L’organisme humain présente de nombreuses constantes de régénération tissulaires et c’est cette caractéristique essentielle qui maintient l’équilibre physiologique. Toutefois, l’existence de lésions importantes provoquée par un déséquilibre interne ou externe peut empêcher l’organisme de s’auto-régénerer. Dans ce cas, l’application des biomatériaux développés pour des applications biomédicales peuvent améliorer le processus de guérison. Pour les applications en tissus durs, les biomatériaux doivent posséder des propriétés similaires aux matrices naturelles tant sur le plan biologique que physico-mécanique. Dans les applications en bioingénierie osseuse, les composites à base de collagène (Col) et d’hydroxiapatite (HA) sont devenus tellement performant qu’ils peuvent être classifiés comme des matériaux biomimétiques. Cette thèse propose la production d’une matrice 3-D poreuse à base d’HA et de Col (50:50wt%). Ce composite réticulé par le glutaraldéhyde a été caractérisé par des différentes techniques et servira de support pour la culture cellulaire. Des cellules estromales ostéoprogénitrices ont été cultivées dans un environnement statique et dynamique (deux vitesse de flux) et leurs capacités de colonisation ainsi que leurs comportements d’adhésion, de prolifération, de différentiation seront observés. A travers les résultats de diffraction de rayons X et de spectroscopie infrarouge, il est possible d’affirmer la présence dans la matrice collagène d’une phase minérale peu cristalline constituée par de l’hydroxiapatite carbonatée du type-B déficiente en calcium. La viabilité cellulaire a été fortement influencée par les systèmes de culture au cours des 21 jours. Les résultats du système dynamique en haute vitesse montrent une excellente capacité du composite à supporter les processus cellulaires. Les cellules sont capables d’adhérer, de proliférer et de coloniser la matrice tridimensionnelle. / The progress in Tissue Engineering area allows the development of biomaterials that mimic the properties of natural tissues. For biomedical applications in mineralized tissues, composites based on hydroxyapatite (HA) and collagen (Col) have presented good results when implanted in vivo. The aim of this work was to produce a 3-D matrix and to observe the cell behaviour when stromal cells are cultured in contact with HA-Col scaffold under static and dynamic conditions. For in vitro biological evaluation, osteoprogenitor human cells (Stro+1A cells) were grown and their colonization capacity and adhesion, proliferation and differentiation behaviour were quantified. Two perfusion flow rates (0,03ml/min and 0,3ml/min) were proposed for dynamic culture. The HA-Col composite was prepared by reorganization of Col fibrils simultaneously with HA crystal nucleation and precipitation from calcium and phosphate rich solutions. Afterwards, the composites were crosslinked and sterilized by gamma radiation. Stro+1A cells were inoculated (5x105 cells/sample) into the scaffolds and cultured over 21 days in a humid incubator at 37°C and 5% CO2. Infrared spectroscopy and X-ray diffraction results suggested a calcium-deficient hydroxyapatite as mineral phase. About cell culture, the cell number increased under higher flow rate dynamic culture. By scanning electron microscopy and histological sections, we observed cells adhered and spread inside colonized scaffolds.

Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement d'une puce à cellules multiplexée pour l'étude de réponses cellulaires parallélisées. La lignée de cellules issues de cancer de la prostate, les cellules LNCaP, ont servi de modèle d'étude grâce à leur capacité à sécréter l'antigène prostate-spécifique (PSA) et la β-2-microglobuline (B2M) en réponse à l'induction par des hormones telles que la dihydrotestostérone (DHT). Nous avons ainsi pu détecter en temps réel et sans marquage ces molécules lors de leur sécrétion par de petites populations de cellules LNCaP adhérentes (de 1 à 100 cellules) à des positions déterminées sur une biopuce SPRi. Trois approches différentes ont été envisagées pour cette biopuce. La première consistait à microtexturer la surface d'or d'un support de SPRi afin d'obtenir des micropuits dont le fond révèle la surface d'or (région cytophile) et dont l'extérieur est composé de polystyrène (cytophobe) afin de créer un contraste d'adhésion pour la culture cellulaire. Des anticorps ont pu être immobilisés de façon contrôlée dans les micropuits grâce à un automate de micro-dépôt non contact. Dans ce système miniaturisé, différentes lignées cellulaires ont pu être co-cultivées sur une surface de 1 cm², ouvrant la voie au multiplexage. Une petite population de cellules (de 1 à 100) a été déposée de façon automatisée dans chaque micropuits. Afin de maintenir les cellules dans un milieu hydraté au cours du dépôt, un polymère d'alginate biocompatible a été utilisé. Cette méthode permet l'encapsulation de cellules dans un très petit volume (< 50 nL). La capacité de cet hydrogel à maintenir les cellules encapsulées à une position donnée sur le support a conduit à la conception d'une deuxième approche pour la fabrication de la biopuce. En effet dans cette approche la surface n'est pas modifiée et les composés biologiques (anticorps et cellules) sont directement déposés de façon automatisée sur la couche d'or. Enfin une dernière approche a été développée en immobilisant cette fois-ci les cellules sur un support microtexturé placé en face de la couche sensible de SPRi. Dans les trois approches, les cinétiques de sécrétion du PSA et de la B2M sécrétées ont pu être suivies par SPRi / The work reported in this thesis focuses on the development of a multiplexed cell chip for the study of parallelized cellular responses. The lineage of cells from Prostate cancer LNCaP cells, were used as a study model thanks to their ability to secrete prostate-specific antigen (PSA) and β-2-microglobulin (B2M) in response to induction by hormones such as dihydrotestosterone (DHT). We were able to detect in real time these label-free molecules and their secretion by small populations of adherent LNCaP cells (from 1 to 100 cells) at specified positions on a SPRi biochip. Three different approaches were considered for this biochip. The first was to pattern the gold surface of a SPRi slide to obtain microwells whose bottom reveals the gold surface (cytophilic area) and an outer shell composed of polystyrene (cytophobe) to create an adhesive/non-adhesive surface for cell culture. Antibodies were immobilized in a controlled manner in the microwells using a piezo electric spotter. In this miniaturized system, different cell lines were co-cultured on a surface of 1 cm², paving the way for multiplexing. A small population of cells (1 to 100) was deposited in an automated manner into each microwell. In order to maintain the cells in a hydrated environment during deposition, a biocompatible alginate polymer was used. This method allows the encapsulation of cells in a very small volume (<50 nL). The ability of the hydrogel to maintain the encapsulated cells in a given position on the support led to the design of a second approach for the production of the biochip. In this second approach the surface is not altered and biological compounds (antibodies and cells) are directly deposited in an automated manner on the gold layer. Finally, a last approach was developed by immobilizing the cells on a patterned substrate placed in front of the sensitive layer SPRi. In all three approaches, the kinetics of PSA secretion and secreted B2M could be followed by SPRi

Résumé : A ce jour, lutilité des cyclodextrines comme adjuvant pharmaceutique nest plus à démontrer. En biologie cellulaire, la méthyl-b-cyclodextrine est un outil couramment utilisé par les expérimentateurs. La déstructuration quelle induit au niveau des microdomaines membranaires que sont les radeaux lipidiques ou les cavéoles est mise à profit pour létude des fonctions cellulaires qui y sont associées. Le but de notre recherche est détudier les interactions de différentes cyclodextrines couramment utilisées dans le domaine pharmaceutique avec les constituants des membranes liposomales ou biologiques afin de mieux comprendre les conséquences de ces interactions au niveau cellulaire. Lhypothèse dune interaction des cyclodextrines avec les constituants lipophiles des membranes cellulaires a souvent été énoncée pour expliquer la cytotoxicité de certains dérivés. Nous avons pu montrer à laide de liposomes unilamellaires utilisés comme modèles membranaires, que linteraction des cyclodextrines avec leurs constituants, en particulier le cholestérol, est en relation avec une perte de lintégrité de la membrane. Ces premières études nous ont permis de prédire quels seraient les dérivés qui induiraient la cytotoxicité la plus importante. La cytotoxicité importante de certains dérivés méthylés (D.S. proche de 2) a été corrélée avec une capacité dextraction du cholestérol cellulaire relativement élevée. A linverse, nous avons montré que les dérivés faiblement substitués extraient peu le cholestérol, ce qui permet dexpliquer la meilleure tolérance observée au niveau biologique avec la Crysmeb et lHP-b-CD. Nous nous sommes ensuite intéressés à leffet de la b-CD et de ses dérivés méthylés sur la déstructuration des microdomaines membranaires. Nous avons étudié la relation entre leur capacité de déstructuration des cavéoles et dextraction du cholestérol cellulaire. Une extraction relativement élevée du lipide induit un effet important au niveau des microdomaines voire très important dans le cas de la Dimeb, le dérivé ayant leffet le plus délétère sur lintégrité des membranes artificielles et biologiques. Un effet moins marqué a également pu être corrélé avec une extraction plus faible du cholestérol par certains dérivés (Crysmeb, Trimeb). Les taux dextraction du cholestérol cellulaire mesurés sont en bonne corrélation, mis à part pour la Trimeb et la b-CD, avec les résultats des diagrammes de solubilité. La capacité de solubilisation du cholestérol par les cyclodextrines est en accord avec les interactions plus ou moins importantes observées en RMN. Les résultats de mesure de lintégrité des membranes artificielles correspondent à ceux obtenus avec les membranes biologiques excepté pour la b-CD, cette dernière nayant pu être testée dans les mêmes conditions que les autres cyclodextrines sur les liposomes. Il est maintenant admis que les cyclodextrines pourraient avoir un intérêt thérapeutique potentiel. En effet, la modulation des taux de cholestérol par lutilisation de cyclodextrines pourrait être mise à profit pour traiter des maladies ou infections impliquant ces microdomaines membranaires. Summary : Nowadays, the usefulness of cyclodextrins as pharmaceutical adjuvants is obvious. In cell biology, methyl-b-CD is a tool commonly used by scientists. The disruption of membrane microdomains (such as lipid rafts and caveolae) caused by cyclodextrins is used to study cellular functions. The aim of this research is to study the interactions of various cyclodextrins currently used in pharmaceutical development with the components of liposomal and biological membranes for a better understanding of the consequences of these interactions at the cell level. The hypothesis of an interaction between cyclodextrins and lipophilic components of cell membranes has often been suggested to explain the cytotoxicity of some cyclodextrin derivatives. Using unilamellar liposomes as model membranes, this research has shown that the interaction between cyclodextrins and their components, especially cholesterol, is linked with a loss of membrane integrity. This preliminary study has allowed predicting which derivatives will be the most cytotoxic. The high cytotoxicity of some methylated derivatives (D.S. close to 2) has been correlated with a relatively strong extraction capacity of cell cholesterol. On the other hand, it has been shown that low substituted derivatives do not extract much cholesterol, which is in agreement with the better biological compatibility observed with Crysmeb and HP-b-CD. The research has then focused on the effect of b-CD and its methylated derivatives on membrane microdomains disruption. The relation between caveolae disruption and cell cholesterol extraction capacities has been studied. A relatively strong extraction of the lipid highly disturbs the microdomains and this effect is even more important for Dimeb, the derivative showing the highest loss of integrity of artificial and biological membranes. A less marked effect has also been correlated with the lowest cholesterol extraction capacities of some derivatives (Crysmeb, Trimeb). The measured cell cholesterol extraction rates are in good correlation, except for Trimeb and b-CD, with the results of the solubility diagrams. The cholesterol solubilisation capacity of cyclodextrins is in accordance with the intensity of the interactions observed by NMR. The effects on the integrity of artificial membranes correspond to those obtained with biological membranes except for b-CD, which was not tested on liposomes in the same conditions as those used for the other cyclodextrins. It is now agreed that cyclodextrins could have a therapeutical potential. Indeed, the modulation of cholesterol levels could be applied for treating raft-related infections and diseases.

L'optimisation des états de surface constitue un enjeu majeur pour les biomatériaux utilisés dans le domaine biomédical. Le titane (Ti) et ses alliages à base de nickel (NiTi) restent à ce jour les biomatériaux métalliques de prédilection dans nos applications cliniques en Odontologie (implants dentaires, instruments endodontiques, et arcs orthodontiques). Le but de nos recherche est d'optimiser les surfaces du Ti et NiTi en les fonctionnalisant par des films multicouches de polyélectrolytes (FMP). Notre travail propose d'étudier différents paramètres devant être impérativement validés avant d'envisager une quelconque application biomédicale in vivo avec ce type de revêtement. Une recherche bibliographique exhastive appuie notre recherche expérimentale. Le premier axe du travail propose de déterminer si des FMP peuvent effectivement s'adsorber chimiquement sur le Ti et le NiTi. qui plus est, une étude biologique est réalisée avec des cellules humaines pour tester la biocompatibilité des ces surfaces fonctionnalisées. La deuxième partie se concentre sur la biocompatibilité de la couche précurseur des FMP à base de polyéthyléneimine (PEI). Les résultats mettent en lumière une certaine cytotoxicité de la PEI envers des ostéoblastes et des fibroblastes gingivaux humain. Pour clore ce travail, nous réalisons des essais de stérilisation afin d'évaluer l'influence d'un tel procédé sur les FMP en terme de caractérisations physico-chimique et biologique des surfaces. La perspective d'une application biomédicale avec les FMP semble prometteuse, notamment en y introduisant des molécules bioactives. Cependant, bien d'autres paramètres sont encore à étudier avant d'envisager une application expérimentale et/ou clinique in vivo. Nous pouvons citer par exemple, le vieillissement des FMP, leur comportement en milieu salivaire ou fluoré, ou encore leur résistance à l'usure. Ces différents éléments rentrent dans les perspectives d'un projet post-doctoral.

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires. / Retinoic acid receptors were recently reported in the sea pansy, Renilla koellikeri, and in other anthozoans, and NO seems to play various roles in several cnidarians. Retinoic acid (RA) and nitric oxide (NO) are known for their implication in inducing neurite outgrowth in both vertebrates and invertebrates. But so far, no role of these agents has been identified in this basal metazoan phylum. In order to show that these agents have a morphogenetic role in neuronal development in the ancestors of bilateral metazoan. We used primary cultures of cells from the cnidarian anthozoan Renilla koellikeri (sea pansy), with the most primary nervous system. We found that both 9-cis and 11-trans retinoic acid induced cell proliferation in dose- and time-dependant manners in petri dishes coated with polylysine. Cell cultures exposed to retinoic acid in dishes devoid of polylysine were observed to differentiate into epithelial cells. On the other hand, NO induced extensive neurite outgrowth in polylysine-coated culture dishes. No other celle type underwent differentiation in the presence of NO, and the density of dedifferentiated cells was reduced. The neurites of the differentiating neurons appeared to intertwine and form a loose nerve net. These observations suggest that retinoic acid, but not NO, has mitogenic activity, and that retinoic acid and NO are differentially involved in nerve cell specification in the sea pansy. The type of action, mitogenesis or cell differenciation (epithelial or neural), depends on the degree of cell adhesion to substrate. As both molecular and paleontological evidence place cnidarians such as the sea pansy closest to the eumetazoan ancestor, our results suggest that the morphogenetic role of retinoic acid and NO was rooted in the commun ancestor of all metazoans.

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes. / Actinobacillus pleuropneumoniae is the etiological agent of porcine pleuropneumonia. Transmission of the disease occurs through direct contact or aerosols. The bacteria possess many virulence factors, namely capsular polysaccharides, lipopolysaccharides, four Apx toxins and iron acquisition mechanisms. To this day, an efficient cross-serotype vaccine has yet to be developed. In order to investigate regulation mechanisms in A. pleuropneumoniae and to identify new potential targets for the synthesis of subunit vaccines, the transcriptomic profile of the bacteria under conditions that simulate the infection and following a natural acute infection in vivo were studied. The experiences relied on first and second generation microarrays (AppChip1 and AppChip2) designed using 2025 ORFs of the draft version of the A. pleuropneumoniae serotype 5b strain L20 genome and 2033 ORFs of the final and annotated version of the same genome respectively. First, experiments were conducted under iron-restricted conditions and 210 genes were deemed differentially expressed, 92 of which were up-regulated. Some new putative iron acquisition mechanisms were identified, including genes homologous to those of the Yersinia pestis YfeABCD chelated-iron acquisition system, as well as other genes homologous to components of the HmbR iron uptake from hemoglobin system of Neisseria meningitidis. When cultured in conditions promoting biofilm production, genes tadC and tadD from a putative tad (« tight adherence locus ») operon, genes pgaABC involved in the biosynthesis of a polysaccharide of the biofilm matrix as well as two ORFs encoding a putative autotransporter adhesins similar to the Haemophilus influenzae Hsf adhesin were all significantly overexpressed. Many of these genes were also overexpressed when lung epithelial cells were infected with A. pleuropneumoniae. While 170 genes were differentially expressed after planktonic growth in the culture medium above the cells, another 131 were identified following direct adhesion to the cells. Genes tadB and rcpA of the tad locus, as well as genes pgaBC and an ORF coding for the Hsf homolog where all found among overexpressed genes. When A. pleuropneumoniae was cultured in contact with broncho-alveolar lavage fluids (BALF), 156 genes were significantly differentially expressed and gene apxIVA, which was up-regulated, was detected for the first time during in in vitro growth conditions. Finally, experiments were conducted in vivo in animals naturally infected with A. pleuropneumoniae in the late stage of the acute phase in order to identify genes that are expressed during the infection of the natural host. While 150 genes were deemed differentially expressed, genes apxIVA as well as two genes from an operon coding for a putative type IV fimbriae were up-regulated. Out of those 72 genes that were overexpressed, 3 encode proteins or lipoproteins of the outer membrane which are conserved among all serotypes of the bacteria. Overall, we were able to identify several new potential virulence factors for A. pleuropneumoniae in the course of our experiments, as well as several new potential targets for the elaboration of an efficient cross-serotype vaccine.

Les pathologies vésicales sont nombreuses et nécessitent la plupart du temps un traitement médicamenteux. Il peut alors être administré par voie intravésicale, augmentant son efficience et limitant les effets indésirables systémiques. Nous nous sommes intéressés à quatre thérapeutiques : l'alun de potassium, le chlorhydrate de lidocaïne, l'hemisuccinate de méthylprednisolone, la mitomycine C et le bacille de Calmette et Guérin (BCG) en application locale directement dans la vessie. La perméabilité de l'aluminium à travers la vessie a été étudiée au travers d'un cas clinique et des expériences ex vivo ont été réalisées pour définir les paramètres de perméabilité et proposer un algorithme de prédiction de la quantité d'aluminium absorbée dans l'organisme après irrigation intravésicale à l'alun de potassium. Cet algorithme dépend du poids du patient, de la durée de l'irrigation et du volume de la solution utilisée en irrigation vésicale. Des études de perméation ont aussi été réalisées pour le chlorhydrate de lidocaïne, l'hemisuccinate de méthylprednisolone, la mitomycine C et le BCG afin de sécuriser l'emploi de ces thérapeutiques par voie intravésicale. Les études réalisées permettent de prédire, selon les caractères physico-chimiques des molécules, la pénétration dans la membrane vésicale. Une nouvelle formulation galénique réalisée à base d'un gel thermosensible a été étudiée pour optimiser les thérapeutiques intravésicales. Des études de perméation ont été faites avec la nouvelle formulation galénique. Pour finir, une culture de cellules cancéreuses urothéliales a été mise au point et un test de viabilité a été réalisé pour la mitomycine C et le BCG

En dépit de la pression règlementaire croissante pour mieux détecter les produits chimiques potentiellement responsables de perturbations de la fonction thyroïdienne, les moyens de les cribler restent insuffisants et imparfaits. Un tel criblage implique l’utilisation de nombreux tests in vitro ciblant chacun l’un des divers mécanismes de toxicité potentiellement impliqué, ou des tests in vivo plus longs et plus contraignants. Trois modèles d’étude ont ainsi été évalués pour leur potentiel à simplifier les procédures de criblage actuellement préconisées. Le premier modèle d’étude qui a été proposé est un modèle in vivo d’exposition à court terme par voie orale de rats mâles adultes. Le suivi de l’expression de gènes permet de réaliser un criblage de la perturbation de la fonction thyroïdienne après 7 jours d’exposition seulement. Le second modèle d’étude qui a été retenu pour ce travail est la lignée cellulaire PCCl3 de thyrocytes de rats, identifiée comme un modèle potentiel pour le criblage de la toxicité thyroïdienne. Enfin, la pertinence pressentie de l’utilisation d’un modèle d’hépatocytes cryopréservés (LiverbeadsTM) a été confirmée pour l’identification des composés toxiques thyroïdiens chez le rongeur dont l’action est médiée par le foie. Trois modèles d’étude in vitro et in vivo utilisables lors des tests de criblage des produits chimiques perturbateurs de la fonction thyroïdienne ont donc été identifiés. L’évaluation de cette perturbation est rendue possible par l’utilisation de variations d’expression de gènes comme principal paramètre d’étude / Whereas disruption of thyroid hormone signaling by environmental chemicals is a growing concern, identifying thyroid toxicants in early screening studies remains a challenge. Indeed, several different molecular events can initiate a such disruption of the Hypothalamus-Pituitary-Thyroid (HPT) axis. Thus, the detection of thyroid toxicants implies to conduct systematically an important battery of in vitro assays, or long in vivo studies. In the aim to simplify the procedure for the screening of all the possible mode of actions (MoAs) involved, we assessed three models for their suitability to detect in a short term different thyroid toxicants by using changes in gene expression. We identified the possibility of discriminating thyroid toxicants from compounds that do not alter thyroid function, by using this approach, in a 7-day adult male rat assay. Regarding in vitro testing, we have established the proof of concept of discriminating direct-acting thyroid toxicants from compounds that do not affect thyroid function, on the basis of up-regulated expression of a set of genes as criteria of positivity, in an early screening in vitro assay based on PCCl3 rat thyroid cells. We also confirmed the relevance of the use of alginate-embedded cryopreserved hepatocytes (LiverbeadsTM) for the screening of liver-mediated thyroid toxicity in rodents. The present work allowed the identification of three models suitable for the early screening of the disruption of the thyroid function. Such detection of multiple toxic MoAs in a short term relies on the use of gene expression as main or unique endpoint

L’ingénierie du tissu musculaire squelettique vise à reconstituer in vitro un tissu fonctionnel aussi physiologique que possible dans le but de mieux comprendre la myogenèse, l’impact de mutations génétiques et tester des médicaments. Ces dernières années, différents modèles de tissus musculaires tridimensionnels ont été développés. Toutefois, l’utilisation prépondérante de cellules murines et la taille de ces modèles restreint leur pertinence pour les études de pathologies humaines et le criblage pharmacologique. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons donc développé différents modèles de tissus musculaires humains micrométriques pour répondre à ces limitations. Dans un premier temps, nous avons conçu et optimisé par microfabrication une plateforme caractérisée par la présence de microcanaux. Nous avons ainsi généré des tissus musculaires multicouches alignés présentant une organisation proche du muscle natif à partir de myoblastes murins immortalisés C2C12 puis de myoblastes humains immortalisés. Nous avons ainsi montré l’influence de la topographie et de la concentration cellulaire sur l’alignement des myotubes et la maturation du tissu musculaire. Dans un second temps, nous avons développé une plateforme constituée de micropuits contenant chacun deux micropiliers permettant d’analyser la contractilité des tissus. Des microtissus musculaires 3D standardisés ont ainsi été générés avec cette plateforme à partir de myoblastes murins, et de myoblastes C2C12 électroporés avec un gène muté ou non de la desmine. Par la suite, des microtissus ont été générés à partir de myoblastes humains. L’importance du choix de la matrice dans la formation des microtissus et les bénéfices d’une coculture de myoblastes et fibroblastes dans la stabilité des tissus ont ainsi été mis en évidence. La géométrie de micropiliers a aussi été optimisée afin de générer et comparer des microtissus composés de myoblastes isolés de patients sains et malades (dystrophie musculaire de Duchenne). Une preuve de concept démontrant la possibilité d’utiliser cette technologie pour tester des thérapies chimiques et géniques a été établie. Nous avons en effet suivi en temps réel les effets de l’inhibiteur de la kinase Rho-associée Y-27632 sur la contractilité des microtissus, ainsi que la transduction d’un gène rapporteur fluorescent modèle par les cellules composant les microtissus. Les résultats de ce travail de thèse démontrent le potentiel de cette technologie pour l’étude des processus fondamentaux de la myogenèse, l’évaluation des effets fonctionnels de mutations patient-spécifique et le criblage de thérapies chimiques et géniques. / Skeletal muscle tissue engineering aims to build functional and physiological tissues in vitro in order to better understand myogenesis, to investigate the impact of genetic mutations and to screen potential therapies. Over the past few years, bi- and tridimensional models of muscle tissue have been developed, but most of these models are based on the use of murine cells and require large amounts of cells, thus limiting their relevance to study pathologies of human muscles and drug screening assays. Here we aimed at developing different models of human muscle microtissues to address these issues. By using microfabrication techniques, we first engineered a microgrooved platform we used to generate aligned multilayered skeletal muscle tissues from murine C2C12 myoblasts and human immortalized myoblasts. We showed the impact of topography and cell density on the maturation and myotube alignment. We then fabricated a microdevice, consisting of microwells containing two micropillars allowing an easy access to the contractility of muscle tissues. We engineered microtissues from C2C12 and C2C12 myoblasts electroporated with a mutated gene of desmin, and showed some limitation of this technique of transduction. Finally, we generated microtissues from human myoblasts. We investigated the role of the extracellular matrix in the tissue formation and evidenced the benefits of coculturing myoblasts and fibroblasts on the stability of muscle microtissues. Furthermore, we optimized the geometry of the micropillars to engineer and compare microtissues composed of human myoblasts isolated from healthy and diseased (Duchenne muscular dystrophy) patients. A proof of concept of the potential of this technology for screening chemical and gene therapies was established. We were indeed able to analyze in real time the effects of the Rho-associated kinase-inhibitor Y-27632 on the tissue contractility, as well as the transduction of a model fluorescent reporter gene. Altogether, the results of this work demonstrate the potential of this technology to study fundamental muscle biology, examine functional effects of patient-specific mutations or screen chemical and gene therapies.

Spécialisée dans la production d’actifs végétaux, l’entreprise PAT développe une activité innovante de recherche qui consiste à produire ou à modifier par voie enzymatique, des molécules présentes naturellement dans les plantes. L’espèce Ipomoea batatas contient de nombreux dérivés d’acide caféoyl-quinique dont majoritairement du 3,5-dicaféoyl-quinique (3,5-DCQ), une molécule antioxydante très recherchée en cosmétique. Cependant, la voie de biosynthèse est assez méconnue pour pouvoir exploiter les gènes d’intérêt par des approches d’ingénierie métabolique en vue d’augmenter la production. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté sur l’identification et la caractérisation fonctionnelle d’une hydroxycinnamoyl transférase (HCT) en vue d’augmenter la production de 3,5-DCQ soit en micro-organismes soit dans des plantes recombinantes. Pour réaliser ces travaux, une banque de données RNAseq a été générée permettant ainsi d'accéder à des séquences codantes. Ces séquences ont été analysées par alignement avec des séquences codant pour des hydroxycinnamoyl transférases (HCT, HQT) impliquées dans la synthèse d’un précurseur potentiel, l’acide chlorogénique. Un premier tri a été mené en utilisant des approches d’expression différentielle de gènes. La fonction des gènes a été étudiée par des approches d’expression hétérologue en système bactérien et de transgénèse végétale. La production des métabolites cibles a été analysée dans des plantes transgéniques et dans des cultures cellulaires. Sur ces plantes, nous avons réalisé des tests de résistance à des pathogènes fongiques. Nous avons identifié une HCT qui partage 85% d’identité avec une HCT de café impliquée dans la synthèse de 3,5-DCQ. Cette activité a pu être démontrée in vitro pour l’HCT d’ipomée. De plus, l’expression du gène codant pour l’HCT conduit à une surproduction de 3,5-DCQ dans les cultures cellulaires de tabacs exprimant les HCT. Cette molécule inhibe la croissance de Botrytis cinerea et de Phytophthora parasitica. Compte tenu des teneurs en 3,5-DCQ très faibles par rapport à la plante d’origine, ces résultats suggèrent l’implication d’autres gènes dans cette voie de biosynthèse. L’activité antifongique du 3,5-DCQ pourrait être exploitée pour des applications agrochimiques / Specialized in the production of plant actives, the company PAT develops an innovate research activity that consists of producing or modifying by enzymatic pathway, molecules naturally present in plants. The species Ipomoea batatas contains numerous caffeoylquinic acid derivatives, predominantly 3,5-dicaffeoylquinic acid (3,5-DCQ), an antioxydant molecule arousing interest in cosmetics. However, biosynthesis pathway of this molecule is poorly established in order to exploit the genes of interest by metabolic engineering approaches to increase the production. The work realized in the frame of this PhD concerns the identification and functional characterization of a hydroxycinnamoyl transferase (HCT) in order to increase the production of 3,5-DCQ either in microorganisms or in recombinant plants. To perform this work, an RNAseq databank was generated allowing to access to coding sequences. These sequences were analysed by alignment of sequences encoding for hydroxycinnamoyl transferases (HCT, HQT) involved in the biosynthesis of a potential precursor, chlorogenic acid. A first screening was performed by utilizing an approach of differential expression of genes. The function of genes was studied by heterologous expression in bacterial systems and by plant transgenesis approaches. The production of target metabolites was analyzed in transgenic plants and cell cultures. On these plants, we conducted tests of resistance to fungal pathogens. We identified an HCT that shares 85% of identity with a HCT isolated from coffee previously characterized in 3,5-DCQ biosynthesis. This activity was shown in vitro for HCT of Ipomee. Moreover, the expression of target gene led to an overproduction of 3,5-DCQ in cell cultures of tobacco expressing HCT. This molecule inhibits growth of Botrytis cinerea and Phytophthora parasitica. Giving that amounts of 3,5-DCQ are very low compared to the plant of origin, these results suggest the involvement of other genes in this biosynthesis pathway. Antifungal activity of 3,5-DCQ could be exploited for agrochimic applications