Cette thèse s’est articulée autour de l’élaboration de revêtements surfaciques à base de polymères et de composants naturels. Dans un premier projet, des surfaces mécano-sensibles pour des applications de libération de molécules bioactives ont été élaborées. Des films de multicouches polyélectrolytes constitués d'une strate « réservoir » permettant le chargement d’une molécule bioactive, le paclitaxel, et d'une strate « barrière » mécano-sensible recouvrant ce réservoir et confinant le paclitaxel ont été élaborés. Lors de la mise sous étirement du film, la barrière est rendue perméable vis-à-vis d'une enzyme présente dans le surnageant. Cette enzyme induit ensuite la dégradation enzymatique du « réservoir » et la libération du paclitaxel. Dans un second projet, des substrats cellulaires nourriciers ont été réalisés à partir de films minces de gélatine réticulés mimant la matrice extracellulaire. Ces films peuvent être chargés: 1) en facteurs de croissance, ce qui permet de s'affranchir ensuite de l'ajout de ces molécules dans le milieu de culture; 2) en nanoparticules afin de moduler les propriétés mécaniques des films; 3) en agents antimicrobiens pour assurer une stérilité de la culture cellulaire. Ainsi, ces substrats aux propriétés biochimiques et biophysiques modulables permettent un contrôle précis du microenvironnement cellulaire. / This PhD work is about designing surface coatings with polymers and natural compounds. In the first project, mechanosensitive surfaces have been developed for drug release applications. Polyelectrolyte multilayer films have been designed with i) one reservoir strata for the loading of a bioactive molecule, paclitaxel, and ii) one mechanosensitive barrier strata on top of the reservoir to confine the molecule. When a mechanical stretch is applied on the structure, the barrier becomes permeable and enables the diffusion of an enzyme within the film.This enzyme degrades the reservoir strata and triggers the release of paclitaxel. In a second project, ECM-mimicking feeder substrate has been developed with crosslinked gelatin thin films. These films can be loaded with: i) growth factors to prevent any further addition of these compounds in the culture medium; ii) nanoparticles to modulate mechanical properties of the substrate; iii) antimicrobial agents to ensure sterility during cell culture experiments. Finally, these substrates have some biochemical and biophysical tunable properties that enable the precise control of cell microenvironment.

Actuellement, il est largement reconnu que la décision des cellules souches de maintenir leur caractère souche ou se différencier vers une lignée spécialisée dépend particulièrement de la nature de leur microenvironnement, appelé niche cellulaire. Une des composantes essentielles de cette niche cellulaire est la matrice extracellulaire (MEC), qui au-delà de sa fonction de support cellulaire, détermine le devenir des cellules souches en fonction de sa composition biochimique, sa structure et sa localisation. D’un point de vue rationnel, un biomatériau destiné à remplacer la fonction d’un tissu endommagé doit non seulement jouer le rôle d’échafaudage cellulaire mais également mimer les propriétés de la MEC dans son ensemble. Malheureusement, il est extrêmement difficile de concevoir des biomatériaux mimétiques de la MEC naturelle tenant compte de sa complexité structurelle et fonctionnelle. Pour pallier à cette problématique, il semble nécessaire d’effectuer un travail en amont de déconstruction/reconstruction de la complexité de la MEC en étudiant l’effet individuel puis combiné de ses propriétés sur la différenciation des cellules souches. Ce projet de doctorat rentre dans le cadre de ce travail et vise à déterminer le rôle spécifique ou concomitant de différentes propriétés inhérentes à la MEC sur la différenciation ostéoblastique des cellules souches mésenchymateuses humaines (hCSMs). En effet, nous avons évalué l’effet de la composition biochimique de la MEC et la distribution spatiale des ligands sur la différenciation des hCSMs, en fonctionnalisant la surface d’un matériau modèle avec les peptides RGD et/ou BMP-2, distribués d’une manière aléatoire ou structurée. / Actually, it is well-established that maintaining the stemness character of stem cells or eliciting their lineage-specific differentiation is closely related to the nature of their microenvironment, known as stem cell niche. The extracellular matrix (ECM), a key component of stem cell niche, not only provides a support function for stem cells but also dictates their fate decision. From a rational point of view, a biomaterial intended to replace a damaged tissue should mimic the natural ECM in all its aspects, including its biochemistry, 3D structure, topography, porosity, rigidity…. etc. Unfortunately, the design of biomaterials that fully mimic the natural ECM is still a big challenge, due to its high structural and functional complexity. Towards the development of finely-tuned biomaterials, it seems important to start by deconstructing and then reconstructing the complexity of the ECM. In this context, the thesis project, herein, seeks to evaluate both the individual and the synergistic effect of different properties inherent to the natural ECM on human mesenchymal stem cells (hMSCs) osteogenic differentiation. Indeed, we investigated whether the biochemical composition of the ECM and the spatial distribution of its components modulate hMSCs osteogenesis. This was achieved by creating different artificial ECMs, in vitro, containing RGD and/or BMP-2 mimetic peptides, distributed randomly or as specific micropatterns on the surface of a model material.

La matrice extracellulaire est composée d’environ 300 protéines et protéoglycanes qui constituent le matrisome et de 800 protéines associées (Naba et al., 2012a) et glycosaminoglycanes. C’est un protéome sous-exploré qui est modifié dans de nombreuses pathologies. Les fragments bioactifs issus de la matrice extracellulaire (matricryptines) sont capables de réguler des processus physiopathologiques et notamment l’angiogenèse et les pathologies cérébrales (Ricard-Blum and Salza, 2014). Environ 90 % des patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA) ont une angiopathie amyloïde cérébrale. L’angiogenèse contribue au déroulement de la MA. Nous nous sommes intéressés à l’endostatine (ES), une matricryptine du collagène XVIII qui possède des activités anti-angiogéniques, anti-tumorales et est également présente dans les plaques amyloïdes chez les patients atteints de la MA. Elle est libérée par les neurones et est capable de former des fibrilles amyloïdes in vitro (Kranenburg et al., 2003). Elle pourrait donc avoir une implication dans la MA. Nous avons montré que l'ES est présente dans le liquide céphalorachidien et que le rapport de sa concentration à celle des marqueurs classiques de la MA permet d’améliorer le diagnostic des patients atteint de démence fronto-temporale (DFT) et de discriminer les patients atteints de MA de ceux atteint de DFT et de pathologie nonMA/nonDFT. Nous avons établi les répertoires d’interactions extracellulaire du peptide -amyloïde (1-42) sous formes monomérique, oligomérique, fibrillaire ou agrégée et montré que l’oligomérisation et la fibrillogenèse augmentent la capacité d’interaction du peptide -amyloïde. Nous avons établi le réseau d’interaction global de l’endostatine par résonance plasmonique de surface en mode imagerie et identifiés 21 nouveaux partenaires de cette matricryptine. Nous avons plus particulièrement caractérisé son interaction avec la Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, une protéine dont nous avons montré qu’elle donne naissance à une matricryptine anti-angiogénique. Nous avons enfin construit les réseaux d’interactions extracellulaires spécifiques de l’angiogenèse et de la maladie d’Alzheimer et des processus amyloïdes pour identifier les protéines connectant ces deux processus qui sont des cibles thérapeutiques potentielles. Ces réseaux d’interactions ont été créés à l’aide de 239 interactions que nous avons identifiées expérimentalement et des interactions décrites dans la littérature. Ces données seront à terme disponibles dans la base de données spécifique des interactions extracellulaires créée au laboratoire, MatrixDB, dans la nouvelle version à laquelle nous avons contribué. / The extracellular matrix include approximately 300 proteins and proteoglycans which constitute the matrisome and 800 associated proteins (Naba et al., 2012a) and glycosaminoglycans. It is an under-explored proteome which is modified in many diseases. Extracellular matrix bioactives fragments (matricryptins) are able to regulate physiopathological process like angiogenesis and cerebral disorders (Ricard-Blum and Salza, 2014). About 90 % of patients with Alzheimer's disease (AD) have cerebral amyloid angiopathy. Angiogenesis contributes to the development of AD. We are studying endostatin (ES), a matricryptin of collagen XVIII which has anti-angiogenic and anti-tumoral activities and is also present in amyloid plaques in AD patients. ES is released by neurons and is able to form amyloid fibrils in vitro (Kranenburg et al., 2003). This anti-angiogenic matricryptin could therefore be involved in AD. We have shown that ES is present in the cerebrospinal fluid of AD patients and the ratio of its concentrations to conventional markers of AD improves the diagnosis of patients with frontotemporal dementia (FTD) and discriminate AD patients from those suffering from FTD and pathology noAD/noDFT. We have established the extracellular interactions repertoires of the -amyloid peptide (1-42) in monomeric, oligomeric, fibrillar or aggregated forms and showed that the oligomerization and fibrillogenesis increase the interaction capacity of the -amyloid peptide. We have established the global interaction network of endostatin by surface plasmon resonance imaging and identified 21 new partners of this matricryptin. Specifically, we characterized its interaction with the Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, a protein which gives rise to an anti-angiogenic matricryptin. We finally built networks of specific extracellular interactions of angiogenesis and of Alzheimer's disease and amyloid process to identify proteins connecting these two processes that are potential therapeutic targets. These interaction networks have been built using 239 interactions including those we have identified experimentally and those described in the literature. This data will be available in the database specific of extracellular interactions created in the laboratory, MatrixDB, in the new version of which we contributed.

Les reins sont les organes cibles de nombreuses molécules toxiques. Les cellules épithéliales du tubule proximal rénal sont particulièrement vulnérables vis-à-vis de xénobiotiques utilisés comme médicaments ou non. Ces agressions peuvent être corrélées à une augmentation du stress oxydatif et induire la mort cellulaire. Elles peuvent également mener à la perte des caractéristiques phénotypiques des cellules épithéliales, initiant leur dédifférenciation en cellules mésenchymateuses et éventuellement en fibroblastes, principaux responsables de la fibrose rénale.<p>Les stratégies de protection – notamment implémentées en clinique lors de l'administration de médicaments néphrotoxiques – reposant sur une approche pharmacologique restent rares.<p>A partir de données de médecines traditionnelles, nous avons sélectionné une série de plantes considérées utiles pour le traitement ou la prévention de troubles associés aux maladies rénales :Angelicae sinensis radix, Eleutherococci radix, Ginseng radix, Schisandrae chinensis fructus et Silybi mariani fructus.<p>A l'aide d'un modèle in vitro reposant sur l'emploi de la lignée cellulaire HK-2, nous avons examiné si ces produits pouvaient apporter une protection efficace vis-à-vis de 3 xénobiotiques néphrotoxiques :les acides aristolochiques, le cisplatine et la ciclosporine. Cinq phénomènes impliqués dans la néphrotoxicité et couramment retrouvés lors du développement de la fibrose rénale ont été investigués :(i) la mortalité cellulaire et l'apoptose ;(ii) la génération de stress oxydatif ;(iii) la modulation des capacités de régénération ;(iv) la production de matrice extracellulaire ;et (v) l'activation de la voie de signalisation de la β-caténine. <p>Parmi les 5 plantes étudiées sur ce modèle, celle présentant l'activité la plus intéressante vis-à-vis de l'un des 3 toxiques a été investiguée plus en détails afin d'identifier le(s) composé(s) responsable(s) de sa bioactivité. Les résultats ont indiqué que l'extrait méthanolique d'Angelica sinensis était le plus efficace pour réduire la néphrotoxicité induite par le cisplatine. Ces principes actifs – l'acide férulique, le Z-ligustilide et le E-ligustilide – ont été testés selon la même méthodologie. <p>L'acide férulique a été le plus efficace pour améliorer la survie cellulaire et diminuer l'apoptose induite par le cisplatine. Il a également permis de réduire la production de matrice extracellulaire, de stimuler les capacités de régénération de cellules saines et d'inhiber partiellement la voie de signalisation de la β-caténine. Il n'a toutefois pas été capable de limiter la génération de stress oxydatif induite par le traitement au cisplatine. <p>L'acide férulique semble être un candidat prometteur pour protéger les tubules rénaux vis-à-vis du cisplatine et pourrait contribuer à limiter l'initiation et le développement de la fibrose rénale. <p>/<p>The kidneys are targets of numerous toxic compounds. Proximal tubular epithelia cells are particularly vulnerable to xenobiotics used as drugs or not. These injuries can be associated with an increased oxidative stress and can trigger cell death. They can also lead to the loss of phenotypic characteristics of epithelial cells and initiate their dedifferentiation in mesenchymal cells, eventually evolving in fibroblasts, major actors responsible for renal fibrosis. <p>Protective strategies – including those implemented in clinical practice during the administration of nephrotoxic drugs – relying on a pharmacological approach remain seldom.<p>By means of data issuing from traditional medicines, we selected a series of herbs potentially useful for the treatment or prevention of troubles associated with kidney diseases: Angelicae sinensis radix, Eleutherococci radix, Ginseng radix, Schisandrae chinensis fructus and Silybi mariani fructus.<p>Using an in vitro model based on HK-2 cell line, we examined if these herbal products could bring an effective protection towards 3 nephrotoxic drugs: aristolochic acids, cisplatin and ciclosporin. Five phenomena involved in nephrotoxicity and regularly occurring during the progression of renal fibrosis were investigated: (i) cell death and apoptosis; (ii) oxidative stress generation; (iii) modulation of regeneration capacities; (iv) extracellular matrix production; and (v) β-catenin pathway activation.<p>Among the 5 herbs that were studied, the one presenting the most interesting effects towards one of the 3 toxicants has been investigated in details in order to identify the compound(s) responsible for its bioactivity. Results indicated that the crude methanolic extract of Angelica sinensis was the most potent for reducing cisplatin-induced nephrotoxicity. Its active principles – ferulic acid, Z-ligustilide and E-ligustilide – were tested according to the same methods.<p>Ferulic acid was the most potent compound for improving cell survival and for alleviating cisplatine-induced apoptosis. It also allowed to restrain the extracellular matrix production, enhanced the regeneration capacities of healthy cells and partially inhibited the activation of the β-catenin pathway. It was however ineffective in preventing the generation of oxidative stress induced during cisplatin treatment. <p>Ferulic acid appears as a promising candidate for protecting renal tubules against cisplatin's nephrotoxicity and could contribute to limit the onset and progression of renal fibrosis. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Tout au long de la vie d’un organisme, l’architecture du système nerveux est mise à l’épreuve par des processus de maturation, de croissance, de stress mécaniques et de vieillissement. Bien que certaines molécules de maintenance de l’organisation des ganglions et fascicules neuronaux aient été identifiés chez le nématode C. elegans, les mécanismes assurant la protection à long terme de l’architecture du système nerveux restent mal compris. Chez les mutants de maintenance neuronale sax-7/L1CAM, certaines structures neuronales se développent initialement normalement, mais se désorganisent avec le temps. Un criblage génétique effectué au laboratoire a indiqué l’implication du gène mig-6/Papiline dans la maintenance neuronale: la perte de fonction de mig-6 supprime la désorganisation neuronale progressive des mutants sax-7. De plus, l’organisation neuronale des mutants mig-6 est mieux préservée dans un contexte de stress mécanique que chez le type sauvage. Un équilibre entre l'adhésion cellulaire et la flexibilité du milieu semble donc clé. Par ailleurs, les cellules gliales sont en relation étroite avec les neurones, mais leur implication dans la maintenance neuronale reste inexplorée. Ainsi, lors de ces travaux, la question principale est d’étudier la contribution de la matrice extracellulaire et de cellules gliales dans un contexte de maintenance de l’architecture du système nerveux chez C. elegans. Les résultats révèlent que MIG-6/Papiline régule l’état de la matrice extracellulaire en modifiant l’organisation du collagène IV, un composant abondant et conservé des membranes basales. Cette modification du collagène IV semble compenser les défauts d’adhésion cellulaire présents chez les mutants de maintenance sax-7/L1CAM et contrer un déplacement des ganglions neuronaux lors d’un stress mécanique accru. L’exploration de cellules gliales en contexte de maintenance neuronale a mis en évidence certains défauts des mutants de maintenance sax-7/L1CAM. Comprendre les principes généraux du maintien de l'architecture et de la connectivité neuronale pourrait aider à identifier des facteurs clés influençant l'apparition et la progression de neuropathologies. / Throughout life, the architecture of the nervous system is challenged by processes of maturation, growth, mechanical stress and aging. Although neuronal maintenance mechanisms of ganglia and fascicles organization involving conserved factors have been identified in the nematode C. elegans, little is known about processes that aim for the long-term protection of the nervous system architecture. In sax-7/L1CAM neuronal maintenance mutants, some neuronal ganglia and fascicles initially develop normally, but become disorganized over time. A genetic screen performed in the laboratory indicated the involvement of mig-6/Papilin in neuronal maintenance: loss of mig-6 function suppresses progressive neuronal disorganization in sax-7 mutants. Moreover, the neuronal organization of mig-6 mutants is better preserved under mechanical stress than in the wild-type strain. A balance between the adhesion of neurons to their environment and the flexibility of the surrounding extracellular matrix thus seems of importance. Furthermore, glial cells are closely related to neurons, but their involvement in the maintenance of the organization of neuronal structures remains unexplored. The main question of this work is to study the contribution of the extracellular matrix and of two types of glial cells in the context of maintenance of the nervous system architecture in C. elegans. Our results reveal that MIG-6/Papilin regulates the state of the extracellular matrix by altering the organization of collagen IV, an abundant and conserved component of basement membranes, thus compensating for cell adhesion defects in sax-7/L1CAM maintenance mutants and counteracting a neural ganglia displacement upon increased mechanical stress. Our exploration of glial cells in the context of neuronal maintenance also revealed defects in sax-7/L1CAM maintenance mutants. Understanding the general principles of maintenance of neuronal architecture and connectivity could help identify key factors influencing the onset and progression of neuropathologies.

L’asthme bronchique est caractérisé par un remodelage et une inflammation des voies aériennes. La masse du muscle lisse ainsi que la déposition de matrice extracellulaire sont augmentées dans la paroi des bronches asthmatiques, ce qui contribue à l’obstruction respiratoire. Peu d’études ont évalué les effets des traitements utilisés dans l’asthme sur le remodelage bronchique, et surtout peu de données sont disponibles concernant les effets sur le muscle lisse. La combinaison de corticostéroïdes et de β2-agonistes à longue durée d’action administrée par inhalation permet de mieux contrôler les crises d’asthme par rapport à la monothérapie avec des médicaments corticostéroïdes. Cependant, l’action spécifique de la combinaison sur le remodelage et sur l’inflammation des bronches périphériques n’est pas décrite. Surtout, il reste à clarifier si l’administration de la combinaison est avantageuse par rapport à la monothérapie corticostéroïde. La plupart des études réalisées chez l’homme utilisent des tissus bronchiques obtenus par biopsie endobronchique, qui ne sont pas représentatifs du processus pathologique affectant les voies respiratoires périphériques. Leur inaccessibilité par des méthodes non invasives est la raison pour laquelle si peu de données existent sur la pathophysiologie des voies périphériques chez les patients asthmatiques. L’asthme équin, aussi connu comme « le souffle », est une pathologie obstructive des chevaux adultes considérée comme un modèle animal d’asthme humain. Elle est caractérisée par un remodelage des bronches périphériques et par une inflammation bronchoalvéolaire de type neutrophilique. En étudiant le modèle équin, cette thèse a évalué la contribution des médicaments corticostéroïdes et de β2-agonistes à longue durée d’action, administrée comme monothérapies ou en combinaison, sur la réversibilité du remodelage et de l’inflammation de voies aériennes dans l’asthme bronchique. A cette fin, nous avons d’abord optimisé et validé l’application de la biopsie endobronchique et de l’échographie endobronchique chez le cheval adulte. Nos résultats indiquent que les échantillons obtenus par biopsie endobronchique sont inadéquats pour l’évaluation quantitative de la masse du muscle lisse chez le cheval. Cependant, ils permettent d’étudier les changements quantitatifs des structures épithéliales et de la lamina propria, ainsi que les aspects qualitatifs du muscle lisse. L’échographie endobronchique, quant à elle, permet d'estimer la masse du muscle lisse bronchique, et ce, chez des chevaux sains et chez des chevaux asthmatiques. Cette thèse démontre aussi que qu’un traitement de 12 semaines avec des corticostéroïdes induit une diminution significative de la masse du muscle lisse périphérique, qui n’est pas amélioré davantage par l’administration concomitante d’un β2-agoniste à longue durée d’action. Cette diminution est toutefois incomplète. Un effet positif et synergique de la combinaison a également été observé au niveau de la déposition de matrice extracellulaire. La combinaison a produit une diminution significative de la quantité de matrices déposées dans la lamina propria et dans la couche du muscle lisse dans les bronches centrales, alors que l’effet été limité à la couche du muscle lisse dans les bronches périphériques. La combinaison n’améliore pas le contrôle de l’inflammation bronchique ni bronchiolaire par rapport aux monothérapies ; cependant, elle diminue la neutrophilie bronchoalvéolaire de façon synergique. / Airway remodeling and inflammation are the hallmarks of asthma. Both airway smooth muscle (ASM) mass and extracellular matrix (ECM) deposition are increased in the central and peripheral airways of asthmatic patients, which contribute to airway obstruction. Few studies have investigated the ability of current asthma medications to reverse airway remodeling, especially the increased ASM mass. Inhaled corticosteroids (ICS) and long-acting β2-agonist combinations (ICS/LABA) are more effective than ICS monotherapy to control asthma exacerbations. However, their efficacy at modifying bronchial inflammation and remodeling at the peripheral level of the lung is not well-described. In fact, most work has been performed using endobronchial biopsy samples obtained from asthmatic subjects, which completely disregard the alterations occurring in peripheral airways. Ethical considerations limit the possibility of biopsying the peripheral airways in humans due to the invasiveness of the procedure. Equine asthma, or heaves, is a naturally-occurring disease of adult horses and a recognized animal model of human asthma characterized by neutrophilic inflammation as well as ASM and ECM remodeling of peripheral airways. This thesis has assessed the contribution of ICS and LABA, alone or combined, to the reversal of remodeling and inflammation in central and peripheral airways using the equine asthma model. To attain this goal, we have first optimized and validated the application of endobronchial biopsy and endobronchial ultrasound (EBUS) in the equine species. EBUS reliably estimates the bronchial ASM. Subsequently, asthmatic horses with ongoing airway remodeling and inflammation were treated with ICS, LABA, ICS/LABA, or antigen avoidance. Lung function, airway remodeling and inflammation were then assessed weekly for 3 months. Our results demonstrated a 30% decrease of peripheral ASM remodeling attained with ICS and ICS/LABA pharmacological treatment. A decrease of a similar magnitude of peripheral ASM was previously reported after 6 and 12 months of ICS monotherapy and antigen avoidance, respectively. A synergistic effect of ICS/LABA was observed on ECM deposition and airway lumen neutrophils. ICS/LABA decreased the ECM fraction of the ASM layer both peripherally and centrally, while the same effect on the lamina propria was observed only in central airways. Both ICS/LABA and ICS monotherapy decreased submucosal inflammation in central airways, while only ICS/LABA and antigen avoidance decreased bronchoalveolar neutrophilia. In conclusion, our results suggest that the enhanced therapeutic effect of ICS/LABA over ICS monotherapy in asthmatic horses was associated with a reduction of ECM deposition, mainly observed within the large airways, and possibly also with a decreased airway neutrophilia. However, ICS/LABA did not provide additional benefit to ICS monotherapy in terms of peripheral ASM remodeling as both induce a 30% decrease of the ASM mass in 3 months.

Le but de notre étude visait à déterminer si les matrices ECM (extracellular matrix) préparés à partir d'un modèle vertébré (Axolotl) capables de régénérer ses tissus suite à une blessure sont plus efficaces pour stimuler les réponses régénératives chez les animaux non régénérant (par exemple les mammifères). Nous avons testé la capacité de matrice ECM axolotl à améliorer la guérison des plaies cutanées dans des souris et nous les avons comparés à une matrice disponible commercialement (échafaudage Symbios PerioDerm) pour leur efficacité à favoriser la guérison des plaies. Des lésions d'excision ont été créées sur le dos de souris et les animaux ont été regroupés dans différents groupes; a-) ECM de peau axolotl décellularisée (groupe Axolotl), b-) matrice de derme acellulaire Symbios Perioderm (groupe PerioDerm), c-) grillage en titane (groupe témoin); respectivement. Les tissus des plaies ont été récoltés à des moments précis : 7 jours et 30 jours après la blessure pour évaluer la guérison des plaies. La guérison des blessures ayant reçu les différentes matrices a été comparées entre elles en utilisant le test de transillumination et des analyses histologiques. Les résultats indiquent que la ECM de peau d’axolotl décellularisée est bien tolérée par les souris, car aucun rejet n'a été observé. Le groupe qui a reçu l'ECM de la peau axolotl décellularisé a démontré une réépithélialisation, une densité cellulaire, une teneur en collagène (avec une organisation similaire à un tissu intact) et une vascularisation (angiogenèse) élevées par rapport aux groupes PerioDerm et témoins. La présence de follicules pileux était également observé dans le groupe axolotl (qui n'est pas présent dans PerioDerm et groupes de contrôle). Sur la base de nos résultats, l'hypothèse de base semble être correcte en ce qu'une matrice ECM provenant d'un régénérateur puissant semble favoriser la guérison plus efficacement chez les animaux normalement non régénérants. Cependant, des recherches supplémentaires devront être menées pour confirmer ces résultats. / The aim of our study sought to determine whether ECM scaffolds prepared from a vertebrate model (Axolotl) capable of regenerating tissues following injury are more effective at stimulating regenerative responses in non-regenerating animals (e.g., mammals). We tested the ability of axolotl decellularized ECM scaffolds to improve skin wound healing in mammalian models and compare the axolotl skin ECM scaffold to a commercially available one (Symbios PerioDerm scaffold) for efficiency in promoting wound healing. Excisional lesions were created on the back of mice, and animals in different groups were treated by; a-) decellularized axolotl skin ECM (Axolotl group), b-) Symbios Perioderm acellular dermis scaffold (PerioDerm group), d-) Titanized mesh only (Control group); respectively. Wound tissues were harvested at time points: 7- and 30-days post-wounding to assess the scaffolds impact on wound healing. Wound healing was compared between the Axolotl, PerioDerm and Control groups using transillumination test and histological analyses, Results indicate that the decellularized axolotl skin ECM is well tolerated by mammalian models, as no immune rejection was observed. The axolotl group that received the decellularized Axolotl Skin ECM demonstrated high reepithelialization, cellular density, collagen content (in a porous pattern similar to intact skin), vascularization (angiogenesis) compared to PerioDerm and control groups. The presence of hair follicles was also observed in the axolotl group (which is not present in PerioDerm and control groups). Based on our results, the basic hypothesis appears to be correct in that an ECM scaffold from a strong regenerator seems to promote healing more efficiently in non-regenerating animals. However, further research should be conducted to confirm these findings.

Le développement de capillaires sanguins à partir d'un réseau pré-existant, l'angiogenèse, joue un rôle fondamental dans de nombreux contextes physiopathologiques, tels la cicatrisation des tissus ou le développement d'une tumeur solide. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la régulation de ce phénomène par les facteurs mécaniques (rigidité, viscosité, traction cellulaire). Dans un dialogue permanent entre l'expérimentation et la modélisation, nous avons développé un modèle théorique biomécanique minimal des premières étapes de l'angiogenèse in vitro, où l'angiogenèse est supposée issue d'une instabilité mécanique entre les forces actives de traction cellulaire et la résistance passive viscoélastique de la matrice extracellulaire. Notre modèle consiste en un système d'équations aux dérivées partielles non-linéaires couplées, résolu par la méthode des éléments finis. Nous avons mené des analyses de stabilité linéaire et non-linéaire de l'état d'équilibre homogène pour déterminer les points de bifurcation du système correspondant à une instabilité de Turing. Nous avons ensuite effectué une étude approfondie de l'influence des différents paramètres sur la formation du réseau. Les résultats des simulations numériques sont comparés avec succès aux résultats expérimentaux, obtenus par notre équipe ou extraits de la littérature. Dans une seconde partie de nos travaux, nous avons étudié des voies de régulation possibles, par les effets mécaniques, de la dégradation de la matrice extracellulaire. Nous avons alors montré que la régulation mécanique de la dégradation pouvait être un processus clé de l'angiogenèse in vitro.

Despite the possible common histopathological features at diagnosis, cancer cells present within breast carcinomas are highly heterogeneous in their molecular signatures. This heterogeneity is responsible for disparate clinical behaviors, treatment responses and long-term outcomes in breast cancer patients. Although the few histopathological markers can partially describe the diversity of cells found in tumor tissue sections, the full molecular characterization of individual cancer cells is currently impossible in routine clinical practice. In this respect, Fourier transform infrared (FTIR) microspectroscopic imaging of histological sections allows obtaining, for each pixel of tissue images, hundreds of independent potential markers, which makes this technique a particularly powerful tool to distinguish cell types and subtypes. As a complement to the conventional clinicopathological evaluation, this spectroscopic approach has the potential to directly reveal molecular descriptors that should allow identifying different clonal lineages found within a single tumor and therefore provide knowledge relevant to diagnosis, prognosis and treatment personalization. Yet, interpretation of infrared (IR) spectra acquired on tissue sections requires a well-established calibration, which is currently missing. Conventionally, mammary epithelial cells are studied in vitro as adherent two-dimensional (2D) monolayers, which lead to the alteration of cell-microenvironmental interplay and consequently to the loss of tissue structure and function. A number of key in vivo-like interactions may be re-established with the use of three-dimensional (3D) laminin-rich extracellular matrix (lrECM)-based culture systems. The aim of this thesis is to investigate by FTIR imaging the influence of the in vitro growth environment (2D culture versus 3D lrECM culture and 3D monoculture versus 3D co-culture with fibroblasts) on a series of thirteen well-characterized human breast cancer cell lines and to determine culture conditions generating spectral phenotypes that are closer to the ones observed in malignant breast tissues. The reference cell lines cultured in a physiologically relevant basement membrane model and having undergone formalin fixation, paraffin embedding (FFPE), a routine treatment used to preserve clinical tissue specimens, could contribute to the construction of a spectral database. The latter could be ultimately employed as a valuable tool to interpret IR spectra of cells present in tumor tissue sections, particularly through the recognition of unique spectral markers.To achieve the goal, we developed and optimized, in a first step, the preparation of samples derived from traditional 2D and 3D lrECM cell cultures in order to preserve their morphological and molecular relevance for FTIR microspectroscopic analysis. We then highlighted the importance of the influence of the growth environment on the cellular phenotype by comparing spectra of 2D- and 3D-cultured breast cancer cell lines between them. A particular focus was placed to establish a correlation between FTIR spectral data and publicly available microarray-based gene expression patterns of the whole series of breast cancer cell lines grown in 2D and 3D lrECM cultures. Our results revealed that, although based on completely different principles, gene expression profiling and FTIR spectroscopy are similarly sensitive to both the cell line identity and the phenotypes induced by cell culture conditions. We also identified by FTIR imaging changes in the chemical content occurring in the microenvironment surrounding cell spheroids grown in 3D lrECM culture model. Finally, we illustrated the impact of the in vivo-like microenvironment on the IR spectra of breast cancer cell lines grown in 3D lrECM co-culture with fibroblasts and compared them with spectra of cell lines grown in 3D lrECM monoculture. Unsupervised statistical data analyses reported that cells grown in 3D co-cultures produce spectral phenotypes similar to the ones observed in FFPE tumor tissue sections from breast carcinoma patients. Altogether, our results suggest that FFPE samples prepared from 3D lrECM cultures of breast cancer cell lines and studied by FTIR microspectroscopic imaging provide reliable information that could be integrated in the setting up of a recognition model aiming to identify and interpret specific spectral signatures of cells present in breast tumor tissue sections. / Le cancer du sein est une maladie très hétérogène, tant au niveau clinique que biologique. Cette hétérogénéité rend impossible la caractérisation moléculaire complète des cellules cancéreuses individuelles dans la pratique clinique courante. Dans ce contexte, l’imagerie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) des coupes tissulaires permet d'obtenir pour chaque pixel d'une image de tissu des centaines de marqueurs potentiels indépendants, ce qui pourrait faire de cette technique un outil particulièrement puissant pour identifier des différents types et sous-types cellulaires. L'interprétation des spectres infrarouges (IR) enregistrés à partir des coupes histologiques nécessite cependant une calibration qui fait actuellement défaut. Cette calibration pourrait être obtenue à partir de lignées cellulaires tumorales bien caractérisées. Traditionnellement, les cellules épithéliales mammaires sont étudiées in vitro sous forme de monocouches adhérentes bidimensionnelles (2D), ce qui conduit à l'altération de la communication entre les cellules et leur environnement et, par conséquent, à la perte de l’architecture et de la fonction du tissu épithélial. Un certain nombre d'interactions physiologiques clés peuvent être rétablies en utilisant des systèmes de culture tridimensionnelle (3D) dans une matrice extracellulaire riche en laminine (lrECM). L'objectif de cette thèse consiste à étudier par imagerie FTIR l'influence du microenvironnement (via une comparaison entre les cultures 2D et 3D lrECM ou les cultures 3D lrECM en présence ou en l’absence de fibroblastes) sur une série de treize lignées de cellules tumorales mammaires humaines bien caractérisées et à déterminer les conditions de culture générant des phénotypes spectraux qui se rapprochent le plus de ceux observés dans les tissus tumoraux. Au cours de ce travail, nous avons mis au point la culture des lignées cellulaires dans un modèle 3D lrECM ainsi qu’une méthodologie de préparation des échantillons offrant la possibilité de les comparer de manière pertinente avec les cellules cancéreuses présentes dans les coupes histologiques. De même, nous avons étudié par imagerie FTIR les effets du microenvironnement sur les lignées de cellules tumorales et inversement. Pour les lignées investiguées, le passage d’une culture 2D à une culture 3D lrECM s’accompagne, en effet, de modifications du spectre IR étroitement corrélées aux modifications du transcriptome. Les marqueurs spectraux indiquent également que l’environnement 3D génère un phénotype cellulaire proche de celui trouvé dans les coupes histologiques. De manière intéressante, cette proximité est d’autant plus renforcée en présence de fibroblastes dans le milieu de culture. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les affections articulaires touchant le cartilage, telles que les lésions focales et l’arthrose, correspondent aux principales causes de baisse de performance et d’arrêt prématuré de la carrière sportive du cheval. Ainsi, le traitement des affections du cartilage représente un enjeu vétérinaire majeur dans le monde équin, du fait des importantes pertes financières qu’elles occasionnent à la filière. Les faibles capacités de réparation intrinsèque du cartilage, ainsi que l’absence de thérapie à long terme des dommages cartilagineux, nécessitent le recours à des thérapies de nouvelles générations telle que l’ingénierie tissulaire du cartilage. Dans ce cadre, notre étude s’est attachée à comparer différents types cellulaires pour la génération de cartilage in vitro, afin d’envisager une implantation pour traiter les atteintes cartilagineuses chez le cheval. Une technique initialement développée chez l’Homme, la transplantation de chondrocytes autologues, représente toujours un « gold standard » en ingénierie tissulaire du cartilage. Dans ce travail de thèse, après avoir développé une nouvelle génération de substitut cartilagineux de haute qualité biologique, à partir de chondrocytes articulaires équins, des limites techniques et biologiques inhérentes au type cellulaire persistent. Ainsi, nos travaux se sont tournés vers la recherche de types cellulaires alternatifs. Les cellules souches/stromales mésenchymateuses (CSM) néonatales issues de cordon ombilical telles que les CSM de sang placentaire (CSM-SPL) et les CSM de gelée de Wharton (CSM-GW) pourraient représenter un avantage thérapeutique du fait de leur isolement non-invasif, de leur forte prolifération cellulaire et de leur capacité de différenciation en chondrocyte. Il est néanmoins indispensable de définir le meilleur candidat thérapeutique, parmi ces deux sources cellulaires, pour l’obtention d’un substitut cartilagineux de qualité biologique optimale. Ces résultats de thèse ont montré d’importantes différences dans le processus de chondrogenèse de ces deux sources de CSM néonatales et plaident en faveur de l’utilisation des CSM-SPL dans le cadre d’une stratégie thérapeutique d’ingénierie tissulaire du cartilage équin. Ces travaux ont permis une meilleure compréhension de la biologie du chondrocyte et des CSM. De surcroît, ces travaux permettent d’envisager de futurs essais cliniques chez le cheval, afin de traiter les affections articulaires de ce modèle gros animal. / Articular cartilage disorders, such as focal defects and osteoarthritis, are the main causes of decreased performance or early retirement of sport- and racehorses. Thus, cartilage disorders represent a major veterinary issue in the equine industry, due to significant financial losses. Poor intrinsic cartilage repair properties and the absence of long- term therapy for cartilage defects lead to the development and use of new generation therapies such as autologous chondrocytes implantation. In this context, our study aimed to compare different cell types for the in vitro cartilage generation, in order to implant the biological substitute to treat cartilage defects in the horse. A therapeutic strategy initially developed in human medicine, the autologous chondrocytes transplantation, always represents a "gold standard" in cartilage tissue engineering. In the present study, after developing a new generation of cartilaginous substitute of high biological quality, composed of equine articular chondrocytes, technical and biological limits inherent to the cell type persist. Thus, we have used alternative cell types such as neonatal mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) from umbilical cord, such as umbilical cord blood MSC (UCB-MSCs) and umbilical cord matrix or Wharton jelly MSCs (UCM- MSCs). These MSCs sources could represent a therapeutic advantage due to their non-invasive isolation, their high cell proliferation and their ability to differentiate into chondrocytes. Nevertheless, it is essential to define the best therapeutic candidate between these two MSCs sources, to obtain an optimal quality for the neocartilaginous substitute. Our data highlighted important differences in the chondrogenesis process of these two neonatal MSCs sources, allowing us to consider UCB-MSCs as the best therapeutic candidate for equine cartilage tissue engineering. This work allows a better understanding of the chondrocyte and MSCs biology. Moreover, this work leads the way to setting-up future clinical trials in the horse, in order to treat articular defects of this large animal model.