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Cytomegalovirus (CMV) is a member of the Herpesviridae family and is known to infect people of all ages. In most cases, CMV infection is asymptomatic, and the virus is cleared from the host without showing any significant symptoms. However, 1 out of 200 babies are born with congenital CMV infection, which affects multiple organs, including the brain, liver, spleen, lung, and inner ear. One long-term health problem in 1 out 5 babies born with congenital CMV infection is hearing loss. The progression of CMV-associated hearing loss in the first two years of life may lead to developmental delays in language, learning, and communication. Currently, for serological testing of CMV in patients older than 12 months, real-time polymerase chain reaction (rtPCR) is used. Although the rtPCR method quantitatively detects the CMV, this method is expensive and needs highly skilled technicians to perform the assay. Therefore, there is a need for a cost-effective, simple, and rapid diagnostic tool that can help detect CMV in newborn babies and prevent CMV-mediated pathology in pediatric as well as in future adult conditions. In recent scientific studies, gold nanoparticles (AuNP) of 100 nm, 40 nm, and 15 nm sizes have shown promising results in detecting various viruses. In our study, we developed an AuNP-based colorimetric assay for detecting CMV in pediatric-derived urine samples. For comparison purposes, the pediatric urine samples were screened through quantitative PCR (qPCR) for positive and negative CMV determination. In our assay, we explored the ability of different-sized nanoparticles to detect CMV in pediatric urine samples. Using purified CMV virions as a positive control, we have shown that AuNP can effectively detect the presence of CMV in pediatric urine samples. Therefore, this colorimetric assay may be a basis for a useful diagnostic tool for detecting CMV in newborn babies. It is a rapid and non-invasive high-throughput assay for screening for the presence of CMV at the point of care and may help provide better therapeutic outcomes for pediatric patients.

L’infection par le cytomégalovirus (CMV) au cours de la grossesse est fréquente et représente la première cause de pathologie neurodéveloppementale. En dépit de cette importance médicale, il n’existe à ce jour aucun traitement préventif ou curatif satisfaisant, et les mécanismes physiopathologiques mis en jeu, en particulier au niveau du cerveau foetal, restent mal connus. Des découvertes récentes sur les modèles murins d’infection cérébrale par le CMV, principalement réalisées pendant la période néonatale, ont apporté des données convergentes sur la physiopathologie de ces infections cérébrales ; notamment, le rôle joué par les cellules immunitaires périphériques dans la résolution de l’infection, et l’implication du système immunitaire cérébral (SIC) au cours du processus infectieux. Afin de compléter et préciser les résultats précédemment obtenus dans différents modèles murins, et de comprendre le rôle joué par le SIC, le premier objectif de ma thèse a consisté à mettre au point et à caractériser un nouveau modèle d’infection cérébrale par le CMV au cours du développement in utero chez le rat. Dans l'ensemble, nos résultats confirment l'altération du SIC au cours de l'infection par le CMV du cerveau en développement, et suggèrent fortement, dans ce modèle, un rôle majeur joué par le système microglie/macrophage dans l'émergence de troubles neurologiques semblables à ceux observés dans la pathologie humaine correspondante. / Cytomegalovirus (CMV) infection during pregnancy is the leading cause of neurodevelopmental disorders (polymicrogyria, microcephaly) and may lead to severe sensorineural consequences (deafness, epilepsy, cerebral palsy and hearing loss). Despite this medical importance, no preventive or curative treatment is satisfactory to date, and the pathophysiological mechanisms, notably in the fetal brain, remain poorly understood. Recent findings in murine brain CMV infection, mostly in neonatal models, have brought converging insights into the pathogenesis of these infections; the possible role played by peripheral immune cells against infection and the involvement of the brain immune system (BIS) have been proposed. The actual roles of BIS during in utero infection, and more specifically that of microglial cells and macrophages, remain unclear. In order to expand and precise the data previously obtained in the murine models, and to clarify the role of BIS, the first objective of my thesis was to design and to characterize a novel model of CMV infection during the fetal development of the rat brain. Overall, our datas confirm the altered state of BIS as a consequence of CMV infection of the developing brain, and strongly suggest, in the rat model studied here, that the microglia/macrophages system plays critical role in the pathogenesis of neurological manifestations similar to those classically seen after human congenital CMV infection.

L’infection congénitale à CMV est la première cause de retard psychomoteur et de surdité, toutes causes confondues. En France, la prévalence de l’infection congénitale à CMV en France est estimée entre 0,6 et 0,7%. Parmi les enfants présentant une infection symptomatique, 10-20% des nourrissons font une forme sévère et décèdent, et 50 à 60% développent des lésions cérébrales avec un handicap neurologique parfois lourd consécutif à une microcéphalie, des calcifications intracrâniennes, des dilatations ventriculaires ou des convulsions. Certains parmi ceux-ci développeront aussi des séquelles neurosensorielles consécutives à une atteinte visuelle, auditive ou vestibulaire. La première partie de ce travail permet de décrire l’histoire et la physiopathologie des lésions de l’oreille interne chez l’homme. Les lésions de l’oreille interne sont évaluées chez 6 fœtus ayant une infection congénitale à CMV, âgés de 21 à 35 semaines d’aménorrhée, et corrélées aux atteintes centrales et viscérales. Dans la cochlée, les lésions prédominent au niveau de la strie vasculaire alors que l’infection est moins fréquente au niveau des cellules de l’organe de Corti. Les lésions vestibulaires sont plus florides que les lésions cochléaires et prédominent au sein de l’épithélium non sensoriel, en particulier des cellules sombres du saccule et de l’utricule, et de l’épithélium des canaux semi-circulaires. Ces lésions du compartiment endolymphatique de l’oreille interne pourraient être responsables d’une altération de la sécrétion du potassium et ainsi d’une modification de l’homéostasie de la cochlée et du vestibule par atteinte de la strie vasculaire et des cellules sombres. Secondairement, cela pourrait être responsable d’une dégénérescence de l’organe de Corti et des organes sensoriels vestibulaires. La survenue de la surdité neurosensorielle et de l’atteinte vestibulaire dépend très certainement de la durée et de l’intensité de l’infection virale et de l’inflammation. La deuxième partie de ce travail analyse les atteintes du système nerveux central qui n'ont pas fait l'objet d'étude détaillée. Nous avons sélectionné 9 fœtus de 23 SA à 38 SA dont la gestation a été interrompue devant une suspicion d’infection congénitale par le CMV. Ils ont été étudiés sur le plan foetopathologique standard, neuropathologiques, immunohistochimiques et morphométriques. La réplication virale productive prédomine dans le cortex et dans la région périventriculaire. Le virus infecte préférentiellement les cellules GFAP-positive et nestine-positive, mais aussi à un moindre degré les neurones, les cellules endothéliales et la microglie. La réaction immune microgliale et cellulaire cytotoxique semble insuffisante pour contrer l’importance de la dissémination virale suggérant son immaturité. Les malformations corticales sont de mécanismes variés et il existe une atteinte préalablement méconnue des bulbes olfactifs. Une troisième partie est consacrée au développement d’un modèle murin d’infection congénitale par le CMV visant à mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques d'atteintes auditives et vestibulaires et à définir les modalités thérapeutiques. Les souriceaux infectés par injection intra-amniotique de virus MCMV développent une surdité dont le profil évolutif s’apparente à la clinique humaine. Les lésions histologiques se caractérisent par des atteintes de la strie vasculaire, de l’organe de Corti et du ganglion spiral. Ces différents axes de recherche complémentaires permettent de comprendre les mécanismes centraux et périphériques participant aux handicaps neurosensoriels chez les enfants atteints d’infection congénitale par le CMV. Les études cliniques et physiopathologiques complémentaires qui en découlent permettront d'affiner les cascades lésionnelles mis en jeu et d'optimiser la prise en charge de ces enfants / Congenital CMV infection is the leading cause of mental retardation and neurosensory-hearing loss. In France, the prevalence of congenital CMV infection is estimated between 0.6 and 0.7%. Amongst the children presenting with a symptomatic infection,10-20% of newborns will have a severe manifestation and die and 50-60% will develop cerebral lesions with a neurological handicap due to microcephaly, intracranial calcifications, ventricular dilations or convulsions. Some amongst these will also develop neurosensory sequelae such as visual, auditory or vestibular lesions. The first part of this work describes the history and the physiopathology of the inner ear lesions in human. The lesions were evaluated in 6 fetuses presenting with a congenital CMV infection, aged 21 to 35 gestational weeks and correlated to central and visceral lesions. In the cochlea, the lesions predominated in the stria vascularis whereas the lesions were les frequent in the organ of Corti. The vestibular lesions were more florid than cochlear lesions and predominated in the non-sensory epithelium in particular the dark cells of the saccula and the utricule and the epithelium of the semi-circular canals. These lesions of the endolymphatic compartment may be responsible of the alteration of the potassium secretion in the inner ear and therefore a modification of the homeostasis of the cochlea and the vestibule by lesion of the stria vascularis and the dark cells. With time, this could be responsible of the degeneration of the organ of Corti and of the vestibular sensory organs. The onset of neurosensory hearing loss and vestibular disorder probably depend upon the duration and the intensity of viral infection and inflammation. The second part of this work analyses the central nervous system lesions that have seldom been detailed. We have selected 9 fetuses aged 23-28 gestational weeks whose pregnancy has been interrupted due to congenital CMV infection. Standard fetopathological examination was completed with neuropathological, immunohistochemical and morphometric assessment. Viral replication predominated in the cortex and in the periventricular zone. The virus infects preferentially GFAP positive and nestin positive cells, but also, to a lesser degree, neurons, endothelial cells and microglia. Immune microglial and cytotoxic cellular responses seem insufficient to counter the importance of the viral dissemination suggesting immaturity. Cortical malformations are due to several mechanisms and olfactory bulbs are frequently infected. The third part describes the development of a murine model for congenital CMV infection in order to better understand the physiopathological mechanisms of the auditory and vestibular lesions and to define the guidelines for management. Infected newborn mice developed neurosensory-hearing loss with characteristics similar to human deafness. Histological lesions were mainly observed in the stria vascularis, the organ of Corti and the spiral ganglia. These different complementary research axes led to a better understanding of the central and peripheral mechanisms participating in the neurosensory handicaps of children with congenital CMV infection. Further clinical and physipathogical studies will allow a more precise comprehension of the lesional cascades and a optimization of the medical management of these children