Le photochromisme est la propriété que possèdent certaines espèces chimiques de présenter une transformation réversible, induite par la lumière, entre deux états ayant des spectres d'absorption séparés. Suivant l'amplitude des modifications structurales photoinduites, la réaction peut se produire dans des milieux plus ou moins rigides. Dans ce travail, nous nous intéressons à la phase cristalline et plus particulièrement à l'étude des propriétés spectroscopiques de nano- et microcristaux de molécules organiques photochromes. Dans ce but, nous avons développé un banc de microspectroscopie avec une résolution de 500nm, nous permettant d'étudier des cristaux de taille submicrométrique. Lors de l'étude de monocristaux d'un diarylethene, nous avons observé un effet photomécanique original : la réaction photochrome s'accompagne dans ce cas de sauts pouvant mesurer jusqu'à 4mm pour des cristaux de taille micrométrique. D'autre part, lorsqu'on empêche les cristaux de sauter, on observe la formation d'un réseau de fractures parallèles et équidistantes à la surface des cristaux. Ces effets correspondent à la traduction macroscopique de l'accumulation de contraintes ponctuelles dans le cristal lors de la photoréaction. Nous défendons l'hypothèse selon laquelle sauts et fractures ont un antécédent commun : une déformation périodique de la surface qui pourrait être liée à une instabilité de Grinfeld.

Ce travail a été entrepris dans le but de déterminer les chaînes opératoires des matières colorantes néolithiques et de les intégrer dans une dynamique chrono-culturelle, à partir de deux sites-clés de l’arc liguro-provençal : Castellar – Pendimoun (5750-4900 cal. BCE) et Nice – Giribaldi (4550-4050 cal. BCE).L’étude technoéconomique montre des situations contrastées. Pendimoun voit, tout au long du VIe millénaire BCE, l’exploitation de trois roches locales aux caractéristiques physico-chimiques variées, traitées selon des schémas simples similaires pour fournir des produits adaptés à tous les besoins : hématite ou goethite, en quantité pour un usage technique ou de granulométrie fine pour exploiter les propriétés colorantes. Giribaldi est le siège d’une gestion dichotomique, où des matières colorantes locales préparées comme à Pendimoun, côtoient des matières exogènes, traitées à travers des actions spécifiques adaptées à leur cohérence.Enfin, de nombreux aspects symboliques ont été mis en évidence et caractérisés. Un bloc calcaire est sculpté et peint pour représenter un visage, selon une tradition peut-être héritée de pratiques proche-orientales. La teinte rouge est associée à la sphère funéraire. La coloration de productions céramiques techniquement très investies et vraisemblablement dédiées à des pratiques sociales particulières est aussi observée ; cette coloration est appliquée par incrustation de poudre durant les VBQ à Pendimoun et par peintures rouges ou noires et par incrustations blanches au Chasséen ancien à Giribaldi. / The aim of this research was to determine the “chaînes opératoires” of colouring materials in the north-western Mediterranean region during the Early and Middle Neolithic and to integrate them in chrono-cultural framework. Two major archaeological sites were selected: Castellar – Pendimoun rock-shelter (5750-4900 cal. BCE) and Nice – Giribaldi, an open-air site (4550-4050 cal. BCE).The techno-economic analysis reveals contrasting situations. At Pendimoun, three local colouring materials, presenting various physic-chemical properties, were used during the VI millennium BCE. They were processed identically according to simple schemes in order to provide a wide range of products: goethite or hematite, in quantities for utilitarian needs or in fine powder for colouring purposes.Giribaldi witnessed a dichotomous management. Some local geomaterials were crafted such as the ones in Pendimoun but exogenous rocks were also specifically processed depending on their cohesion. Furthermore, this overview is not diachronically uniform as bauxites progressively replaced other raw materials in Early Chassey stages.Last, several symbolical aspects have been highlighted and characterized. A calcareous block was carved and painted in red- and yellowed to portray an anthropomorphic “mask”. The colour red is associated with funeral activities. Starting at the SMP phases, the main use of color is aimed at the coloring of ceramics, the latter probably dedicated to specific social activities as suggested by the technical investment involved: red powder incrustation in ceramic (Pendimoun) and then by white powder incrustation in engraved decor, black and red painting (Giribaldi).

En Chine, une grave maladie musculo-squelettique appelée la maladie de Kashin-Beck (KBD) se retrouve distribué sur une large zone géographique. Cette maladie touche plus de deux millions d'individus, notamment dans le centre de la Chine, et il est admis que plus de 30 millions d’individus seraient à risque. Des études géologiques et épidémiologiques ont montré une forte corrélation entre les zones de déficience en Se dans les sols et de KBD. KBD est une ostéoarthropathie, caractérisée par la destruction des chondrocytes du cartilage, très douloureuse et invalidantes, pouvant conduire à des déformations articulaires importantes. Le sélénium (Se) est présent partout dans l'environnement (eau, air, sols) et nos besoins physiologiques en Se sont couverts par notre alimentation quotidienne (eau, céréales). Bien que cet élément trace soit un nutriment essentiel pour la fonction cellulaire normale, ses mécanismes d’action ainsi que les transformations métaboliques de ses composés dans le corps humain ne sont toujours pas bien déterminés. Toutefois, à une dose un peu supérieure à la dose recommandée, il peut, selon la forme chimique ingéré, devenir toxique. Par conséquent, on retrouve le Se en très faible quantité (µg/L) dans l'organisme, ce qui rend difficile sa localisation et l’analyse de son rôle dans le métabolisme. Le Se fait partie de sites biologiquement actifs de protéines impliquées dans les mécanismes antioxydants de défense et le contrôle rédox des réactions intracellulaires. En outre, plusieurs études ont mis en évidence le rôle que joue de Se dans le développement des tissus tels que le cartilage articulaire. Cette action semble être médiée par l'intermédiaire de sélénoprotéines et seraient indirectement impliqués dans la croissance du cartilage normal et l'homéostasie. Aux Etats-Unis, une étude clinique a montré des preuves solides de l’influences d’un déficit en Se dans le métabolisme du cartilage conduisant un environnement favorable à l'apparition et la progression de l'arthrose. Même si le Se n’est pas le seul facteur dans le développement de maladies, il est fort probable que son absence impacte la croissance et le développement du cartilage articulaire. Un modèle in vitro de maturation accélérée du cartilage articulaire (explants) nous a permis d’analyser l'impact du sélénium dans la croissance et le développement de ce tissu. Des expériences biologiques, biophysiques et chimiques ont été réalisées pour comprendre comment la présence de Se affecte l'organisation des tissus. Un schéma récurrent de la distribution du Se dans le tissu a été découvert. Il semble être localisé au niveau des interfaces cellule-matrice, offrant des hypothèses intéressantes pour de futures études sur le rôle potentiel du Se dans la signalisation cellulaire ou transduction mécanique. Des analyses biomécaniques, structurelles et moléculaires ont été faites pour caractériser la matrice extracellulaire du cartilage articulaire traités avec différentes concentrations de Se. Il semble être localisé au niveau des interfaces cellule-matrice, ce qui suggère que le Se joue un rôle dans la signalisation cellulaire ou transduction mécanique. Des analyses biomécaniques, structurelles et moléculaires ont été faites pour caractériser la matrice du cartilage articulaire traités avec différentes concentrations de Se. Nous avons découvert qu’un déficit en Se peut induire à une morphologie proche de celle de l'arthrose lors de la maturation du cartilage immature. Cependant, le rôle exact de ce déficit en Se induisant ce type de phénotype reste inconnu. Ce projet contribue à une meilleure compréhension du Se dans le cartilage tout en montrant les difficultés d’étude du Se dans les milieux biologiques et les techniques permettant d’y répondre, mais aussi souligne l’importance de prendre en compte le Se comme élément important de traitements régénérateurs ou préventifs pour ce types de maladies. / In China, a severe musculoskeletal disease called Kashin-Beck disease (KBD) is largely endemic over a large geographical area. It has been reported that more than 2.5 million people in China suffer from KBD and about 30 million people are at risk. Geological and epidemiological investigations have shown that a strong correlation exists between the location of selenium (Se) deficient soils and the distribution of KBD in the population. The disease is manifested as degradation of the matrix, cell necrosis mainly in the articular and growth plate cartilage, which can result in growth retardation, secondary osteoarthrosis, and disability in daily life. The worst forms of this disease tend to start in childhood, which may lead to dwarfism. Selenium is present everywhere in the environment (water, air, soils) and it is mainly incorporated to the human organism through the daily diet (water, cereals). Although this trace nutriment element is essential for normal cellular function. Most of the selenium-related -functions and pathways remain incompletely understood. Whilst vital for normal function, it is toxic at concentration slightly higher than that required by the body. Consequently, it is present within the organism in parts per billion (microgram per liter) making it difficult to localize and analyze its role in metabolism. Despite being a trace element it is an essential component of antioxidant and anti-inflammatory-related proteins that protect cells against oxidative attack. Furthermore, several studies have exposed the role selenium plays in tissue development such as in articular cartilage. This action seems to be mediated via selenoproteins that are indirectly involved in normal cartilage growth and homeostasis. In the USA, a clinical study has shown strong evidence that Se-deficiency influences cartilage metabolism inducing a favorable environment for the onset and the progression of osteoarthritis. Even if the selenium is not the only factor in the development of degenerative joint disease, it is highly likely that its absence impacts its growth and development of articular cartilage. The main focus of this study was then to understand better the role of Se in the normal metabolic processes of articular cartilage. Cultures of articular cartilage explants were used on a previously validated in vitro model of tissue maturation to analyze the role of selenium in growth and development. Physical and chemical experiments were preformed to understand how the presence of selenium affects tissue organization. It has been possible to determine a fundamental recurrent pattern of Se-distribution in the tissue. It appears to be localized at cell-matrix interfaces and it can be hypothesized that Se plays role in cell signaling or mechanotransduction. Biomechanical, structural and molecular analyses have been made to characterize the extracellular matrix of articular cartilage treated with different concentrations of Se-level. We discovered that Se-deficiency induces morphological changes in the cartilage matrix during the fast maturation-like process, which could be related to degenerative-like morphology of the cartilage. This could potentially be associated with degenerative changes that occur in KBD patient during childhood. This project is a prospective work for a potential future enhancement of the regenerative or preventive treatments for specific musculoskeletal diseases with a metabolic component.

L'imagerie a pris une importance croissante dans l'étude des processus biologiques. L'utilisation de la microscopie de fluorescence a notamment favorisé le développement de nombreuses molécules sondes pour le marquage et la visualisation de biomolécules en milieu biologique complexe. D'autre part, des techniques d'imagerie complémentaires émergent, comme la microspectroscopie infrarouge. Les complexes organométalliques ont un potentiel important comme outils pour l'imagerie biologique, car ils peuvent combiner sur un même cœur moléculaire des propriétés permettant leur détection par différents types d'imagerie. En particulier, des complexes rhénium tricarbonyl ont été utilisés comme sondes pour l'imagerie multimodale. Ces " SCoMPIs " (Single Core Multimodal Probes for the Imaging) sont luminescents et présentent des signaux infrarouge et de fluorescence X intenses et qui permettent leur détection spécifique en milieu biologique. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux possibilités d'imagerie multimodale de peptides et de protéines exogènes ou endogènes. Différents SCoMPIs ont été préparés et caractérisés, permettant le marquage N-terminal de peptides, le marquage d'une protéine exogène (homéodomaine) via une réaction thiol-maléimide ou le marquage par affinité d'une protéine endogène (anhydrase carbonique). L'évolution des propriétés de luminescence de SCoMPIs en fonction de l'environnement a été étudiée. Les imageries de luminescence et infrarouge ont permis la détection des peptides en contexte cellulaire, mais pas des protéines marquées avec des SCoMPIs. En revanche, il a été possible de détecter ces faibles quantités par microspectroscopie de fluorescence X. / Bioimaging is now widely used for the study of biological processes. The expansion of fluorescence microscopy has led to the development of small chemical probes for the labelling and imaging of biomolecules in complex biological environments. Alternative imaging techniques, such as infrared microspectroscopy, are also emerging. Organometallic complexes have a great potential as tools for bioimaging, since they can combine on a single molecular core properties enabling their detection by various imaging techniques. In particular, rhenium tricarbonyl complexes have been used for multimodal imaging. These “SCoMPIs” (Single Core Multimodal Probes for the Imaging) are luminescent and exhibit intense, specific infrared and X-ray fluorescence signals, which make possible their multimodal detection in biological media. In this study, we focused on the possibility to perform the multimodal imaging of SCoMPI-labelled peptides and proteins in cells. Various SCoMPIs were prepared and characterized, that were suitable for N-terminal labelling of peptides, labelling of an exogenous protein (homeodomain) through thiol-maleimide labelling, or the affinity-guided labelling of endogenous proteins (carbonic anhydrases). Dependance on the luminescence properties of SCoMPIs with their environment was investigated. SCoMPI-labelled peptides could be easily detected by luminescence and infrared imaging, which was not the case for SCoMPI-labelled proteins. However, it was possible to detect these small amounts of proteins by X-ray fluorescence microspectroscopy.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Carcinome hépatocellulaire (CHC) est le sixième cancer et la deuxième cause de mortalité par cancer dans le monde. Dans la majorité des cas, le CHC se développe sur une maladie chronique associée à des étiologies variées telles que l'infection par le virus de l'hépatite B ou l’hépatite C, la consommation excessive d'alcool et des maladies métaboliques. Le développement des maladies chroniques du foie qui conduisent à la cirrhose puis au cancer induisent des modifications de la composition chimique des cellules et des tissus. En effet, la carcinogenèse hépatique est un processus en plusieurs étapes caractérisé par la progression de nodules de régénération, de nodules dysplasiques de bas grade puis de grade et enfin du CHC. Le traitement du CHC reste difficile et la transplantation du foie est la seule option thérapeutique curative à long terme. Le problème est qu'il n'y a pas de marqueur objectifs et quantifiables pour contrôler la qualité d’un greffon. Des biomarqueurs spécifiques marquant la progression du CHC font également défauts.Dans ce travail de thèse, nous avons évalué l’intérêt de la microspectroscopie infrarouge (IR) pour le diagnostic de la stéatose, qui est le facteur le plus important affectant la reprise de la fonction hépatique après greffe de foie. La microspectroscopie infrarouge permet de détecter de façon qualitative et quantitative les caractéristiques biochimiques liées aux différents constituants moléculaires présents dans l'échantillon biologique. Nos travaux ont montré que la progression de la stéatose hépatique correspond non seulement à l'accumulation de lipides, mais également à des changements spectaculaires dans la composition qualitative du tissu. En effet, le bas grade de stéatose présente une diminution de la teneur en glycogène et une augmentation concomitante de lipides par rapport au foie normal. La stéatose intermédiaire montre une augmentation de glycogène et des changements majeurs sont observés en ce qui concerne les lipides, avec une contribution significative des acides gras estérifiés, des chaînes de carbone allongées et des lipides insaturés. Ces caractéristiques sont encore plus prononcées dans les hauts degrés de stéatose. De plus, nous avons mis en évidence que des changements biochimiques majeurs se produisent dans la partie non-stéatosique du tissu malgré son aspect normal sur le plan histologique, ce qui suggère que l’organe dans son ensemble reflète le degré de la stéatose.La deuxième partie de la thèse est focalisée la carcinogenèse hépatique. Il s’agit d’un processus en plusieurs étapes qui se caractérise dans la plupart des foies cirrhotiques par la progression de nodules hyperplasiques de régénération vers des lésions précancéreuses telles que les nodules dysplasiques de bas grade puis de haut grade et enfin le CHC. Le diagnostic différentiel entre nodules dysplasiques en particulier de haut garde et CHC reste extrêmement difficile. Nous avons abordé le potentiel de la microspectroscopie IR pour le diagnostic des nodules cirrhotiques. Nous avons observé de profondes modifications de la composition biochimique du foie pathologique. En effet, des changements importants ont été détectés dans la composition des lipides, des protéines et des sucres mettant en évidence la reprogrammation métabolique dans la carcinogenèse. Les principaux changements ont été observés dans le domaine de fréquence 950-1480 cm-1 dans lequel plusieurs bandes permettaient la discrimination des nodules cirrhotiques, dysplasiques et tumoraux. Enfin, nous avons montré que le diagnostic peut être réalisé à l’aide d’un microscope de laboratoire qui peut être facilement mis en œuvre en milieu hospitalier. / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the sixth most common neoplasm and the second most common cause of death in the world. Hepatocarcinogenesis is a multistep process characterized in patients with chronic liver diseases by a spectrum of hepatic nodules that mark the progression from regenerative nodules to dysplastic lesions followed by HCC. Liver transplantation remains the curative therapeutic option able to treat both the HCC and the underlying liver disease. The issue is that there is no objective and quantifiable marker for quality control of liver graft. Specific biomarkers of early stages of HCC are also an unmet need.In this study, we have evaluated the potential of infrared (IR) microspectroscopy for the diagnosis of steatosis, one of the most important factors affecting the liver allograft function. Vibrational microspectroscopy, such as Fourier transform infrared microspectroscopy (FTIR), allows detecting spectral characteristics associated with different molecular components present in the biological sample, both qualitatively and quantitatively. Our first working hypothesis was that the progression of liver steatosis corresponds not only to the accumulation of lipids but also to dramatic changes in the qualitative composition of tissue. Indeed, a lower grade of steatosis showed a decrease in glycogen content and concomitant increase in lipids in comparison with normal liver. Intermediate steatosis exhibited an increase in glycogen and major changes in lipids, with a significant contribution of esterified fatty acids with elongated carbon chains and unsaturated lipids, and these features were more pronounced in a high grade of steatosis. Furthermore, we have shown, that FTIR approach allows a systemic discrimination of morphological features, leading to a separate investigation of steatotic vesicles and the non-steatotic counterpart of the tissue. This highlighted the fact that dramatic biochemical changes occur in the non-steatotic part of the tissue also despite its normal histological aspect, suggesting that the whole tissue reflects the grade of steatosis. The second part of the thesis focused on hepatocarcinogenesis; a multistep process that is characterized in most cirrhotic livers by the progression from hyperplastic regenerative nodules to low grade dysplastic nodules (LGDN), high grade dysplastic nodules (HGDN) and finally small HCC which corresponds either to vaguely nodular well differentiated HCC so called early HCC or to distinctly nodular moderately differentiated hepatocellular carcinomas. Since the differential diagnosis between precancerous dysplastic nodules and early HCC remains extremely difficult, we addressed the potential of FTIR microspectroscopy for grading cirrhotic nodules. The study was focused on 39 surgical specimens including normal livers as controls, dysplastic nodules, early HCC and the progressed HCC. Profound alterations of the biochemical composition of the pathological liver were demonstrated by FTIR microspectroscopy. Indeed, dramatic changes were observed in lipids, proteins and sugars highlighting the metabolic reprogramming in carcinogenesis. The major changes were observed in the frequency domain 950-1480 cm-1 in which several bands allowed significant discrimination of cirrhotic nodules, dysplastic lesions and HCC. Finally, a significant discrimination between benign, dysplastic nodules and early HCC remained possible using a FTIR microscope equipped with a laboratory-based infrared source that can be easily implemented in hospital environment. In conclusion, our study positions FTIR microspectroscopy as a versatile and powerful approach for investigating liver diseases, such as steatosis, dysplastic lesions and cancer. Further studies on larger series of patients as well as on biopsies will allow confirming the clinical reliability of such spectral signatures. Therefore, we anticipate that FTIR microspectroscopy will open new avenue in clinical diagnosis.

Nous avons montré la faisabilité d 'une approche de capteur où les fonctions de détection et de signalisation sont séparées. Nous avons choisi comme supports lumineux des nanosphères fluorescentes. Elles servent de transducteurs. Nous avons exploré la modularité du capteur en essayant plusieurs molécules sondes adsorbées à la surface des billes. Nous avons montré que l'information entre la détection (sonde) et la signalisation (bille) est relayée par transfert d'énergie.

Le stratum corneum (SC), couche supérieure de l'épiderme, est composé principalement de cornéocytes entourés d'une matrice lipidique. Cette structure particulière confère au SC son rôle de barrière et protège l'organisme de la perte en eau, de la pénétration de substances exogènes et de l'irradiation ultra-violette (UV). La matrice lipidique du SC est constituée de trois lipides majeurs : les céramides, les acides gras et le cholestérol organisés en phase cristalline. Cette matrice est la principale voie de pénétration des molécules exogènes à travers la peau. L'estimation de l'absorption cutanée pour l'analyse du risque des produits cosmétiques est basée sur les recommandations de l'Organisation de Coopération et de Développement Économiques (OCDE) qui prend en compte les propriétés physicochimiques des molécules i.e. Log Pow (lipophilie) et MW (masse moléculaire). En effet, l'OCDE considère une absorption de 100% pour une molécule ayant une MW inférieure à 500g/mol et un Log Pow compris en -1 et +4. En dehors de ces valeurs, l'OCDE applique une estimation de 10%. Hors, cette estimation est bien souvent loin de la réalité et a besoin d'être affinée. Notre travail s'est focalisé sur le développement d'un critère d'évaluation de la pénétration cutanée afin de moduler les données de l'OCDE par trois approches différentes : chromatographie d'affinité, spectroscopie de fluorescence et microspectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) avec une source synchrotron. Etant donné que les propriétés barrières de la peau sont étroitement liées à la composition en céramides du SC, les méthodes développées en chromatographie d'affinité et spectroscopie de fluorescence se sont focalisées sur l'interaction céramide-molécules. Un critère prédictif de la pénétration percutanée a été défini avec chacune de ces méthodes :  et I. La troisième méthodologie a consisté à développer un autre critère (Sindex) par microspectroscopie FTIR avec une source synchrotron. La distribution cutanée des molécules a été suivie sur coupes microtomées de biopsies humaines. A partir de Sindex, une cartographie prédictive de la pénétration percutanée des molécules a été établie. Notre design expérimental comprenait des molécules (filtres UV, conservateurs, actifs cosmétiques) avec des Log Pow et MW variés (cf annexe 1). La pénétration cutanée de ces molécules a été étudiée avec une méthode de référence : cellules de Franz couplées à la chromatographie. Ces données de référence ont servi à valider les modèles et critères prédictifs développés. Ce travail a permis d'explorer de nouvelles pistes pour l'étude prédictive de la pénétration percutanée et de développer ainsi de nouveaux critères. Utilisés en complément des propriétés physicochimiques des molécules, ces nouveaux critères permettent d'affiner l'estimation de la pénétration cutanée de molécules exogènes pour l'analyse du risque.

Utilisés dans le traitement de nombreuses pathologies osseuses bénignes (ostéoporose) et malignes (myélome, métastases osseuses), les biphosphonates ont une action inhibitrice sur la résorption et le remodelage osseuse. Ils permettent d’augmenter la masse et la densité de minéralisation osseuse. Ils présentent une forte affinité pour l'os notamment pour les sites à fort remodelage. Les conséquences moléculaires de leur incorporation, en particulier dans les sites osseux à fort remodelage, restent encore à élucider. Ce travail se propose donc d’étudier à l’échelle moléculaire l’impact des biphosphonates sur la composition et la structure du tissu osseux à partir de deux modèles de forte accumulation : la néoformation osseuse chez le rat et l’ostéonécrose des maxillaires liée aux biphosphonates. Nos résultats indiquent que, dans ces conditions, les biphosphonates sont à l’origine de modifications importantes du contenu minéral du tissu osseux et provoquent des altérations structurales concernant les phases minérale et organique. En particulier, une hyperminéralisation est mise en évidence dans le contexte physiopathologique spécifique de l’ostéonécrose des maxillaires liée aux biphosphonates. Cette altération résulterait de processus de minéralisation secondaire avancés liés à l’inhibition du remodelage continu des maxillaires par les biphosphonates. De plus, les modifications de la structure cristalline observées dans les deux modèles témoignent d’un effet direct des biphosphonates lié à la fixation/interaction à la maille cristalline. Enfin, une perturbation des phénomènes de stabilisation de la matrice collagénique osseuse au cours de la néoformation osseuse est suggérée et peut être attribuée à un effet potentiel des biphosphonates sur les cellules ostéoblastiques. Ce travail permet ainsi d’appréhender les conséquences moléculaires d’une accumulation de biphosphonates sur la qualité osseuse. / Biphosphonates are known for their anti-resorptive effects in benign (osteoporosis) and malignant bone diseases (myeloma, bone metastasis). Their clinical properties are based on the net increase of bone mass and mineral density. Their strong affinity for biominerals allows them a targeting for specific bone remodeling sites and a prolonged storage within bone. Little is known about molecular changes upon bisphosphonates uptake in high turnover bone sites. Therefore, the aim of the present work was to examine intrinsic bone material properties in a high cumulative bisphosphonates context such as newly-formed bone and bisphosphonates-related osteonecrosis of the jaws. Our results show that bisphosphonates could be linked to the overmineralization reported in jaw bones. In addition, bisphosphonates cause ultrastructural disorders of both mineral and collagenic components. These modifications could be attributed to: i) bisphosphonates effects on the duration of mineralization processes, ii) to its mineral binding/interaction consequences, and iii) interestingly to its potential contribution on the osteoblastic function. This work contributes to clarify the molecular impacts of high cumulative bisphosphonates uptake on bone quality.

Le stratum corneum (SC), couche supérieure de l’épiderme, est composé principalement de cornéocytes entourés d’une matrice lipidique. Cette structure particulière confère au SC son rôle de barrière et protège l’organisme de la perte en eau, de la pénétration de substances exogènes et de l’irradiation ultra-violette (UV). La matrice lipidique du SC est constituée de trois lipides majeurs : les céramides, les acides gras et le cholestérol organisés en phase cristalline. Cette matrice est la principale voie de pénétration des molécules exogènes à travers la peau. L’estimation de l’absorption cutanée pour l’analyse du risque des produits cosmétiques est basée sur les recommandations de l’Organisation de Coopération et de Développement Économiques (OCDE) qui prend en compte les propriétés physicochimiques des molécules i.e. Log Pow (lipophilie) et MW (masse moléculaire). En effet, l’OCDE considère une absorption de 100% pour une molécule ayant une MW inférieure à 500g/mol et un Log Pow compris en -1 et +4. En dehors de ces valeurs, l’OCDE applique une estimation de 10%. Hors, cette estimation est bien souvent loin de la réalité et a besoin d’être affinée. Notre travail s’est focalisé sur le développement d’un critère d’évaluation de la pénétration cutanée afin de moduler les données de l’OCDE par trois approches différentes : chromatographie d’affinité, spectroscopie de fluorescence et microspectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) avec une source synchrotron. Etant donné que les propriétés barrières de la peau sont étroitement liées à la composition en céramides du SC, les méthodes développées en chromatographie d’affinité et spectroscopie de fluorescence se sont focalisées sur l’interaction céramide-molécules. Un critère prédictif de la pénétration percutanée a été défini avec chacune de ces méthodes :  et I. La troisième méthodologie a consisté à développer un autre critère (Sindex) par microspectroscopie FTIR avec une source synchrotron. La distribution cutanée des molécules a été suivie sur coupes microtomées de biopsies humaines. A partir de Sindex, une cartographie prédictive de la pénétration percutanée des molécules a été établie. Notre design expérimental comprenait des molécules (filtres UV, conservateurs, actifs cosmétiques) avec des Log Pow et MW variés (cf annexe 1). La pénétration cutanée de ces molécules a été étudiée avec une méthode de référence : cellules de Franz couplées à la chromatographie. Ces données de référence ont servi à valider les modèles et critères prédictifs développés. Ce travail a permis d’explorer de nouvelles pistes pour l’étude prédictive de la pénétration percutanée et de développer ainsi de nouveaux critères. Utilisés en complément des propriétés physicochimiques des molécules, ces nouveaux critères permettent d’affiner l’estimation de la pénétration cutanée de molécules exogènes pour l’analyse du risque. / The stratum corneum (SC) is the upper skin layer and due to its particular composition, corneocytes embedded in a lipidic matrix, it owns a role of barrier function and protects our body against water loss, penetration of exogenous molecules and UV irradiation. Its lipidic matrix is composed of three major lipids: fatty acids, cholesterol and ceramides, organised in liquid crystalline phase. This high cohesion creates cement between corneocytes. This cement is the principal pathway taken by the exogenous molecules to penetrate the skin. Percutaneous penetration estimation of cosmetic products is today based on the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) recommendations, regarding molecules structural characteristics i.e. Log Pow (polarity) and MW (molecular weight). The OECD claims that 100% dermal absorption may be assumed if the exogenous molecule molecular mass is lower than 500 g/mol and Log Pow ranged between -1 and +4. Besides these values, a 10% coefficient is applied. This approach is sometimes far from reality. Our work focused on developing new evaluation criteria of percutaneous penetration from three different approaches: affinity chromatography, fluorescence spectroscopy and FTIR microspectroscopy with a synchrotron source in order to modulate OECD predictions. Considering that skin barrier properties are closely linked to ceramide composition and conformation within the SC, two methods were developed to study the interaction between ceramides and exogenous molecules by affinity chromatography and fluorescence spectroscopy. A predictive criterion of percutaneous penetration was developed from each of these methods:  and I. The third methodology consisted of developing a predictive criterion, Sindex, by FTIR microspectroscopy with a synchrotron source, on microtomized cuts of human skin biopsies. A predictive cartography was build from Sindex. Our experimental design included exogenous molecules (e.g. UV filters, preservatives, cosmetic actives) with various Log Pow and MW (cf annexe 1). Molecules skin penetration was studied with a Franz cell device coupled to HPLC analysis. These results served as reference data to validate our predictive models and criteria.This work permitted to set up new methods for predicting skin penetration of exogenous molecules and to develop complementary predictive criterion to Log Pow and MW. These new criterion will serve to modulate OECD predictions.