, par réaction mixte lymphocytaire et <p>stimulation mitogénique (PHA/IL-2), a) une réduction de l’inhibition de la prolifération des <p>lymphocytes T activés en présence de MM-CSM par rapport aux DS-CSM b) une inversion du ratio <p>Th17/Treg lorsque des lymphocytes T activés sont cultivés en présence de MM-CSM par rapport <p>aux DS-CSM ;les mécanismes potentiellement impliqués dans ces altérations ont été investigués c)<p>les MM-CSM présentaient une expression anormale du CD40/40L, VCAM1, ICAM-1, LFA-3 <p>HLA-DR et HLA-ABC et des taux d’IL-6 et d’IL-10 altérés ont été mesuré dans le milieu de <p>culture lorsque les lymphocytes T activés étaient cultivés en présence de MM-CSM par rapport aux <p>DS-CSM. <p>Nos résultats suggèrent que les MM-CSM entrent précocement en sénescence avec de <p>profondes altérations de leurs propriétés biologiques et notamment leur capacités <p>d'immunomodulation et de différenciation ostéogénique. Nous concluons que l’entrée en <p>sénescence des MM-CSM pourrait être à l’origine d’une altération du microenvironnement tumoral <p>qui favoriserait rechutes et résistances aux traitements. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Extracellular nucleotides act as local intercellular messengers. In response to various stimuli, nucleotides can be released from the cytosol of damaged cells, exocytosis vesicles and efflux through membrane channel. In the extracellular fluids, nucleotides are rapidely degraded by ecto-nucleotidases, such as CD39,CD39L1 and CD73. Extracellular nucleotides activate the P2 receptor family .This family of receptors can be divided into 2 groups: P2X1-7R ( ionotropic receptors) and P2YR ( G protein-coupled receptors). Nowadays, there are eight accepted human P2Y receptors: P2Y1,2,4,6,11,12,13,14.<p>To determine the physiological roles of P2Y receptor family, our laboratory generated different strains of P2Y knockout mice (P2Y4 ,6 and 13). In collaboration with A. Gartland ,I. And Arnett TR Orriss ( Sheffield and London University) ,it has been observed that the P2Y13R-/- mice exhibit an impaired bone tissue metabolism that leads to a reduction in the volume of the femoral trabecular bone and the number of trabeculae. This phenotype is correlated with the decrease in the number of osteoblasts at the endo-cortical bone surface .<p>We therefore examined whether P2Y13 R activation was involved in the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs). In the first part of our work we have shown that :<p>Induction of the MSCs differentiation is associated with the release of ATP and its conversion to ADP (agonist of the P2Y13R). ATP release probably involves the pannexine1 while the conversion of ATP into ADP is probably due to the activity of the ecto-nucleotidase CD39L1.<p>ADP stimulation of P2Y13 R+/+ (but not P2Y13 R-/-) adherent bone marrow stromal cells (BMSC) increased significantly the formation of alkaline phosphatase-colony forming units (CFU-ALP), as well as the expression of osteoblastic genes such as Osterix involved in the maturation of pre-osteoblasts into osteoblasts. The number of CFU-ALP obtained from P2Y13 R-/- BMSC and the level of osteoblastic gene expression after osteogenic stimulation were also strongly reduced compared to those obtained in wild-type cell cultures. In contrast, when P2Y13 R-/- BMSCs were incubated in an adipogenic medium, the number of adipocytes generated and the level of adipogenic gene expression (PPARγ2 and Adipsin) were higher than those obtained in P2Y13 R+/+ MSC. We also observed a significant increase of the number of bone marrow adipocytes in tibia of P2Y13 R-/- mice. <p>The P2ry12 gene deletion (also activated by ADP) also affects the ability of BMSCs to differentiate into osteoblasts but stimulates adipogenic differentiation.<p>In a second part of our work ,we have shown that the pro- osteogenic action of P2Y13R is indirect. Indeed ,this receptor is not expressed by MSCs but by adherent myeloid cells present in the bone marrow cell cultures (characterized by the expression of CD11b and CD45 markers) .In addition, we observed that following receptor activation by ADP ,these myeloid cells produce BMP2 factor.<p>We therefor propose that the stimulation of MSCs differentiation induces CD45- adherent cells to release ATP that is converted into ADP, most probably by the up-regulated CD39L1 ectonucleotidase. This ADP stimulates P2Y12R and P2Y13R expressed by CD45+/CD11b+ myeloid cells leading to the release of the osteogenic factor BMP2. This cytokine favours the maturation of pre-osteoblasts into osteoblasts and concomitantly inhibits the maturation of pre-adipocytes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La pulpe dentaire est sujette à des lésions sévères faisant suite à une carie dentaire ou à un traumatisme. La thérapeutique conventionnelle préconisée alors est le traitement endodontique, qui consiste en l’exérèse de la totalité de la pulpe dentaire et le comblement de l’espace pulpaire par un matériau inerte. Ce traitement induit une fragilisation de la dent et une plus grande susceptibilité aux infections. Au cours de ce travail, nous avons mis au point une solution alternative, en proposant le remplacement de la pulpe dentaire lésée par une « pulpe équivalente » constituée de cellules souches mésenchymateuses de la pulpe ensemencées dans une matrice de collagène. Nous avons testé ce substitut pulpaire au travers d’un modèle de pulpotomie de la molaire chez le rat, à savoir l’exérèse de la totalité du parenchyme de la chambre pulpaire et conservation du réseau vasculaire radiculaire, où nous avons implanté des « pulpes équivalentes ». Notre objectif étant notamment de déterminer le devenir des cellules souches pulpaires implantées dans la dent grâce à l’imagerie nucléaire, dans ce contexte de développement d’une thérapie cellulaire. Les cellules ont été marquées à l’111Indium-oxine préalablement à leur implantation. Nous avons montré que le marquage n'avait pas d'incidence sur la viabilité et la prolifération des cellules pulpaires. Le suivi du signal s’est fait par tomographie d'émission monophotonique, couplée à un scanner spécifique du petit animal (NanoSPECT/CT, Bioscan), hebdomadairement pendant 3 semaines. Nous avons mis en évidence que l'intensité du signal SPECT était directement liée à l'intégrité des cellules, puisque que les matrices implantées avec des cellules marquées puis lysées par choc isotonique présentaient une diminution rapide de l’intensité du marquage. Grâce à la sensibilité de la méthode d’imagerie choisie, nous avons montré l’absence de diffusion majeure des cellules dans la circulation sanguine à partir du site d'implantation, ce qui pourrait constituer un risque de minéralisation ectopique lié à l’implantation de cellules souches mésenchymateuses. Par ailleurs, l’étude par histologie des processus de réparation et régénération de la pulpe dans les dents de rat a mis en évidence une prolifération abondante de cellules de type fibroblastique au sein des matrices, ainsi que la présence de nombreux vaisseaux et de nerfs dans la matrice cellularisée et à proximité. Ces résultats, non observés dans les matrices implantées avec des cellules lysées, suggéraient donc une fonctionnalité du tissu reconstruit et suggéraient que les cellules pulpaires implantées favorisaient une néovascularisation rapide de la pulpe équivalente, vraisemblablement en induisant un recrutement de cellules endothéliales à partir du réseau vasculaire radiculaire résiduel. / The dental pulp is prone to severe injuries following a tooth decay or trauma. Conventional recommended therapy is the endodontic treatment, which consists in the removal of all of the dental pulp and filling of the pulp space with an inert material. This treatment leads to a weakening of the tooth and a greater susceptibility to infection.In this work, we have developed an alternative solution, proposing the replacement of the injuried dental pulp by an " pulp equivalent " consisting of mesenchymal stem cells from the pulp seeded in a collagen matrix . We tested this pulp substitut through a model of the molar pulpotomy in rats, ie. the removal of the entire parenchyma of the pulp chamber and preservation of the root vascular network and implantation of the pulp equivalent. Our aim was to determine the fate of pulp stem cells implanted in the tooth by nuclear imaging in the context of developing a cell therapy. The cells were labeled with 111Indium - oxine prior to their implantation. We have shown that the labelling had no effect on the viability and proliferation of pulp cells. The signal tracking was done by single photon emission tomography , coupled with a specific small animal scanner ( NanoSPECT / CT , Bioscan ) weekly for 3 weeks. We demonstrated that the intensity of SPECT signal was directly related to the integrity of the cells, since the lysed labeled cells by isotonic shock showed a rapid decrease in the intensity of labeling . Due to the sensitivity of the chosen imaging method , we have shown the absence of major diffusion cells into the bloodstream from the site of implantation, which could result in a risk of ectopic mineralization related to the implementation of mesenchymal stem cells.Furthermore, the study by histology repair processes and regeneration of the pulp in teeth rat showed abundant proliferation of fibroblast-like cells within the matrix , and the presence of numerous vessels and nerves in matrix cellularized. These results , not observed in the matrices implanted with lysed cells, thus suggesting a feature of the reconstructed tissue and suggested that the pulp cells implanted favored a rapid neovascularization equivalent pulp, presumably by inducing the recruitment of endothelial cells from the residual root vascular network.

Le sujet de ce travail de thèse a concerné l'analyse de l’immunogénicité de progéniteurs cardiaques issus de cellules souches embryonnaires humaines. Le but a été double. D’une part, comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent cette immunogénicité et, d’autre part, mettre en place des stratégies d’immuno-intervention permettant de la surmonter.Le travail a comporté deux volets, l’un in vitro et l’autre in vivo utilisant des modèles expérimentaux murins. Les analyses in vitro, ont utilisé une méthode de culture lymphocytaire mixte où des progéniteurs cardiaques humains ont été mis en culture avec des lymphocytes allogéniques. Les résultats ont montré que les progéniteurs cardiaques sont effectivement immunogènes et que la réponse immunitaire qu’ils suscitent peut-être modulée efficacement par des cellules mésenchymateuses dérivées du tissu adipeux. De plus, nous avons confirmé l’expression des molécules d’histocompatibilité de classe I à la surface de progéniteurs cardiaques, une expression qui semble modulée au cours de la culture.Les modèles in vivo que nous avons utilisés ont consisté en l’implantation de corps embryoïdes et des progéniteurs cardiaques de souris dans un contexte allogénique. Divers sites d’implantation ont été utilisés (myocarde, capsule rénale, muscle gastrocnemius) chez des souris immunocompétentes. Les résultats ont montré qu’à la fois les corps embryoïdes et les progéniteurs cardiaques sont rejetés chez les receveurs immunocompétents non traités, avec une cinétique différente en fonction du site d’implantation. Par ailleurs, l’utilisation d’un traitement par anticorps anti-CD3, appliqué à différents temps suivant l’implantation nous a permis de prolonger la survie des cellules implantées en induisant, en fonction de la fenêtre thérapeutique, soit une immunosuppression soit une tolérance immunitaire. / The present work concerned the analysis of the immunogenicity of cardiac progenitors derived from human embryonic stem cells. Our aim was to understand the cellular and molecular mechanisms which underlie this immunogenicity and to surmount it by setting up strategies of immune-intervention. The study consisted in two major components, one in vitro and the other in vivo using experimental mice models. The in vitro analyses were assessed by the mixed leukocyte reaction method, where human cardiac progenitors were cultured with allogeneic lymphocytes. The results showed that the cardiac progenitors are indeed immunogenic and that the immune response that they induce could be modulated by mesenchymal stromal cells derived from adipose tissue. Moreover, we confirmed the expression of class I histocompatibility molecules on the surface of cardiac progenitors, an expression which seems modulated during the culture. The in vivo models that we used consisted of the grafting of embryoïdes bodies and cardiac progenitors derived from mouse embryonic stem cells in an allogeneic context. Cells were grafted in different sites of immunocompetent mice (myocardium, renal capsule, muscle gastrocnemius). The results showed highlighted that at the same time both embryoïdes bodies and cardiac progenitors are rejected among untreated immunocompetents hosts, whereas their survival is extended by anti-CD3 treatments, In addition, anti-CD3 treatment prolongs the survival of grafted cells, either by immunosuppression or by inducing immune tolerance according to the timing when it is applied.

Les deux formes d'inflammation pulmonaire en réanimation sont la pneumonie et le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA). Nous avons conçu un test diagnostique rapide basé sur l'autofluorescence des neutrophiles alvéolaires. S'appuyant sur une étude expérimentale, puis sur une étude clinique randomisée, nous avons montré que les sondes d'intubation avec ballonnets coniques diminuaient les micro-inhalations sans prévenir l'incidence des pneumonies post-opératoire. Une grande variabilité des pressions des ballonnets coniques pose la question de leur effet délétère. La thérapie cellulaire basée sur les cellules souches mésenchymateuses (CSM) est prometteuse. L'étude des effets thérapeutiques des vésicules extracellulaires issues de CSM (VE-CSM) constitue un nouvel axe de recherche. Dans 2 modèles murins de SDRA, puis dans un modèle de poumons humains ex vivo, nous avons démontré des effets thérapeutiques des VE-CSM. Nous avons ensuite étudié les lymphocytes T régulateurs (Treg) pulmonaires et systémiques dans le SDRA. Cette étude a montré un déficit quantitatif plutôt que fonctionnel de la population Treg pulmonaire dans le SDRA, avec une cinétique évoquant un recrutement des Treg circulants vers le compartiment pulmonaire au cours de la maladie. En conclusion, nos travaux ont développé de nouvelles stratégies diagnostiques et préventives des pneumonies de réanimation, afin de réduire leur impact en termes de morbi-mortalité. Les bénéfices thérapeutiques des CSM et des VE-CSM dans le SDRA expérimental, ainsi que l'altération du phénotype Treg observé chez nos patients, ouvrent de nouveaux champs de recherche vers le développement d'immunothérapies innovantes. / Pneumonia and acute respiratory distress syndrome (ARDS) are two facets of severe acute lunginflammation, often met in intensive care unit (ICU). Rapid diagnosis of pneumonia remains essential inorder to optimize their management. We worked on setting up a quick test diagnosis based on theintensity of alveolar neutrophils autofluorescence. The validation of this test in a multicenter cohort isunderway. Preventing microaspiration across the cuff remains a priority to prevent pneumonia inmechanically ventilated patients. Based on the results of an ex vivo study followed by a clinicalrandomized trial, we showed that tapered-cuff endotracheal tube prevented microaspiration in the exvivo model, without lowering intraoperative microaspirations and postoperative pneumonia rate aftermajor vascular surgery. Both studies yielded similar results concerning the higher variation of cuffpressureover time, which leads to the question of their safety of use in terms of potential resultingtracheal wall ischemia.Pneumonia represents 80% of the cause of ARDS, which can be viewed as lung uncontrolledinflammatory response. Cell-based therapy using mesenchymal stem cells (MSC) is a growing field ofresearch in ARDS therapy. Despite numerous beneficial effects in ARDS, their capacity of self-renewalpoints them out as a potential cancer inducer in the mid-long term. In this context, evaluating thetherapeutic effects of extracellular vesicles-released from MSC (EV-MSC) represents a novel approach.We showed therapeutic effects of EC-CSM in two murine model of ARDS induced by endotoxin or liveEscherichia coli bacteria, and in another ex vivo human lung preparation.We then focused our research on temporal and compartmental dynamics of regulatory T cells(Treg) phenotypes in ARDS patients. This prospective observational clinical study showed that Early ARDSwas characterized with an alveolar compartment fully polarized towards pro-inflammatory state andneutrophils chemotaxis. In lung compartment, and compared to control patients, ARDS patients showeda quantitative Tregs deficiency, which partially recovered over time, while activation markers wereoverexpressed in both Tregs and effectors T cells (Teff). Conversely, patients with ARDS had a higherproportion of systemic Tregs compared to controls. Significant increased proportion in circulating Th1,Th22, and ILC1 subsets, and decreased proportion in ILC3 subsets were also found in ARDS patientscompared to controls.In conclusion, we developed novel strategies to diagnose and prevent pneumonia in ICU, whichremains essential to improve patients’ outcomes. Therapeutic effects of MSC and EV-MSC, as well asTreg phenotype alterations pave the way for development of novel immunoregulatory therapies.

L'interleukine-17A (IL-17A) et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) sont des cytokines pro-inflammatoires impliquées dans la pathogénèse de plusieurs maladies articulaires. Au cours de la polyarthrite rhumatoïde (PR), une augmentation de la destruction osseuse ainsi qu'un defaut de réparation sont responsables des dommages articulaires. Cependant au cours de la spondylarthrite ankylosante (AS), une importante ossification ectopique est observée, conduisant à la formation de syndesmophytes, associé à une perte de la masse osseuse systémique. Récemment, l'étude de ces cytokines a conduit à la publication de résultats contradictoires. Notre objectif a donc été d'étudier l'effet de ces deux cytokines sur la différenciation ostéogénique de cellules souches mésenchymateuses humaines isolées (hMSCs) et de fibroblastes de la membrane synoviale (FLS). Tous les modèles de cellules utilisés, ont démontré que l'IL-17A et le TNF-α augmentent de manière synergique l'ostéogénèse. Ceci semble se rapprocher du modèle de l'AS où une formation d'os ectopique est observée dans laquelle l'IL-17A et le TNF-α jouent un rôle majeur. En parallèle, ces deux cytokines stimulent localement les ostéoclastes, entraînant une perte de masse osseuse observée à la fois dans la PR et dans l'ostéoporose. Cibler simultanément l'IL-17A et le TNF-α pourrait conduire à une diminution de l'infiltration de cellules et de la destruction articulaire observée dans la PR et pourrait ainsi réduire les effets des FLS PR sur l'activation de l'ostéoclastogénèse / Interleukin-17A (IL-17A) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) are pro-inflammatory cytokines involved in the pathogenesis of several arthritic diseases. In rheumatoid arthritis (RA), joint damage is a result of an increase in bone destruction and a decrease in bone repair. In contrast, in ankylosing spondylitis (AS), a bone mass loss accompanied by a significant ectopic ossification is observed leading to the formation of syndesmophytes. Recent studies led to contradictory findings regarding the role of IL-17A and TNF-α in arthritic disease. Therefore, our objective was to study the effect of these two cytokines on the osteogenic differentiation of isolated human mesenchymal stem cells (hMSCs) and fibroblasts of the synovial membrane (FLS). In all the cell models used, we demonstrated that Il-17A and TNF α synergistically increase osteogenesis. This seems to approach the model of AS where ectopic bone formation is observed and in which IL-17A and TNF-α both are involved. These cytokines stimulate osteoclasts locally resulting in loss of bone mass observed in both RA and osteoporosis. Thus, targeting IL-17A and TNF-α could lead to a decrease in cell infiltration and joint destruction which is observed in RA and may reduce the effects of RA FLS on the activation of osteoclastogenesis

Les matériaux poreux représentent une solution idéale en ingénierie tissulaire car leur structure peut offrir un environnement tridimensionnel aux cellules similaire à leur matrice extracellulaire tout en maintenant de bonnes propriétés mécaniques. Une première partie de cette thèse consiste à développer des matériaux poreux en polyuréthane (PU), dont l’architecture est contrôlée pour favoriser au mieux la survie et la croissance des cellules. Ces matériaux sont combinés à des traitements de surface (revêtement de polydopamine (PDA) et traitement plasma) pour augmenter notamment l’adhésion des cellules. Nous avons pu démontrer que le diamètre des interconnexions (i.e. l’ouverture connectant deux pores adjacents) impacte profondément la survie et l’organisation des cellules à long terme dans le matériau. Le revêtement de PDA s’est révélé efficace pour des cellules de type fibroblaste, alors que le traitement plasma favorise la colonisation des cellules souches mésenchymateuses (MSCs). Par ailleurs, nous avons étudié l’influence de la formulation du PU sur les capacités d’adhésion des cellules au matériau. Nous avons démontré que pour un ratio donné entre les réactifs, l’adhésion des cellules peut être exclue ou permise. Finalement, nous avons mis un gel de peptides auto-assemblés dans les pores du matériau pour fournir aux cellules un environnement similaire à leur matrice extracellulaire. Nous avons pu montrer que le gel permet d’augmenter la prolifération des MSCs. / Porous materials are an ideal solution in tissue engineering since they can provide a three-dimensional environment to the cells that is close to their extracellular matrix while keeping suitable mechanical properties. In the first part of this Thesis we develop porous materials made from polyurethane (PU) whose architecture is controlled to allow cells colonisation and growth. These materials are subsequently surface-treated (polydopamine (PDA) coating and plasma treatment) to enhance the adhesion of the cells. We were able to show that the interconnection diameter (i.e. the aperture connecting two adjacent pores) has an important impact on the long-term cell survival and organization in the material. Polydopamine coating was shown to be efficient for fibroblasts, whereas plasma treatment promoted mesenchymal stem cells (MSCs) colonisation. Besides, we also studied the influence of the PU formulation on the adhesion capacity of the cells. We demonstrated that at a given ratio between the reactants, cell adhesion could be allowed or prevented. Finally, we put a hydrogel of self-assembled peptides inside the pores of the material to provide an environment close to the extracellular matrix for the cells. We could show that the gel increases the proliferation ability of MSCs. In summary, this Thesis puts forward the important interplay between material properties and morphology of porous scaffolds.

Les champs électriques pulsés sont largement utilisés dans la recherche, la médecine, l'industrie alimentaire et d'autres procédés biotechnologiques. L'interaction d'une impulsion de 100 µs avec la membrane plasmique et la membrane du réticulum endoplasmique a été évaluée dans deux types cellulaires différents. La perméabilisation des organites cellulaires avec ce type d'impulsions est démontrée expérimentalement pour la première fois. L'utilisation d'une telle impulsion afin de contrôler les oscillations calciques spontanées dans les cellules souches mésenchymateuses humaines issues du tissu adipeux a été évaluée. En créant des pics calciques électro-induits d’amplitudes différentes, l'impulsion peut ou bien induire un pic calcique supplémentaire ou bien inhiber les oscillations spontanées pour quelques dizaines de minutes. Cette inhibition rend possible d’imposer à la cellule des pics d’amplitude et de fréquence désirés. Un essai d’application de l'impulsion 100 µs à des cellules souches subissant une différenciation osseuse a aussi été réalisé. Une impulsion électrique semble retarder la différenciation. Lors d'une différenciation osseuse, plusieurs couches cellulaires ont été observées. La caractérisation de ces couches a donné des résultats qui pourraient aider à obtenir des ostéoblastes matures dans un temps moindre que la normale. L'utilisation des champs électriques pulsés microsecondes, pour perméabiliser la membrane plasmique et les membranes internes des cellules, ainsi que pour moduler les concentrations du calcium intracellulaire, semble donc très intéressante pour étudier le rôle du calcium dans de nombreux processus physiologiques et pour manipuler les dynamiques calciques (oscillations, vagues, pics) dans différents types de cellules. Ainsi, cette technologie simple, facile à appliquer et disponible dans beaucoup de laboratoires serait envisageable pour la modulation et le contrôle de fonctions cellulaires basiques telles que la prolifération, la différenciation et l'apoptose. / Pulsed electric fields are widely used in research, medicine, food industry and other biotechnological processes. The interaction of one 100 µs pulse with the plasma membrane and the endoplasmic reticulum membrane was evaluated in two different cell types. Pulse amplitude ranged between 100 and 3 000 V/cm. Organelles membrane permeabilization using this kind of pulses was experimentally demonstrated for the first time. The use of such a pulse to control the spontaneous calcium oscillations in human-adipose mesenchymal stem cells was also assessed. By creating electro-induced calcium spikes of different amplitudes, the pulse can either add a supplementary spike, or, on the contrary, inhibit the spontaneous oscillations for some tens of minutes. During this inhibition period, the electric pulse-mediated addition of calcium spikes of desired amplitude and frequency is still possible. The delivery of 100 µs pulses to stem cells undergoing osteodifferentiation was also performed. The electric pulse seemed to delay the differentiation. Moreover, during osteogenic differentiation, cells cultures displayed an organization in a few cell layers. The characterization of these layers gave results that may help to obtain mature osteoblast in less time than usual one. The use of the microsecond electric pulses technology to permeabilize the plasma and the internal cell membranes as well as to modulate internal calcium concentrations is therefore interesting to study the role of calcium in many physiological processes and to manipulate the cell calcium dynamics (oscillations, waves, spikes) in different cell types. Doing so, this available, simple and easy to apply technology could be used for the modulation and the control of basic cellular functions such as proliferation, differentiation and apoptosis.