La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie qui peut engager le pronostic vital des malades de façon très rapide. La pathogénie de la maladie reste encore obscure mais est liée aux atteintes vasculaires probablement en lien avec la fibrose cutanée. La thérapeutique de cette maladie est difficile. Aucun traitement étiologique n'existe et la prise en charge est plutôt axée sur les traitements des différentes atteintes. La iontophorèse cutanée est un dispositif qui permet la diffusion de molécules en solution à travers la peau grâce à une stimulation électrique de manière non invasive. Cette technique a été utilisée initialement comme test physiologique. Notre objectif est d'évaluer et de développer la iontophorèse thérapeutique, notamment avec des molécules vasodilatatrices, pour pouvoir l'utiliser dans des applications thérapeutiques telles que la pris en charge des ulcérations digitales (ou troubles trophiques cutanés) de la ScS. Trois parties ont été développées. La première partie consiste en l'association de deux molécules vasodilatatrices (une per os, le sildenafil, et en iontophorèse, le nitroprussiate de sodium (SNP), en étudiant la tolérance de l'association et son effet sur le flux vasculaire cutané chez le volontaire sain (étude INFLUX-VS). La deuxième partie correspond à un screening de molécules ayant une action vasodilatatrice et étant délivrées en iontophorèse chez le rat : l'étude INFLUX-RAT conclue à l'obtention d'une vasodilatation cutanée chez le rat avec les analogues de la prostacycline. La troisième partie correspond à l'évaluation chez le volontaire sain de la iontophorèse des analogues de la prostacycline : l'étude INFLUX-IT-VS conclue à une dilatation du flux sanguin cutané avec le tréprostinil et avec une bonne tolérance cutanée et systémique. La dernière partie correspond aux avancées parallèles des travaux tant dans le domaine de la reproductibilité des techniques d'acquisition des signaux du flux sanguin cutané que les études réalisées avec les patients sclérodermiques à qui on pourrait espérer un jour voir proposer une iontophorèse thérapeutique.

La sclérodermie (SSc) est une pathologie grave caractérisée par une atteinte microvasculaire combinée à une fibrose cutanée. Au niveau des extrémités, ce phénomène provoque des ulcères digitaux (UD) particulièrement douloureux et qui contribuent à diminuer la qualité de vie des patients atteints. La cicatrisation des UD est difficile et souvent de mauvais pronostic avec d’importants risques d’infection voire d’amputation. A ce jour, les injections intraveineuses d’iloprost, un analogue de la prostacycline, sont le seul traitement reconnu mais leur utilisation entraîne des effets secondaires et requiert une hospitalisation. Le treprostinil, un autre analogue de la prostacycline, est susceptible d’induire une importante vasorelaxation ce qui en fait une molécule d’intérêt majeur dans la prise en charge des UD. La sclérodermie est une pathologie complexe et aucun modèle animal ne présente l’ensemble de ses caractéristiques physiopathologiques. Parmi les modèles existants nous avons sélectionnés deux modèles murins (HOCL et uPAR-/-) récemment décrits comme étant prometteurs pour développer de nouvelles approches thérapeutiques dans la prise en charge des symptômes de la SSc.L’objectif de cette étude est d’évaluer l’iontophorèse de treprostinil comme stratégie locale pour induire une accélération de la cicatrisation d’ulcères provoqués sur modèles de SSc. Brièvement, une lésion a été réalisée par excision de peau au niveau du dos de souris. Les animaux ont été répartis aléatoirement dans trois groupes : « témoin », « contrôle » et « treprostinil » et les plaies ont été suivies jusqu’à cicatrisation complète.Les animaux traités par iontophorèse de treprostinil présentent une cicatrisation accélérée. Ces résultats ont été observés pour les deux modèles de SSc. L’effet le plus important a été mesuré au cours de la phase précoce de la cicatrisation.Cette étude est la première a démontré que la iontophorèse de treprostinil s’avère être une piste prometteuse dans la prise en charge thérapeutique des UD chez les patients atteints de SSc. D’autres études précliniques devront être menées pour mieux comprendre les mécanismes et une étude clinique devra confirmer ce résultat sur des patients. / Systemic Sclerosis (SSc) is a serious disease affecting the skin microcirculation and characterized by fibrosis. Digital ulcers (DU) are the principal manifestation of this microvascular dysfunction in the extremities. DUs are frequent, painful, can cause functional impairment and have a major negative impact on the quality of life. Wound healing of DU is delayed and this can result in gangrene and amputation. To date, intravenous prostacyclin analogues (iloprost) are the only approved treatment for active SSc-related DU but their use is limited by serious vasodilation-induced side effects and usually requires hospitalization. Treprostinil is a prostacyclin receptor agonist that induces vascular relaxation and is used to treat advanced digital ischemia. Treprostinil is a very interesting candidate to enhance wound healing of ulcers in fibrotic skin. Scleroderma is a complex pathology and there is none existing animal model that can encompass all aspects of the disease related to fibrosis and vasculopathy. Among existing models, we selected two murin models (HOCL and uPAR-/-) that were recently described as promising tool to study SSc-related vasculopathy and fibrosis such as digital ulcers.The main objective of this study was to evaluate the therapeutic effect of topical administration of treprostinil on wound healing in two different preclinical models of SSc. Briefly, cutaneous excisional wounds were induced on mice. Animals were randomized into 3 sub-groups according the treatment to be administered: “sham”, “control” and “treprostinil” and wound process was followed until full recovery.Treprostinil iontophoretically-administered induced a significant acceleration in wound healing process in both models of SSc. The most significant effect was observed during the early phase of the healing process.This study demonstrated that iontophoresis of treprostinil could be proposed as a local therapeutic strategy to SSc patients with digital ulcers. Further pre-clinical studies should be realized to explore the underlying pharmacological and electrical mechanisms involved and clinical study should be started soon to assess the potential effect on SSc-related ulcers.

La cicatrisation est un processus complexe faisant intervenir de nombreux acteurs. En contexte pathologique, ces processus peuvent être altérés, entrainant un retard de cicatrisation et l’augmentation du risque de survenue de complications.Durant cette thèse, par une approche préclinique, nous nous sommes intéressés à la cicatrisation d’ulcères cutanés dans deux pathologies : la sclérodermie systémique et le diabète. La sclérodermie systémique est une maladie relativement rare, caractérisée par une atteinte microvasculaire combinée à une fibrose cutanée. De son côté le diabète est une maladie caractérisée par une hyperglycémie chronique étant à l’origine de nombreuses complications. Bien que ces deux pathologies soient différentes d’un point de vue physiopathologique, elles possèdent toutes deux une altération de leur fonction endothéliale ainsi qu’un retard de cicatrisation. Ce contexte physiopathologique augmente la survenue de complication de la cicatrisation, pouvant dans le pire des cas aboutir à l’amputation du membre atteint.Nous avons tenté dans ce travail de thèse de valider l’utilisation de l’iontophorèse de tréprostinil, un analogue de la PGI2, dans le traitement de ces ulcères cutanés.Succinctement, l’iontophorèse est une technique d’administration locale de molécules chargées au moyen d’un courant électrique. De plus, il est reconnu que le courant électrique a un effet positif propre sur la cicatrisation cutanée. Nous avons doc tenté de combiné l’effet pharmacologique du médicament administré avec cet effet courant.Les deux études principales de ce travail ont pu mettre en évidence la faisabilité et la validation du traitement par iontophorèse d’un analogue de la prostacycline d’ulcères cutanés dans un contexte sclérodermique et diabétique.D’autres études précliniques devront toutefois être menées afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu dans ces améliorations de cicatrisation. / Wound healing is a complex processes composed with a lot of actors. In pathological context, these processes could be altered may lead to wound healing delay and increasing incidence of complications.During this thesis, my fundamental works focused on wound healing in two pathologies: systemic scleroderma and diabetes. Systemic scleroderma is a rare pathology characterized by a microvascular alteration and cutaneous fibrosis. On a other hand, diabetes is characterized by chronic hyperglycemia would induced numerous complications. These two pathologies are physio-pathologically differences. However they are both characterized by an endothelial dysfunction and wound healing delay. This context increase incidence of wound healing complications, and sometimes lead to an amputation.My work has tried to validate the use of iontophoresis of treprostinil, a prostacycline analogue, in the treatment on skin wound healing.Briefly, iontophoresis is a local method of drugs administration with electric current. Moreover, it’s well known that current alone has a positive impact on wound healing too.We tried to combine in this thesis the pharmacological effect of an analogue of prostacycline with this of the current alone.Both mains studies showed the feasibility and validation of the treatment by iontophoresis of a prostacycline analogue on wound healing in these two pathologies.Furthers studies will be necessary to highlight mechanisms involved in this improvement.

Les neurones noradrénergiques (NA) du locus coeruleus (LC) et sérotoninergiques (5-HT) du noyau du raphé dorsal (NRD) sont fortement impliqués dans la régulation des états d'éveil et de sommeils. Ces neurones ont, au cours de l'éveil, une activité spontanée tonique régulière qui diminue progressivement au cours du sommeil lent (SL) et cesse au cours du sommeil paradoxal (SP) (neurones "SP-OFF"). La diminution puis l'arrêt d'activité des neurones NA et 5-HT seraient une condition nécessaire à l'endormissement et à la survenue du SP. Les mécanismes à l'origine de cette modulation d'activité des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil demeurent toutefois inexpliqués.<br /><br />Sur la base de données anatomiques et électrophysiologiques, il a été suggéré que la diminution puis la cessation d'activité des neurones NA du LC et 5-HT du NRD au cours du SL et du SP seraient dues (1) à une dé-activation consécutive à l'arrêt d'entrées synaptiques excitatrices, (2) à des mécanismes d'auto-inhibition, (3) à une action inhibitrice de l'adénosine, (4) à la mise en jeu d'afférences GABAergiques et/ou glycinergiques. <br />Afin de tester ces différentes hypothèses nous avons développé une approche électrophysio-logique et micropharmacologique sur un nouveau modèle expérimental de rat non anesthésié en contention stéréotaxique. Cette technique, non stressante, nous a permis de réaliser l'enregistrement extracellulaire unitaire des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil, couplé à la micro-iontophorèse d'agonistes et d'antagonistes des différents neurotransmetteurs.<br /><br />Les résultats obtenus soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'activité tonique des neurones NA du LC au cours de l'éveil serait sous la dépendance de leurs propriétés intrinsèques. L'activité des neurones 5-HT du NRD, en revanche, dépendrait au moins en partie de l'influence excitatrice des neurones NA. <br />Nous avons déterminé également que le GABA et la glycine exercent une influence inhibitrice tonique sur les neurones NA et 5-HT tout au long du cycle veille-sommeil. Nos résultats suggèrent en outre que le tonus inhibiteur glycinergique serait constant alors que le tonus GABAergique augmenterait progressivement au cours du SL et serait maximum au cours du SP. Le GABA serait ainsi le neurotransmetteur responsable de l'inactivation des neurones NA du LC et 5-HT du NRD nécessaire à l'endormissement et à la survenue au SP.<br /><br />Ces données soutiennent l'hypothèse selon laquelle deux populations de neurones GABAergiques seraient impliquées dans l'inactivation des neurones NA et 5-HT au cours du sommeil. L'une, localisée dans l'aire préoptique latérale et ventrolatérale serait mise en jeu au cours du SL, la seconde, localisée dans la substance grise péri-aqueducale, serait mise en jeu au cours du SP.

La microcirculation cutanée a été proposée comme modèle d’étude de la dysfonction microvasculaire globale dans les maladies cardiovasculaires. Par ailleurs, elle est spécifiquement atteinte dans la sclérodermie systémique (SSc), qui est une maladie dysimmunitaire rare, particulièrement invalidante, caractérisée par une fibrose cutanée et viscérale associée à une atteinte microvasculaire diffuse et la présence d’auto anticorps dirigés contre des antigènes cellulaires. L’exploration de la fonction microvasculaire cutanée suscite donc un réel intérêt, même s’il n’existe pas de technique standardisée pour l’étude de la fonction microvasculaire, en particulier endothéliale.La première partie de ce travail a porté sur l’étude physiologique de la microcirculation cutanée chez le volontaire sain, en utilisant les méthodes les plus récentes adaptées à l’étude fonctionnelle de la microcirculation (tests de réactivité vasculaire couplés à l’enregistrement du flux sanguin cutané par laser speckle contrast imaging). Dans une seconde partie, nous avons étudié la pathologie de la microcirculation cutanée dans la sclérodermie systémique, en utilisant les mêmes d’étude fonctionnelle de la microcirculation. La dernière partie de cette thèse a été consacrée à l’étude d’une nouvelle approche pharmacologique et thérapeutique dans la prise en charge des manifestations vasculaires cutanées périphériques identifiées chez les patients. Nous avons évalué l’effet vasodilatateur du tréprostinil, analogue de la prostacycline, sur le flux sanguin cutané de divers zones anatomiques, chez le volontaire sain, le patient atteint de SSc, le patient diabétique et lors d’un refroidissement local dans la SSc. / Cutaneous microcirculation has been proposed as a model to study the global microvascular dysfunction occurring in cardiovascular diseases. Furthermore, it is specifically impaired in systemic sclerosis (SSc), which is a rare and particularly invalidating auto-immune disease, characterized by a cutaneous and visceral fibrosis, associated with a diffuse microvascular impairment and auto-antibodies targeting some cellular antigens. The study of cutaneous microvascular function provides a real interest despite the lack of available standardized techniques, particularly to explore endothelial microvascular function.In the first part of this work, we aimed to study the physiology of cutaneous microcirculation in healthy volunteers, using the more recent methods in this field, adapted to functional study of microcirculation (vascular reactivity tests coupled with cutaneous blood flow recording by laser speckle contrast imaging). The second part of our work aimed to study the pathology of cutaneous microcirculation in SSc volunteers, by using the same functional exploration methods. The last part of this work has been dedicated to a new pharmacologic and therapeutic approach for the management of peripheral cutaneous vascular manifestations in patients, using innovating technics as cutaneous iontophoresis. We studied the vasodilator effect of treprostinil, a prostacycline analogue, on cutaneous blood flow in several anatomic regions in healthy subject, SSc patient and diabetic patient, and also during a local cooling in SSc.

Les troubles du sommeil sont associés à une augmentation de l'activité du système nerveux sympathique, de la pression artérielle (PA) et une inflammation qui peuvent induire une dysfonction endothéliale. Les mécanismes impliqués dans cette dysfonction et les effets de la privation aiguë et totale de sommeil (PTS) ne sont pas encore élucidés. L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet de la PTS sur la vasomotricité et les liens avec des modifications de la PA et de la réponse immuno-inflammatoire. Dans une première partie, chez l'homme sain, nous observons au cours de 40 heures de PTS, une diminution de la vasodilatation cutanée induite par l'acétylcholine et une augmentation des concentrations plasmatiques de marqueurs de l'activation endothéliale. Cette dysfonction apparait avant les modifications de la PA et est associée à une augmentation de la concentration plasmatique de TNF-α et de la production d'ARNm du TNF-α par les cellules de la lignée blanche. Nous montrons également au cours d'un test d'immersion de la main dans l'eau froide (30 minutes, 5°C) et la récupération, une diminution de la température digitale et de la conductance vasculaire cutanée, associées à l'augmentation de la concentration plasmatique d'endothéline-1. Dans une deuxième partie, réalisée chez des rats sympathectomisés (réserpine), nous démontrons que la diminution des vasodilatations dépendante de l'endothélium, après 24 heures de PTS, est indépendante des modifications de la PA. Cette altération est liée à une diminution de l'activité des voies de production du NO et des prostacyclines (PGI2) et est associé à une augmentation des concentrations plasmatiques de TNF-α et d'IL-6. En conclusion, l'ensemble des résultats suggère que la PTS est un stress suffisant pour induire une dysfonction endothéliale, responsable d'une altération de la vasomotricité. Celle-ci semble être est initialement la conséquence de la réponse immuno-inflammatoire.

Le cross-linking du collagène cornéen (CXL) est une cornéoplastie mini-invasive reposant surun concept biomécanique difficile à objectiver physiquement et dont les preuves del’efficacité thérapeutique sont d’interprétation complexe. Les principes, les nuances et lesrésultats du CXL sont colligés dans cette thèse afin de valider l’intérêt du modèleexpérimental choisi pour tester la pertinence de notre travail de recherche sur l’élastographiecornéenne par ondes de cisaillement.Notre cheminement expérimental a abouti au choix du modèle de CXL trans-épithélial (TCXL)assisté par iontophorèse (I-CXL), réalisé in vivo, sur oeil de lapin. Les mesuresélastographiques obtenues après euthanasie ont ainsi pu démontrer une modificationsignificative du profil d’élasticité de la cornée après CXL, testé successivement de manièredynamique et statique.Nos résultats confirment donc l’efficacité biomécanique instantanée du I-CXL et donnent uneidée plus précise de la valeur de la photo-polymérisation du tissu cornéen isolée desphénomènes liés à la cicatrisation. Les enjeux technologiques de l’élastographe cornéen paranalyse des ondes de cisaillement ont pu être définis afin de développer une stratégie de miseen oeuvre d’un système pertinent pour la pratique clinique. / Corneal collagen cross-linking (CXL) is a kind of minimaly invasive corneoplasty mainlybased on a biomechanical concept, which is very difficult to measure physically, and whichthe therapeutic efficacy understanding is complex.Principles, different protocols and resultsare summarized in this thesis in order to illustrate the usefulness of the experimental modelchosen in our experimentations about elastographic corneal shear wave imaging.The pathway of our experimental work have led to the choice of trans-epithelial CXL (TCXL)assisted by iontophoresis (I-CXL), performed in vivo, on rabbits eyes. Elastographicmeasurements we obtained after animals euthanasia have shown a significant change of thecorneal elasticity profile after CXL, successively tested in a dynamic and in a static fashion.Our results do confirm the biomechanical efficacy of the I-CXL procedure and give a moreprecise idea of the sole photo-polymerization effect by avoiding any confounding healingconcern. Technological issues for corneal elastography with shear wave imaging have beenraised in this thesis to develop a realistic strategy for the launch of a clinically useful device.