Le diabète non insulino-dépendant de type 2 demeure un problème majeur de santé publique. Cette pathologie associée au vieillissement, à la sédentarisation et à l'obésité induit un taux élevé de complications. Parmi celles-ci, le défaut de cicatrisation et plus particulièrement le syndrome du " pied diabétique " est une des causes majeures de morbidité et de mortalité chez les patients diabétiques. La compréhension de la dérégulation des mécanismes cellulaires et moléculaires du processus cicatriciel chez le diabétique représente un enjeu essentiel pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. C'est dans ce contexte que ce travail de thèse a été réalisé. La cicatrisation des plaies est un processus physiopathologique complexe, multifactoriel et dynamique visant à rétablir l'intégrité et la fonctionnalité des tissus lésés. Cette réponse biologique nécessite une orchestration et une communication précise entre les cellules inflammatoires infiltrées et les différentes populations cellulaires des tissus. De manière conventionnelle, on distingue 4 principales phases qui peuvent se chevaucher : une première étape d'hémostase généralement couplée à une phase inflammatoire précoce et arrêtée par une phase de résolution de l'inflammation. Une période de prolifération/ régénération permet la génération du nouveau tissu, et enfin, la phase de remodelage tissulaire permet au tissu de retrouver des caractéristiques d'élasticité et de souplesse proche du tissu original. Les données de la littérature suggèrent que le retard de cicatrisation des personnes diabétiques résulterait de la chronicité de la phase inflammatoire. Notre hypothèse de travail a été de démontrer que cette dérégulation était la conséquence d'un défaut majeur de la phase de résolution de l'inflammation. Notre objectif final a été d'agir sur cette phase pour accélérer le processus cicatriciel. La première étape de ce travail de thèse a consisté à mettre en place un modèle de lésions cutanées par excision chez des souris diabétiques de type 2 (en régime hyper lipidique ou déficientes pour le récepteur de la leptine, db/db). Ce modèle expérimental, combiné à la mise au point d'un dispositif médical innovant nous a permis (i) de recueillir stérilement les cellules et l'exsudat produit au niveau de la lésion cutanée, (ii) d'évaluer les caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles des cellules de l'exsudat et (iii) d'évaluer le taux des médiateurs pro- et anti-inflammatoires au cours du temps. L'ensemble de ce travail a pu être réalisé en préservant l'environnement du tissu cicatriciel. Cette première étape a débouché sur le dépôt de 2 brevets en décembre 2011 (FR 2984719 - FR 2984722) suivi de leur extension Européenne l'année suivante. Cette approche expérimentale nous a permis de démontrer que la dérégulation du processus cicatriciel de souris diabétiques de type II était due, à une forte infiltration au niveau de la lésion de polynucléaires neutrophiles, de macrophages inflammatoires M1 et à un défaut d'afflux de macrophages anti-inflammatoires M2. Tout cela était associé à un défaut d'apoptose des cellules inflammatoires et de leur efférocytose. Ces dérégulations signent un défaut de résolution de l'inflammation que nous avons pu valider par la mise en évidence au niveau de l'exsudat inflammatoire et du tissu cicatriciel d'un excès de leucotriène B4 (LTB4) (métabolite de l'acide arachidonique pro-inflammatoire provenant de la voie de la 5-lipoxygénase) au dépend de la lipoxine A4 (LXA4) (métabolite de l'acide arachidonique anti-inflammatoire produit par les voies des 5-LOX et 12/15-LOX). Ces résultats acquis, nous nous sommes attachés à cibler, par une approche pharmacologique originale, la phase de résolution de l'inflammation pour favoriser la fermeture des plaies des souris diabétiques. / Non-insulin dependent type 2 diabetes is a major public health problem due to its prevalence and the high rate of its degenerative complications. Among these problems, healing disorders and more particularly "diabetic foot" ulcers are one of the leading cause of morbidity and mortality of diabetic patients. The understanding of the deregulation of cellular and molecular mechanisms of the wound healing process in diabetic patients is a key issue for the development of new therapeutic strategies. This work was carried out in this context. Wound healing is a physiological multifactorial and dynamic process aiming to the restoration of the integrity and functionality of injured tissue. This complex biological response requires an orchestration and a precise communication between immuno-inflammatory cells and resident cells in the wound tissue. This process can be divided into four distinct but overlapping phases: an inflammatory phase involving the initial stage of hemostasis arrested by a resolution phase of inflammation; a proliferative/regeneration stage and finally a tissue remodeling phase. Data from the literature suggest that the delayed healing in diabetic patient is principally due to chronic inflammation. Our hypothesis was to demonstrate that deregulation was the result of a major impairment of the resolution phase of inflammation. Our ultimate aim was to influence this phase to accelerate the healing process in diabetic mice. The first step of this study was to develop a new cutaneous excisional wound model in type 2 diabetic mice (in High Fat Diet or leptin receptor deficiency mice db/db). Associated with the development of an innovative device, this model allowed us (i) to treat the wound and follow the wound healing evolution (ii), to collect in aseptically condition and over time the secreted exudate, (ii) to evaluate the phenotypic and functional characteristics of exudate cells and to measure the amount of pro-and anti -inflammatory mediators. This first step leads to the publication of two patent applications (filed in December 2011 and published under the references FR 2984719 and FR 2984722). Our experimental approach demonstrate that the impaired wound healing process in type 2 diabetic mice was due to a strong neutrophil and inflammatory macrophage M1 infiltration, and a lack of influx of anti-inflammatory macrophages M2. All this is associated with a failure in the inflammatory cells apoptosis and efferocytosis. These dysregulations sign a default of resolution of inflammation that we have quantified by the measure of excessive leukotriene (LT) B4, (a proinflammatory arachidonic acid (AA) metabolite from the 5-lipoxygenase pathway) in both exudate and scar tissue, at the expense of the lipoxin (LX) A4 (an anti-inflammatory AA metabolite formed from LTA4 by 12/15-LOX). With an original pharmacological approach, we target the resolution of the inflammatory phase to promote wound closure in diabetic mice. For this we have decided to use topical application of acetylsalicylic acid on the wound (AAS-aspirin), 3 days after the establishment of the skin lesion. We demonstrate that aspirin accelerates wound closure in diabetic mice.

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.

L’objectif principal de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation in vitro et in vivo de différents nanovecteurs plus spécifiquement les nanoparticules spécifiques pour le traitement de la mélanome et β-lapachone-lipossomale incorporée dans des hydrogels de biopolymère pour la cicatrisation de blessures topiques. La première étape de cette thèse a consisté en la révision de la littérature liées aux résentes avancées sur les nanoparticules pour le ciblage d’agents thérapeutiques pour des cellules circulantes et des mésenchymateuses de mélanomes. De plus, cette révision a approfondi la connaissance sur les principaux biomarcateurs qui étaient déjà identifiés dans ces cellules et quelles caractéristiques des nanovecteurs peuvent influencer leur performance in vivo. Dans la phase expérimentale, les nanoparticules ont été développées en utilisant la méthode de nanoprécipitation de polymères dérivés du poli(γ-benzyl-L-glutamate). Ensuite, des immuno-nanoparticules combinées avec l’anticorps MART-1 spécifique pour les cellules de mélanome, ont été obtenues par le lien streptavidine-biotine. La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été évaluée par western blot. Les nanoparticules ont été caractérisées et évaluées in vitro dans des cellules de mélanome B 16-GFP et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs), l’activation de complément a été recherchée par la technique d’immunoélectrophorèse bidimensionnelle. Les nanoparticules ont présenté des tailles comprises entre 20 et 100 nm et une charge négative (-3 à -30 mV). La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été observée par la technique western blot et confirmée par les altérations de la taille et de la charge de superficie des particules. Les nanoparticules développées n’ont pas été capables d’activer le systhème complémentaire étant considérées de longue circulation sanguine. Pour l’analyse in vitro, les nanoparticules n’ont pas présenté de cytotoxixité lorsqu’elles ont été testées dans des cellules de mélanome ou dans des cellules normales endothéliales. Lors des tests de capture cellulaire, les immuno-nanoparicules, qui contenaient l’anticorps spécifique pour la reconnaissance de l’antigène surexprimé dans des cellules de mélanome, ont présenté une augmentation de 40 à 50% lors de la capture pour ces cellules, cela indiquant une plus grande spécificité de ce nanovecteurs. La deuxième partie de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation de l’activité cicatrisante in vivo de β-lapacho encapsulé dans des liposomes multilamellaires incorporés dans de l’hydrogel de biopolymère produit par la bactérie Zoogloea sp. (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC a présenté un pH et un comportement rhéologique approprié pour l’application topique, ainsi qu’un profil de libération plus lent de la β-lapachone à partir de l’hydrogel. Les analyses hystopotologiques de l’activité cicatrisante in vivo ont montré que le véhicule hydrogel de biopolymère a été capable de stimuler les réparations du tissu, augmenter la cellularité locale, les fibroblastes, les cellules inflamatoires, les vaisseaux sanguins et les fibrilles de collagène pendant la phase proliférative de la cicatrisation. De plus, β-lap-Lipo/ZBP/HEC a favorisé une augmentation de l’angiogenèse locale et une dimminution de l’inflamation de la blessure. Ces résultats ont montré le potentiel de l’application topique de β-lap-Lipo/ZBP/HEC pour la thérapie des lésions. Pour conclure, cette thèse a contribué au développement de nanovecteurs promisseurs ayant différentes applications biologiques et formes d’administration, comme le traitement systémétique de la mélanome et l’action topique lors de la cicatrisation des blessures / This thesis had as general objective the development, characterization and evaluation in vitro or in vivo of different nanocarriers, specifically site-specific nanoparticles for the treatment of melanoma and liposomal-hydrogel containing β-lapachone for topical wound healing. The first part of this thesis consisted in a literature review about the recent advances in nanoparticles for the targeting of therapeutic agents to circulating and mesenchymal melanoma cells. In addition, this review deepened the knowledge about the main biomarkers identified in these cells and which characteristics of nanocarriers may influence on their in vivo performance. In the experimental phase, nanoparticles were developed through the nanoprecipitation method of polymers derived from poly (γ-benzyl-L-glutamate). Next, immunonanoparticles conjugated with MART-1 antibody specific for melanoma cells were obtained through the streptavidin-biotin binding. The conjugation of this antibody on the nanoparticles surface was evaluated by western blot. The nanoparticles were characterized and evaluated in vitro in B16-GFP melanoma cells and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and the complement activation was investigated by bidimensional immunoelectrophoresis. The nanoparticles presented sizes between 20 and 100 nm and negative surface charge (-3 to -30 mV). The conjugation of antibody on the nanoparticle surfaces was detected by the western blot technique and confirmed by the changes in particle size and surface charge. The developed nanoparticles were not able to activate the complement system being considered long blood circulation. Regarding the in vitro analysis, the particles did not show cytotoxicity when tested in melanoma cells or normal endothelial cells. In the cell capture assays, the immunonanoparticles, containing a specific antibody for the recognition of the overexpressed antigen in melanoma cells, showed an increase of 40 to 50% in the uptake for these cells, indicating a specificity of this nanocarrier. The second part of this thesis consisted of the development, characterization and evaluation of the in vivo wound healing activity of β-lapachone encapsulated in multilamellar liposomes and incorporated in a biopolymer hydrogel produced by Zoogloea sp (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC presented pH and rheological behavior suitable for topical application, as well as a slower release profile of β-lapachone through the hydrogel. Histopathological analyzes of the healing activity in vivo, showed that the biopolymer hydrogel vehicle was able to stimulate tissue repair, with the increase of local cellularity, fibroblasts, inflammatory cells, blood vessels and collagen fibers, during the proliferative phase of wound healing. In addition, β-lap-Lipo/ZBP/HEC promoted an increase in local angiogenesis and a decrease of inflammation at the wound site. These results demonstrate a promising topical application of β-lap-Lipo/ZBP/HEC for wound therapy. In conclusion, this thesis contributed for the development of promising nanocarriers with different biological applications and administration routes, such as systemic treatment of melanoma and topical action in wound healing.

L’auto-cicatrisation des fissures des matériaux cimentaires présente un intérêt important pour améliorer leur durabilité (propriétés de transfert par exemple). L’impact du laitier de haut-fourneau sur ce phénomène a été peu étudié bien qu’il ait été observé sur des ouvrages du Génie Civil. Dans cette étude, la cinétique et l’amplitude de l’auto-cicatrisation ont été suivies par des essais non destructifs : la tomographie aux rayons X et la perméabilité à l’air, pour une fissuration créée à 7 jours et à 28 jours. Les résultats montrent que le laitier de haut-fourneau possède un potentiel d’auto-cicatrisation intéressant pouvant dépasser les résultats obtenus pour les formulations de référence sans laitier. Ce bon potentiel dépend des caractéristiques physicochimiques des matériaux brutes et du potentiel d’hydratation de la formulation au cours du temps. De plus pour suivre l’auto-cicatrisation, un nouvel essai a été mis en place afin de fissurer les éprouvettes de mortier par retrait gêné et d’étudier l’auto-cicatrisation d’une fissure naturelle. Cet essai s’est avéré efficace sur la formulation de référence. Une caractérisation des produits de cicatrisation par MEB-EDS témoigne de la formation de nouveaux produits dans les fissures et de l’impact important des conditions de stockage sur le type de produits formés: des C-S-H pour un stockage sous eau et des carbonates de calcium pour un stockage en chambre humide (CO2 + eau). Les résultats de migration aux chlorures de nano-indentation montrent que ces produits de cicatrisation possèdent de bonnes propriétés de durabilité et des propriétés mécaniques à l’échelle microscopique intéressantes (pour le carbonate de calcium). Enfin, une modélisation du phénomène d’auto-cicatrisation est proposée au moyen du code de calcul de géochimie PHREEQC. L’étude a révélé le potentiel intéressant de PHREEQC pour modéliser l’auto-cicatrisation et en faire un outil de prédiction du phénomène. / Self-healing of cementitious materials presents great interest to improve the durability of concrete structure (transfer properties for example). The impact of blast-furnace slag on this phenomenon is not yet clear even if the self-healing of concrete with blast-furnace slag was observed in building sites. To understand the blast-furnace slag influence, non-destructive methods were used to follow self-healing: X-ray tomography and gas permeability test. All specimens were cracked at 7 days and 28 days. The results show that the blast furnace slag has an interesting self-healing potential that can exceed the reference formulation results. This good potential depends on the physico-chemical characteristics of the raw materials and the hydration potential of the formulation over time. In addition to follow the self-healing, a new trial was set up to crack mortar specimens by restrained shrinkage and study the self-healing of a natural crack. In addition to follow the self-healing, a new trial was set up to crack mortar specimens by restrained shrinkage and study the self-healing of a natural crack. This test has proven effective over the reference formulation.The SEM with EDS analysis showed the formation of new products in the crack and the impact of storage conditions on these products : C-S-H for specimens stored in water and calcium carbonate for specimens stored in a damp chamber (CO2 + water). Migration chlorures and nano-indentation tests results showed that self-healing products had interesting durability properties and micro-mechanical properties (for calcium carbonate). Finally, self-healing modelling is proposed by means of geochemistry PHREEQC calculation code. The study revealed interesting potential PHREEQC to model self- healing phenomenon and make it a of predictive tool.

Ce travail concerne l’étude des propriétés biologiques d’hydrogels physiques bicouches de chitosane, dont l’usage est destiné à la cicatrisation des brûlures du 3ème degré. L’étude bactériologique a révélé que les dispositifs présentaient des propriétés bactériostatiques voire bactéricides de grand intérêt pour l’application visée. L’étude à long terme de la cicatrisation en présence des hydrogels physiques bicouches de chitosane a montré que ces dispositifs permettent la reconstruction d’un tissu bien organisé, bien vascularisé et aux propriétés mécaniques et esthétiques similaires à celles d’un tissu sain. L’avantage thérapeutique du dispositif proposé est que le système hydrogel n’a pas à être remplacé au cours de la cicatrisation, contrairement aux pansements traditionnels qui nécessitent d’être changés régulièrement, impliquant risques d’infection, douleurs et altération du tissu en formation. Le tissu cutané a été étudié au cours de ce travail à différentes échelles et selon différentes approches complémentaires : une approche esthétique et clinique (photos, calques), mécanique (tests de traction), histologique et immuno-histologique, et enfin nanostructurale grâce à l’utilisation conjointe de la microscopie électronique et de la diffusion des rayons X aux petits angles. L’étude histologique détaillée des interactions biologiques entre le tissu hôte et le dispositif a permis de valider son caractère biocompatible, biorésorbable et colonisable, et d’envisager son utilisation en ingénierie tissulaire en tant que milieu à gradient de propriétés biologiques, favorable au développement de néo-tissu cutané. / This work deals with the study of the biological properties of bi-layered chitosan physical hydrogels within the context of third degree burns healing. These materials are elaborated thanks to the combination of two different gelification processes, without the use of any kind of chemical cross-linking agent. Chitosan physical hydrogels exhibit interesting antibacterial properties towards Gram+ and Gram- bacteria. Long term healing study shows that the use of physical hydrogels lead to a well-organized and well-vascularised regenerated skin, whose mechanical and aesthetic properties are similar to those of native skin. The main clinical benefit of this device is that it could be maintained during the all healing time, so as to prevent the risk of infection, the pain and the damages of neo-formed tissues. Skin has been studied with several approaches, namely aesthetic, clinical, mechanical, histological, immunohistological, and nanostructural (Small Angle X-ray Scattering) approaches. The detailed histological investigations confirm bi-layered hydrogels bioactivity and cellularizability: such devices can be considered as favourable media for tissue engineering.

Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la réépithélialisation des plaies cutanées, des expériences ont été réalisées chez la souris et à l'aide d'un nouveau modèle tridimensionnel humain issu du génie tissulaire. Bien qu'ayant eu lieu en fonction du temps, les expériences réalisées montrent que les changements, qui se produisent lors de la réépithélialisation, dépendent de la localisation des cellules dans l'épiderme en régénération. L'étude de l'expression des protéines de stress chez la souris révèle que chacune possède son propre patron d'expression au long de l'épiderme en régénération : Hsp60 et Hsp70 semblent associées à la prolifération des kératinocytes; Hsp27 et Hsp90, à leur différenciation. Les observations recueillies avec le modèle in vitro de guérison des plaies suggèrent deux mécanismes complémentaires de réépithélialisation : 1) le déplacement passif des couches superficielles à partir des marges de la plaie; 2) la régénération épidermique au centre des plaies à partir de la prolifération des kératinocytes locaux et leur migration les uns par-dessus les autres afin de faire progresser l'épiderme en régénération.

Les médicaments botaniques, y compris ceux utilisés en médecine traditionnelle chinoise (MTC), traitent depuis longtemps les maladies cardiovasculaires où la dysfonction endothéliale est un facteur de risque bien établi. Dans la littérature, il existe de nombreux rapports sur les avantages dans la clinique et la santé des médicaments ou des préparations botaniques pour le système cardiovasculaire. Il a été indiqué que des médicaments botaniques, en particulier ceux ayant une capacité antioxydante puissante, protègent les cellules endothéliales (CE) en culture contre les radicaux libres et les oxydants. Cependant, il y a peu de recherches sur les médicaments botaniques dans le contexte de la cicatrisation et de la régénération tissulaire. Cette thèse a étudié quatre médicaments botaniques enregistrés dans la MTC pour explorer leurs effets sur la croissance des CE vasculaires et l'angiogenèse, deux événements activement impliqués dans la cicatrisation et la régénération tissulaire. Dans la première partie de la thèse, des cellules endothéliales ombilicales humaines (HUVEC) ont été cultivées en présence de différentes doses d'extrait d'astragale en forme de poudre, d'injection d'astragale, d'injection de puerarin et de proanthocyanidine. Parmi les quatre médicaments, la proanthocyanidine a montré un effet puissant sur la viabilité cellulaire et stimulé la croissance cellulaire d'une manière dépendante de la dose. En dehors de la gamme de doses efficaces, la proanthocyanidine était inefficace ou cytotoxique. Fait important, la proanthocyanidine testée était capable de maintenir une viabilité cellulaire comparable aux cellules supplémentées avec le milieu spécifique pour les CE avec un niveau bas ou normal de sérum, ce qui suggère le potentiel de la proanthocyanidine en tant que stimulateur de croissance et réactif angiogénique. Dans la seconde partie de la thèse, des études mécanistiques ont été réalisées en bloquant à la fois les récepteurs du facteur de croissance des cellules endothéliales (VEGFR) et les récepteurs du facteur de croissance des cellules épithéliales (EGFR). Cependant, les bloqueurs ont été inefficaces pour réduire l'effet stimulant de la proanthocyanidine sur les CE. En conséquence, il est conclu que la proanthocyanidine stimule probablement la croissance des CE à travers des récepteurs membranaires autres que VEGFR et EGFR. Dans la troisième partie de la thèse, il a été montré que la proanthocyanidine pouvait être chargée dans un cryogel d'alcool polyvinylique, puis libérée du gel à une concentration dans la gamme de la dose efficace. Ceci a démontré la faisabilité d'une libération lente de proanthocyanidine à partir d'un support polymérique. Enfin, la propriété angiogénique de la proanthocyanidine a été testée sur un modèle de membrane chorioallantoïque d'embryon de poulet (CAM), montrant que ce médicament botanique était capable de stimuler le développement du système vasculaire. Cette thèse a donc démontré pour la première fois que la proanthocyanidine est capable de moduler l'activité des CE humaines, particulièrement de réguler positivement l'activité et la croissance des CE en l'absence de facteurs de croissance, et que la proanthocyanidine peut être utilisée comme réactif angiogénique et libérée d'un support de médicament synthétique. En somme, cette thèse a démontré que les médicaments botaniques en médecine traditionnelle chinoise peuvent être utilisés comme substituts pour produits protéiques pour maintenir les cellules en culture et induire l'angiogenèse pour la cicatrisation et la régénération tissulaire. / Botanic drugs including those used in traditional Chinese medicine (TCM) have a long history of treating cardiovascular diseases, of which endothelial dysfunction is well established as a risk factor. In literature there exist extensive reports about the clinic and healthy benefits of botanic drugs or preparations to the cardiovascular system. Botanic drugs particularly those with potent antioxidative capacity have also been reported to protect endothelial cells (EC) in culture against free radicals and oxidants. However, there is little research about botanic drugs in the context of wound healing and tissue regeneration. This thesis studied four botanic drugs recorded in TCM to explore their effects on vascular EC growth and angiogenesis, two events actively involved in wound healing and tissue regeneration. In the first part of the thesis, human umbilical endothelial cells (HUVEC) were cultured in the presence of different doses of astragalus powder extract, astragalus injection, puerarin injection, and proanthocyanidin. Among the four drugs, proanthocyanidin showed a potent effect on cell viability and stimulated cell growth in a dose dependent manner. Outside the effective dose range proanthocyanidin was either ineffective or cytotoxic. Importantly, the proanthocyanidin under test was able to maintain a cell viability comparable with the cells supplemented with the commercially available EC growth medium at both low and normal serum conditions, which suggests the potential of proanthocyanidin as an EC growth stimulator and an angiogenic reagent. In the second part of the thesis, mechanistic studies were performed by blocking both endothelial cell growth factor receptors (VEGFR) and epithelial cell growth factor receptors (EGFR). However, the blockers were ineffective in reducing the stimulatory effect of proanthocyanidin on EC. Therefore it is concluded that proanthocyanidin stimulates EC growth through membrane receptors other than VEGFR and EGFR. In the third part of the thesis, it was shown that proanthocyanidin could be loaded into polyvinyl alcohol cryogel and then released from the gel at a concentration within the effective dose window. This demonstrated the feasibility of drug releasing of proanthocyanidin. Finally, the angiogenic property of proanthocyanidin was tested in chick embryo chorioallantoic membrane (CAM) model, showing that this botanic drug was capable of stimulating vasculature development. Preliminary data in rat subcutaneous model also support the angiogenic potential of proanthocyanidin. This thesis therefore demonstrated for the first time that proanthocyanidin was capable of modulating the activity of human EC and in particular upregulating EC activity and growth in the absence of growth factors, and that proanthocyanidin may be used as an angiogenic reagent and released from a synthetic drug carrier. Consequently, this thesis has demonstrated that botanic drugs in traditional medicine may be used as substitutes of protein products to maintain cells in culture and to induce angiogenesis for wound healing and tissue regeneration.

Au cours de la cicatrisation cutanée, la production et le remodelage de la matrice extracellulaire (MEC) sont des étapes importantes modulées par les communications entre les cellules. Les microvésicules (MV) produites par les myofibroblastes humains de plaie cutanée contiennent des molécules potentiellement impliquées dans la cicatrisation pouvant être transmises à d'autres cellules. Mon hypothèse est que les MV stimulent la production/remodelage de la MEC par les fibroblastes. Le but de cette étude est d'évaluer l'effet potentiel des MV sur les différents paramètres liés à la MEC et de déterminer les molécules signalétiques responsables de ces effets. Nous avons d'abord évalué les contacts possibles entre les fibroblastes et les MV. Des fibroblastes ont été traités avec des MV fluorescentes et la quantification de la fluorescence des fibroblastes a ensuite été réalisée par cytométrie en flux. Le dosage de 45 cytokines par ELISA multiplex sur des échantillons de MV a été réalisé. Des fibroblastes de peau ont été cultivés en présence de MV et de cytokines purifiées. Après les traitements, les paramètres liés à la MEC ont été étudiés: croissance cellulaire par comptage cellulaire, sécrétion de procollagène I dosée par ELISA, activité des métalloprotéinases sécrétées déterminée par un test enzymatique et expression de l'α-smooth muscle actine (α-SMA) évaluée par cytométrie en flux. Enfin, les fibroblastes ont été traités avec des MV prétraitées avec des anticorps neutralisant une cytokine afin de valider l'action de celle-ci sur le mécanisme étudié. L'incubation de fibroblastes avec des MV fluorescentes a augmenté la fluorescence des cellules, suggérant une absorption des MV par les fibroblastes. Le PLGF-1 (Facteur de croissance placentaire 1) est la cytokine détectée dans les MV en plus grande quantité. Le traitement des fibroblastes avec des MV ou avec le PLGF-1 stimule faiblement leur croissance sans modifier le taux d'α-SMA ou de métalloprotéinases. Par contre, il stimule significativement la migration cellulaire et la sécrétion de procollagène. La neutralisation du PLGF-1 au niveau des MV inhibe cette sécrétion de procollagène. Nos résultats suggèrent que les MV peuvent participer à la régulation de la MEC en stimulant les fibroblastes à produire du collagène. Ces résultats représentent une opportunité de mieux comprendre comment les MV et les myofibroblastes de plaie peuvent contribuer à la cicatrisation des plaies. / During normal wound healing, production and remodeling of the extracellular matrix (ECM) are important steps modulated by cell-to-cell communications. Microvesicles (MVs) produced by human skin wound myofibroblasts (Wmyos) contain molecules involved in healing that can be transmitted to other cells. My hypothesis is that MVs stimulate the production/remodeling of ECM by fibroblasts. The purpose of this study is to evaluate the potential effect of MVs on various parameters related to the ECM and to determine the signalling molecules responsible for these effects.We first evaluated the possible contacts between fibroblasts and MVs. The fibroblasts were treated with fluorescent MVs and quantification of cell fluorescence was then performed by flow cytometry. A multiplex ELISA assay of 45 cytokines was performed on MV samples. The fibroblasts were cultured in the presence of MVsand purified cytokines. After the treatments, parameters related to the ECM were studied: cell growth assessed by cell count, secretion of procollagen I determined by ELISA, activity of the secreted metalloproteinases determined by an enzymatic test and expression of the α-smooth muscle actin (α-SMA) evaluated using flow cytometry. Finally, the fibroblasts were stimulated with MVs pretreated with antibodies neutralizing cytokines to verify their action on the studied mechanism.Incubation of fibroblasts with fluorescent MVs increased cell fluorescence suggesting an uptake of MV by the fibroblasts. The cytokine detected at the highest level in MVs was PLGF-1. Treatment of fibroblasts with MVs or with PLGF-1(Placental growth factor 1) weakly stimulated cell growth without altering the level of α-SMA or metalloproteinases. On the other hand, these treatments significantly stimulated cell migration and procollagen secretion. The neutralization of PLGF-1 on MVs inhibited this secretion.Our results suggest that MVs can participate in the regulation of ECM by stimulating fibroblasts to produce collagen.These results represent a promising opportunity to better understand how MVs and myofibroblasts of normal wounds can contribute to wound healing.

La PARP-1 est une enzyme nucléaire qui modifie de façon post-traductionnelle plusieurs protéines nucléaires via son activité de poly(ADP-ribosyl)ation, souvent en réponse aux bris de l'ADN. Elle est ainsi impliquée dans plusieurs fonctions cellulaires vitales, incluant la réparation de l'ADN, la prolifération, la différenciation ainsi que la transcription de l'ADN pour n'en nommer que quelques- unes. Les promoteurs humains, de rat, de souris et de Drosophile du gène de la PARP-1 ont été clones et démontrent une structure commune aux gènes constitutifs (housekeeping). La transcription du gène de la PARP-1 est en partie régulée positivement par les facteurs de transcription Sp1 et Sp3 et négativement par le facteur de transcription NFI. Nous avons récemment démontré que les niveaux d'expression de la PARP-1, Sp1 et Sp3 sont fortement modulés par l'état de la densité et de la différenciation cellulaire chez des cultures primaires de cellules épithéliales de cornée de lapin (CECL). Par conséquent, la PARP-1 pourrait jouer un rôle durant la cicatrisation cornéenne puisqu'elle est fortement influencée durant les événements de migration, prolifération et différenciation qui caractérisent ce phénomène. La PARP-1 joue un rôle d'autant plus spécifique durant la cicatrisation cornéenne. En plus d'être influencée par la densité et la différenciation cellulaire, son expression est également fortement influencée par la présence de la fibronectine (FN). La FN, une protéine de la matrice extracellulaire, est sécrétée de façon massive durant la cicatrisation de l'épithélium cornéen. Considérant la relation étroite qui existe entre l'expression de la PARP-1 et de Sp1, nous avons également envisagé la possibilité que Sp1 soit une cible potentielle de la poly(ADP-ribosyl)ation par la PARP-1. PARP-1 pourrait ainsi réguler la transcription de son propre gène. En conclusion, notre étude a démontrée par quels mécanismes moléculaires la PARP joue son rôle durant la cicatrisation de l'épithélium cornéen. La PARP-1 pourrait ainsi constituer un modérateur de l'expression génique durant la phase hautement prolifique qui caractérise la cicatrisation cornéenne. / Poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) is a nuclear enzyme that post-translationally modifies a variety of proteins through its poly(ADP-ribosyl)ation activity in response to DNA strand break. PARP-1 is thus involved in several vital cellular functions such as DNA repair, cell proliferation and differentiation as well as DNA transcription. The promoter from the human, rat, mouse and Drosophila PARP-1 genes have been identified and cloned. Each of them has a structure common to housekeeping genes. PARP-1 gene transcription is positively regulated by the positive transcription factors Sp1 and Sp3 whereas it is repressed by members of the nuclear factor-l (NFI) family of transcription factors. We recently demonstrated that PARP-1, Sp1 and Sp3 expression was similarly influenced by both cell density and cell differentiation in primary cultures of rabbit corneal epithelial cells (RCECs). Because it may influence the migration, proliferation and differentiation properties of the epithelial cells from the cornea, PARP-1 may therefore play a significant function during corneal wound healing as well. We recently demonstrated that fibronectin, a major component from the extracellular matrix that is transitorily expressed during corneal wound healing, positively influenced the expression and DNA binding of Sp1 in RCECs. Similarly, PARP-1 gene expression strongly responded (positively) to the presence of FN in tissue culture plates, a further evidence that link PARP-1 expression to corneal wound healing as FN is massively secreted during that process. Moreover, and considering the close relationship between PARP-1 and Sp1 expression, we hypothesized that Sp1 could represent a potential targetfor poly(ADP-ribosyl)ation by PARP-1 and thereby alter its overall regulatory influence. We indeed demonstrated that Sp1 could be added polymers of ADPribose by PARP-1, a post-translational modification that also resulted in restricting the positive regulatory influence Sp1 might exert on its downstream target genes. In conclusion, PARP-1 indeed seems to be a potent regulator of gene expression during the highly proliferative phase that characterizes corneal wound healing.

Dès les premières heures suivant une lésion à l’épithélium cornéen, d’importantes quantités de fibronectine (FN) sont sécrétées dans la membrane basale, tandis que l’expression des laminines (LMs) et des collagènes (principalement le type IV) diminue temporairement pour réapparaitre une fois la lésion recouverte. L’intégrine α5β1 joue un rôle majeur dans la cicatrisation cornéenne en favorisant l’adhésion et la migration des cellules épithéliales de cornées (CEC) sur la matrice temporaire de FN. Notre laboratoire étudie la modulation d’expression du gène codant pour la sous-unité α5 par les composantes de la matrice extracellulaire (MEC) durant la cicatrisation de l’épithélium cornéen. Des travaux antérieurs réalisés dans notre laboratoire ont permis de démontrer que la FN exerce une influence positive sur l’activité transcriptionnelle du promoteur du gène α5, tandis que la LM exerce une influence négative dans des CEC de lapins. Toutefois, l’étude des influences individuelles des collagènes ou des effets combinés des matrices complexes n’avait jamais été entreprise à ce jour. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de démontrer que les matrices extracellulaires complexes, composées de FN et de différents types de collagènes, exercent une influence positive sur l’expression du gène α5 dans des CEC humaines. Ces influences de la MEC résultent de modifications dans l’expression et les activités de liaison à l’ADN des facteurs de transcription NFI, Sp1, AP-1 et Pax-6. À l’inverse, les matrices simples de collagènes exercent une influence négative sur l’expression du gène α5 dans les CECs ce qui suggère qu’une des multiples actions des collagènes pourrait être de ralentir la migration et la prolifération des cellules épithéliales afin de permettre leur différenciation dans les couches supérieures de l’épithélium cornéen. Nous avons également démontré la présence d’une région distale conservée de 300 nucléotides située en amont des gènes codant pour les sous-unités d’intégrines α3, α5, α9 et αv. Cette région conservée porte plusieurs éléments de régulation (positifs et négatifs) qui contribuent à la modulation fine de l’expression du gène α5. Outre les gènes pour certaines intégrines, la MEC modifie profondément l’expression de plusieurs gènes codant, entre-autre, pour des métalloprotéinases matricielles (MMPs) et diverses composantes de la MEC. / Upon corneal injury, it is the massive secretion of fibronectin (FN) that characterizes the very first changes occurring in the basement membrane (BM) while in the meantime laminin (LM) and collagens (mostly type IV) temporarily disappear and then sequentially reappear once the denuded corneal area is completely covered. The FN binding integrin α5β1 plays a major role in corneal wound healing by promoting epithelial cell adhesion and migration over the temporary FN matrix. Over the past few years, our laboratory investigated the mechanisms by which the extracellular matrix (ECM) components may alter the expression of the α5 integrin subunit gene during corneal wound healing. While FN was found to positively regulate the expression of the α5 gene promoter, LM surprisingly repressed its transcription in rabbit corneal epithelial cells. However, the individual influences of collagens, or the combinatorial influence of a more complex tissue-engineered ECM had yet to be determined. In this thesis, we demonstrated that the reconstructed ECM, which is enriched in several types of collagens and FN, exerts a positive influence on the expression of the α5 gene in human corneal epithelial cells as a result of alterations in the expression and DNA binding of the transcription factors NFI, Sp1, AP-1 and Pax-6. On the other hand, collagens most usually acted negatively on the expression of the α5 integrin gene in corneal epithelial cells (CECs). One can then speculate that a particularly important function of the corneal BM collagens would consist to inform CECs that cell migration is no longer required, allowing them to differentiate vertically into suprabasal epithelial cells. We also demonstrated that a 300 bp conserved 5’-distal region present in the α3, α5, α9 and αv integrin subunit gene promoter sequences contains several target sites for positive and negative transcription factors that may prove important for fine-tuned regulation of α5 gene transcription. In addition, the ECM components also cause important changes in the expression of other genes, such as those encoding matrix metalloproteinases (MMPs) and various ECM components.