Dans cette thèse, des vitrocéramiques et composites à matrice verres ont été élaborés avec pour objectif principal d’étudier les interactions entre la fissure et les différentes inclusions. Dans un premier temps, la nucléation et la cristallisation volumique de sphérulites dans un verre du système BaO-Al2O3-SiO2 ont été étudiées. Puis, l’influence de la cristallisation sur l’élasticité, la dureté et la ténacité a été mesurée. Il est apparu une augmentation de ces propriétés suite à la cristallisation. Après dopage avec des oxydes de terres rares, le verre a été fonctionnalisé par l’apparition de cristaux phosphorescents à la surface du matériau. Dans un second temps, l’influence d’un différentiel de coefficient de Poisson (entre la matrice et les inclusions) sur la propagation d’une fissure a été étudiée. Pour cela des composites à particules et matrices vitreuses ont été élaborés par Spark Plasma Sintering (SPS) et étudiés par Double Cleavage Drilled Compression (DCDC). Il a été mis en lumière une déviation de la fissure quand cette dernière arrive à proximité des inclusions vitreuses dans le cas où le coefficient de Poisson de l’inclusion est inférieur à celui de la matrice. Une déviation de moindre importance a été observée dans le cas inverse. Enfin, des nanocomposites fonctionnalisés par des particules de magnétite (Fe3O4) et d’or ont été obtenus suite à un frittage SPS. Les propriétés apportées par ces particules ont permis le chauffage du matériau, respectivement, par induction et par irradiation laser. Dans le deuxième cas, après un traitement laser de 10 min, une cicatrisation partielle de fissures d’indentation a pu être observée. / In this thesis, glass-ceramics and glass matrix composites have been developed in order to study the interactions between the crack and the various inclusions. Firstly, the nucleation and volume crystallization of spherulites in a glass of the BaO-Al2O3-SiO2 system were studied. Then, the influence of crystallization on elasticity, hardness and toughness was measured. An increase of these properties due to crystallization was observed. After doping with rare earths oxides, the glass was functionalized by surface crystallization of phosphorescent crystals. Secondly, the influence of a Poisson’s ratio differential (between the matrix and inclusions) on the crack propagation was studied. For this purpose, glassy particulate glass matrix composites have been elaborated by Spark Plasma Sintering (SPS) and studied by Double Cleavage Drilled Compression (DCDC). A deviation of the crack in the vicinity of the glass inclusions has been identified in the case where the Poisson’s ratio of the inclusion is lower than the one of the matrix. In the opposite case, less important deviations were noticed. Finally, nanocomposites functionalized with magnetite (Fe3O4) and gold particles were obtained after a SPS treatment. The properties provided by these particles allowed the material to be heated, respectively, by induction and by laser irradiation. In the second case, after a 10 min laser treatment, a partial healing of indentation cracks could be observed.

L’objectif du travail présenté dans cette thèse était de développer des nanoparticulesfonctionnelles ayant la capacité d’induire l’adhésion et la migration de kératinocyteshumains normaux. L’utilisation de systèmes particulaires pour favoriser l’adhésion etla migration cellulaire dans les processus de cicatrisation constitue une nouvelleapproche de l’ingéniérie tissulaire. Dans cette optique, un dérivé hydrosoluble du chitosan rendu fonctionnel par l’ajoutde peptides RGD a été développé. Les nanoparticules furent développées parcoacervation complexe entre le dérivé cationique du chitosan et le sulfate dechondroïtine anionique. La capacité du système particulaire à induire unchangement cellulaire phénotypique a été évaluée in vitro.Lors de l’évaluation de ce nouveau polymère, le succès de la synthèse a été montrépar l’absence de cytotoxicité et par la préservation de son activité biologique médiéepar les séquences RGD. Aussi bien les polymères que les nanoparticules ont induitl’adhésion et la mobilité de fibroblastes dermiques humains, confirmant le conceptde nanoparticules bio-actives. Cependant, concernant l’étude des interactions entreles nanoparticules et les kératinocytes, aucune conclusion n’a pu être tirée etd’autres travaux sont nécessaires. Pour résumer, un système particulaire bio-actif a été développé. Le choix despeptides RGD pour induire la migration des kératinocytes doit être réévalué, etl’utilisation de concentrations plus importantes, de mélange de peptides d’adhésionou l’utilisation de peptides d’adhésion différents doit être envisagée pour laréalisation d’études ultérieures. / The aim of the work presented in this thesis, was to develop functionalizednanoparticles with the ability to induce adhesion and migration in normal humankeratinocytes. Using particulate systems to promote and support cell adhesion andmigration in epidermal restoration is a novel approach of tissue engineering.In this view, a water-soluble chitosan derivative functionalized with RGD peptideswas developed. Nanoparticles were formed through complex coacervation betweenthe cationic chitosan derivative and the anionic chondroitin sulfate. The particulatesystem was evaluated in vitro for its ability to change phenotype in cells.In the evaluation of the novel hybrid polymer, the successful synthesis wasconfirmed by the absence of cytotoxicity and a preserved bioactivity specific to theRGD-moieties. Both the polymer and the particles formed thereof induced celladhesion and spreading in human dermal fibroblasts, proving the concept ofbioactive nanoparticles. However, when investigating the interaction between thenanoparticles and keratinocytes, no clear conclusion could be drawn and furtherassays are required. To summarize, a bioactive particulate system was developed. The choice of RGDpeptides to induce migration in keratinocytes needs to be re-evaluated and higherconcentrations, mixtures of adhesion peptides or other adhesion peptides might beconsidered for further investigations.

De par son rôle dans de nombreuses fonctions biologiques, RAGE est une récepteur membranaire crucial du développement embryonnaire jusqu’à l’âge adulte. Ce récepteur multi-ligand est capable d’activer de nombreuses cascades de signalisation, lui permettant entre autres d’être impliqué dans les processus inflammatoires et cicatriciels. Bien que décrite, son action cellulaire et moléculaire dans les processus de régénération/cicatrisation reste encore à éclaircir, malgré des études déjà menées sur les épithéliums cutanée et pulmonaire. Concernant la cicatrisation de l’épithélium cornéen, l’action de ce récepteur et de ses ligands est peu documentée et largement controversé. Ce travail a permis de tester l’effet de 2 ligands de RAGE (HMGB1 et AGEs) sur la cicatrisation de l’épithélium cornéen en utilisant un modèle in vitro de cellules épithéliales de cornée humaine (HCE). Il visait aussi à étudier les cascades de signalisation et les processus cellulaire mis en jeu suite à l’activation de ce récepteur. Les résultats obtenus ont tout d’abord permis de démontrer que l’action pro-cicatrisante du récepteur RAGE sur des cellules de l’épithélium cornéen, était ligand et dose spécifique. Ainsi seul le ligand AGEs promeut la cicatrisation indépendamment des processus de migration et de prolifération cellulaire. Dans cette étude le couple AGEs/RAGE est capable d’activer la cascade de signalisation NF-κB et la transcription d’un gène cible Connexine 43, dont le rôle a déjà été décrit durant la cicatrisation.Malgré la complexité du « signal RAGE », les premières pistes apportées par cette étude permettent d’envisager dans un futur proche la caractérisation précise de son action pro-cicatrisante au niveau de la sphère oculaire. Ceci passera non seulement par l’étude exhaustive des cascades de signalisations activées et des gènes régulés mais aussi par l’utilisation du modèle animal souris sauvage et RAGE -/-. / Because of its role in many biological functions, RAGE is a crucial transmembranous receptor from development to adulthood. This multiligand receptor can activate numerous signaling pathways, and it is involved in inflammatory and wound healing processes. Although already describe, molecular and cellular processes involved during wound healing still to be clarify despite some studies conducted on skin and lung epithelium. In the corneal epithelium wound healing, RAGE and its ligands effects still poorly understood and widely controversial. This work allowed the test of 2 ligands (HMGB1 and AGEs) on corneal epithelium healing using an in-vitro model of human corneal epithelial cells (HCE). It also aims to study the signaling pathways and cellular processes involved after this receptor activation. Results obtained permit to demonstrate a ligand and dose-dependent action of RAGE during this pro-healing process. Thus, only AGEs ligand promotes wound healing independently of cellular migration and proliferation processes. In this study, AGEs/RAGE couple can activate NF-kB signaling pathway and Connexin 43 target gene expression, already describe to be involved in wound healing. Despite the “RAGE signal” complexity, first tracks brought by this study allow to plan in the near future the precise elucidation of its pro-healing properties in the ocular sphere. This will pass not only by the exhaustive study of the signaling pathways activated and the regulated genes but also by the use of wild-type and RAGE - / - mouse model.

L'utilisation de liens non covalents forts entre des chaînes polymères améliore considérablement les propriétés des matériaux. Ainsi, il est possible d'obtenir des propriétés polymères avec des petites molécules fonctionnalisées. Nous décrivons la synthèse d'un nouveau groupe associatif supramoléculaire simple à synthétiser, le groupe amidoéthylimidazolidone. En synthétisant la 1-(2-aminoethyl)-2-imidazolidone, ainsi que d'autres dérivés réactifs comportant notre groupe associatif, on peut envisager la synthèse de matériaux comportant ce motif et s'adapter à tout type de chimie. Le greffage de ce sticker de manière contrôlée sur des dimères d'acides gras donnent des molécules qui, malgré leur petite taille, se comportent comme des polymères et des réseaux supramoléculaires semi-cristallins dans les propriétés peuvent être modulées selon le grade de dimère choisi. En fondu, les systèmes se comportent comme des polymères ramifiés en cours de gélification. De façon encore plus originale, le greffage d'urée sur des dimères d'acides gras déjà fonctionnalisés donne également des petites molécules, mais qui se comportent comme élastomères et qui ont en plus la propriété d'auto-cicatrisation. Ce phénomène est interprété par un mécanisme de reformation des liaisons H rompues lors de la fracture.

Les travaux présentés dans cette thèse constituent une étude des mouvements collectifs des cellules épithéliales lors de la cicatrisation grâce à une méthode de réalisation des blessures à l'aide de pochoirs en PDMS. Cette méthode permet de créer des épithéliums présentant directement la forme choisie au lieu de détruire plus ou moins sélectivement des cellules, nous permettant d'évaluer le comportement des cellules soumises uniquement à un effet de " bord libre " : le seul moyen pour l'épithélium de " détecter " l'existence de la blessure est en effet l'exposition des cellules situées sur ses bords à une surface vierge.Nos observations ont permis de montrer que la cicatrisation constituait un phénomène de migration collective coordonnée des cellules, allant bien au-delà d'un simple étalement de l'épithélium. La cicatrisation s'effectue en effet par l'intermédiaire de digitations présentant à leur extrémité une cellule présentant un phénotype remarquable, s'étendant sur une surface beaucoup plus grande que les autres et très motile. Les expériences que nous avons menées vont dans le sens d'un mouvement collectif largement contrôlé par ces cellules leaders.

Les cellules peuvent migrer sous différentes conditions qui dépendent de l'environnement biochimique ou mécanique. Connaître les mécanismes de la migration, les protéines impliquées et leur régulation est essentiel pour comprendre les processus de morphogénèse ou certaines situations pathologiques. Dans ce contexte, la migration collective des cellules est un processus clé qui intervient pendant le développement ainsi que dans la vie adulte. Elle joue un rôle très important pour la formation et l'entretien des couches épithéliales, notamment au cours du développement embryonnaire et pendant la cicatrisation des trous épithéliaux résultant, par exemple, d'une blessure. Lorsque l'épithélium présente une discontinuité, des mécanismes actifs qui impliquent une migration coordonnée des cellules sont nécessaires pour préserver l'intégrité des tissus. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes impliqués dans la fermeture des trous dans un épithélium. Pour des blessures de faible taille, le mode de fermeture dit de purse string est souvent évoqué, impliquant la contraction d'un anneau contractile d'acto-myosine qui ferme la blessure. Pour des blessures de tailles plus importantes, il est courant d'observer un mécanisme différent conduisant { la migration active des cellules du bord qui couvrent la surface "libre".Pour étudier ces aspects de manière quantitative et reproductible, nous avons développé une nouvelle méthode basée sur des techniques de microfabrication et de lithographie dite " molle " qui permet de faire une étude quantitative de la fermeture des trous épithéliaux. Nous avons fabriqué des substrats de micropiliers de diamètre et de forme variés dans les quels les cellules sont libres de pousser entre les microstructures. Lorsqu'elles sont parvenues à confluence, on retire le substrat qui laisse apparaître des trous contrôlés.De cette manière, nous avons observé que les cellules épithéliales forment des lamellipodes pour la fermeture de ces trous. Le mécanisme de fermeture dépend de la taille des trous et nous avons pu observer différents régimes en fonction de diamètre des piliers. Les trous petits (de la taille d'une seule cellule) sont fermés par un mécanisme passif alors que la fermeture de trous plus larges nécessite un mécanisme actif de migration conduisant à la formation de lamellipodes et à des modes de migration collective. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l'aspect mécanique de la fermeture des trous épithéliaux. Pour cela, nous avons utilisé un système d'ablation laser pour rompre quelques cellules dans une monocouche épithéliale. Nous avons alors mesuré les forces de traction que les cellules exercent au substrat et leur évolution temporelle et spatiale. Nous avons pu mettre en évidence différents modes de traction: au début, les cellules exercent des forces de traction importantes sur leur substrat pour laisser place à des contraintes mécaniques qui sont davantage issues d'un processus collectif au travers de la formation d'un câble multicellulaire qui les relie les cellules de bord entre elles. En conclusion, ce travail nous a permis d'obtenir des informations sur les mécanismes dynamiques de fermeture des tissus épithéliaux qui sont évidemment impliqués dans la cicatrisation des blessures mais aussi dans certains problèmes de malformations congénitales lors l'embryogenèse.

Dans le cadre de la fabrication de pièces structurales pour l’industrie aéronautique, de nouveaux matériaux composites à matrice céramique sont envisagés par le motoriste Safran. Lors de l’utilisation dans des environnements sévères de combustion, et sous chargement mécanique, la matrice pourra s’endommager par fissuration et la capacité du matériau à s’auto-protéger sera réduite. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but d'identifier les mécanismes prépondérants de ruine de ce type de matériaux composites en fonction de différentes sollicitations thermiques, mécaniques et environnementales. Une démarche multi-échelle a été adoptée, de manière à considérer les phénomènes à une échelle microscopique (chaque constituant) et macroscopique (synergie entre les constituants au sein du matériau). Le comportement en oxydation/corrosion du matériau composite et de chacun de ses constituants a été caractérisé puis modélisé pour être extrapolé à des environnements de combustion. Différents domaines de protection du matériau ont ainsi été mis en évidence. Dans cette même optique, le comportement thermomécanique des constituants matriciels et du composite a fait l’objet d’essais de fluage pour déterminer les paramètres d’une première modélisation, et analyser les dégradations associées. En couplant les différents résultats obtenus, il est ainsi possible d’évaluer la criticité des différents phénomènes de ruine. Des scenarii de ruine sont donc présentés. / To design and manufacture CMC structural components for aeronautics, Safran develops a new CMC grade, provided to resist severe combustion environments. Understanding this new composite material damaging and failure mechanisms is essential: environmental conditions, mechanical loading, and matrix damages, can lead to a decrease in its self-protective properties. The aim of this work is to identify prevailing high temperature degradation mechanisms of those MI SiC/SiC CMCs, depending of different thermal, mechanical and environmental stresses. To fulfill that outcome, a multi-scale approach was considered, by examining phenomena from single constituents to complex composite architecture (effects of constituents’ synergy). High temperature oxidation/corrosion behaviors of the composite material and each of its constituents were characterized, and modeled to meet representative combustion environment. Different operating areas of efficient self-protection of the composite material were therefore highlighted. In the same perspective, themomechanical behaviors of both matrix constituents and composite were experimentally explored, enabling the determination of behavior laws. Related degradations in the composite material were also analyzed. Crossing all results, it was thereby possible to evaluate kinetics and criticality of failure mechanisms: different damaging scenarios are thus proposed, depending on environmental conditions.

La peau est un organe sensoriel qui permet notamment à l’organisme de s’adapter à son environnement. Ainsi, de nombreuses fibres nerveuses sont présentes au sein de cette peau permettant de détecter différents stimuli tels que la pression, la douleur ou encore une variation de température. A la suite d’une brûlure profonde, ces terminaisons nerveuses sont détruites et la repousse de ces fibres lors du processus de cicatrisation est inadéquate conduisant à des handicaps souvent sérieux chez les patients. Dans un premier travail, la réalisation d’une brûlure chez des animaux présentant ou non une neuropathie périphérique induite par la résinifératoxine a permis d’étudier le rôle de l’innervation lors de la cicatrisation. Chez les animaux traités, une cicatrisation plus lente et un défaut de réinnervation par rapport aux animaux contrôles étaient observés. Pour approfondir le rôle de l’innervation dans la cicatrisation, des études in vitro ont ensuite été réalisées afin d’évaluer les interactions possibles entre les cellules neuronales et les fibroblastes dermiques. Même en l’absence de contacts directs, il a été montré que les cellules neuronales sont capables d’induire la différenciation des fibroblastes en myofibroblastes. Au vue de l’implication de l’innervation sur la différenciation des fibroblastes et sur la cicatrisation, il semble important de pouvoir proposer aux patients brûlés, pour leur traitement, un nouveau concept de substitut cutané favorisant une repousse axonale fonctionnelle au sein du tissu cicatriciel. / The skin is a sensitive organ which notably allows the body to adapt to its environment. Many nerve fibers are present in the skin and are implicated in the detection of various stimuli such as pressure, pain or temperature variation. After a deep burn injury, these nerve fibers are destroyed and their regrowth during the wound healing process is imperfect which induces serious disabilities for patients. In a first study, a burn model was developed on animals presenting or not a peripheral neuropathy induced with resiniferatoxin and had allowed to study the role of sensory innervation on wound healing. On animals treated with resiniferatoxin, wound healing was delayed and nerve regeneration was imperfect compared to control animals. To further investigate the role of innervation in wound healing, in vitro studies were then performed to evaluate possible interactions between neuronal cells and dermal fibroblasts. Even in the absence of direct contacts, it has been shown that neuronal cells are able to induce the differentiation of fibroblasts into myofibroblasts. Considering the involvement of innervation on the differentiation of fibroblasts and on wound healing, it seems important to provide burned patients with a new concept of skin substitute promoting functional axonal regrowth in the scar tissue.

Le retard de cicatrisation (RETCIC) est un problème clinique majeur, touchant les gens âgés, les diabétiques, drépanocytaires (DR), ou traités par les glucocorticoides (GC). Nous avons abordé les mécanismes des ulcères DR dans un modèle transgénique ayant un gène beta globine humain muté (SAD). Les souris SAD âgées ont un RETCIC corrélé au degré d'anémie et d'hemolyse, comme dans la DR humaine ; le RETCIC est lié à l'altération de l'angiogenèse cutanée et un faible recrutement de cellules endothéliales progénitrices (EPC) depuis la moelle. La sécrétion de CXCL12 dans la plaie par les kératinocytes et les cellules inflammatoires est diminuée. Fait notable, le traitement local de la plaie par des EPC ou du CXCL12 recombinant restaurent l'angiogenèse et une cicatrisation des souris SAD âgées. Nous avons ensuite abordé le rôle du récepteur minéralocorticoide dans la cicatrisation cutanée, et proposé ses antagonistes (MRA) pour améliorer le RETCIC en pathologie (traitement local GC, diabète murin); j'ai aussi participé à la démonstration de l'effet bénéfique des MRA sur l'atrophie épidermique GC-induite chez l'homme. A l'aide d'explants de peau murine et humaine, de plaies cutanées crées sur le dos de souris, et par l'analyse de la cicatrisation de biopsies chez le volontaire sain après traitement GC (étude post-hoc de l'essai SPIREPI), nous montrons que les MRA améliorent le RETCIC pathologique, et n'affectent pas la peau saine normale. Nous avons montré que l'effet bénéfique des MRA topiques implique une augmentation de la prolifération kératinocytaire et le canal sodium épithelial. Ces résultats montrent un rôle inédit et important du MR cutané dans la cicatrisation. / Impaired wound healing is a major unsolved clinical problem in aging, diabetes, sickle cell disease (SCD), glucocorticoid (GC) therapy or Cushing syndrome.First, we investigated the mechanisms underlying SCD ulcers, using SAD transgenic mouse model with mutated human beta globin. Old SAD mice displayed delayed healing correlated with the severity of anemia and hemolysis, as in human SCD, related to impaired cutaneous angiogenesis and poor endothelial progenitor cell (EPC) mobilization from the bone marrow. CXCL12 secretion by keratinocytes and inflammatory cells in SAD wounds was low. Noticeably, local wound therapy with EPCs or with recombinant CXCL12 restored wound angiogenesis and healing in old SAD mice.Second, we questioned the role of mineralocorticoid receptor (MR) in wound healing and proposed that MR blockade could improve reepithelialization in pathological situations (GC-treated skin, diabetic mouse models); I also participated to the demonstration that MR blockade limits GC-induced epidermal atrophy in human skin. We used skin explants from mouse and humans, full thickness skin wounds on the back of mice, and analyzed wound closure after skin biopsy in healthy volunteers pre-treated with GC, as a post-hoc study of the SPIREPI clinical trial. We found that MR blockers can rescue the pathological delayed wound healing while they did not modify wound closure in normal condition. We show that the improvement of GC-induced wound healing delay by MR blockade involves restoration of keratinocyte proliferation and down-regulation of the epithelial sodium channel. These results suggest an important and entirely novel role for MR in to improve delayed wound closure.

Les sophorolipides, appartenant à la famille des glycolipides produits par voie microbienne à l'échelle industrielle, possèdent un groupement COOH sensible au pH qui leur confèrent des propriétés d'auto-assemblage uniques. Dans ce travail, nous avons étudié deux variantes de cette molécules, une avec une chaîne alkyle saturée (C18:0 SL) et une avec des groupes acétyles sur la partie sucrée (C18:1a SL). Le C18:0 forme des rubans chiraux à pH < 7.5 que nous avons caractérisés avec des techniques de cryo microscopie, diffusion de la lumière, des neutrons et des rayons-X et de la RMN solide. Le composé mono-insaturé C18:1cis, étudié dans la littérature, s'auto-organise en micelles et ellipsoïdes sous les mêmes conditions que le C18:0 forme des rubans. A pH basique, la charge négative sur le COOH conduit à la formation de plaquettes pour les deux SL, C18:0 et C18:1cis. La molécule acétylée, C18:1a, ressemble dans son comportement au C18:1cis et forme des ellipsoïdes dont la longueur peut être modifiée avec le pH. Finalement, nous avons étudié l'effet du C18:0 sur la prolifération de cellules fibroblastes, pour une éventuelle application dans la cicatrisation de la peau. / Sophorolipids (SL), a family of industrially-scaled bolaform microbial glycolipids, possess a pH-sensitive COOH group and are expected to exhibit a unique self-assembly behavior. In this work, we have studied 2 different types of this molecule, whose chemical structure has been modified on the alkyl chain (leading to the saturated C18:0 SL) and on the sophorose moiety (leading to the acetylated C18:1a SL). The C18:0 SL forms chiral nanofibers only at pH below 7.5 and we have characterized them with powerful techniques such as cryo-TEM, light, neutron and X-Ray scattering and solid state NMR. Interestingly, the mono-unsaturated compound (C18:1cis) self-organizes into micelles and ellipsoids under the same conditions (pH < 7.5), as reported in the literature. At basic pH, the negative charge on the COOH group drives the self-assembly towards platelet-like objects for both, C18:0 and C18:1cis SL. The acetylated compound C18:1a resembles the C18:1cis SL and forms ellipsoids, whose length can be triggered with the pH. Finally, we have investigated cell viability tests of C18:0 SL to human cells (fibroblasts) in vitro for potential wound healing applications of this biosurfactant.