Les cellules endothéliales cornéennes (CEC) jouent un rôle essentiel pour le maintien de la transparence de la cornée. Cependant, chez l’homme, elles sont incapables de proliférer en raison d’un arrêt de leur cycle cellulaire en phase G1, ce qui rend la couche endothéliale cornéenne particulièrement vulnérable. La délivrance de molécules thérapeutiques (gènes ou médicaments) représente une solution prometteuse pour maintenir la viabilité des CEC. Néanmoins, la difficulté majeure de cette technique repose sur le fait de traverser la membrane cellulaire, normalement imperméable aux molécules de grande taille. Plusieurs techniques de délivrance de molécules ont déjà été testées sur le tissu cornéen mais aucune d’entre elles ne donnent de résultats suffisamment probants pour être utilisée en applications cliniques. L’objectif de cette thèse est d’adapter et de développer une nouvelle technique de délivrance intracellulaire de molécules, basé sur une perforation cellulaire via un phénomène photoacoustique induite par l’activation de nanoparticules de carbone par laser femtoseconde, sur un modèle d’endothélium cornéen in vitro et ex vivo / Corneal endothelial cells (CEC) are essential for corneal transparency. However, on humans, they are unable of proliferation owing to its arrest of G1 phase of the cell cycle, making corneal endothelial monolayer particularly vulnerable. The gene and drug delivery represents a promising solution to maintain CEC viability. Unfortunately, the major difficulty of this technique is the transport across the cell membrane, normally impermeable to high-size molecules. Several techniques of molecules delivery have already been tested on corneal tissue but none of them gives results sufficiently convincing to be used in clinical applications. The aim of this thesis is to adapt and develop a new technique of intracellular molecules delivery, based on cell perforation via photoacoustic effect induced by the activation of carbon nanoparticles by femtosecond laser, on in vitro and ex vivo models of corneal endothelium

L'objectif de cette thèse est l'identification de couplages (nanoparticules / matrice de poly(methyl-methacrylate) PMMA) qui renforcent la rigidité de surface du PMMA tout en conservant le maximum de transparence. Le choix s'est porté sur trois type de nanoparticules carbonées : du graphène multicouches (FLG), de l'oxyde de graphène (GO) et des nanotubes de carbones (MWCNT). Une première décrit la préparation et la fonctionnalisation de ces trois types de nanoparticules pour assurer une meilleure dispersion dans la matrice. Deux méthodes ont été retenues pour réaliser ces matériaux composites : la polymérisation en masse et le mélange en solution. Une seconde partie présente la caractérisation des propriétés mécaniques de ces revêtements en trois étapes : en volume, en surface et sous forme de revêtement en couches minces (15-20µm). Les résultats majeurs montrent que les nano-composites réalisés retardent l'apparition de la plasticité comparé à un PMMA pur, même à faible pourcentage, et permettent ainsi de limiter les effets de rayures de surfaces. Le faible pourcentage de renfort permet de conserver la transparence et plus l'épaisseur diminue plus on peut augmenter ce taux de renfort sans dégrader les propriétés mécaniques du revêtement. Les nanoparticules choisies comme agents de renfort de la matrice polymère s'avèrent être également de très bons candidats pour la diminution du frottement comparée à un plastifiant type Erucamide / The goal of this thesis is the identification of couplings (nanoparticles / matrix poly (methyl methacrylate) PMMA) which ensure PMMA surface rigidity while maintaining maximum transparency. The choice fell on three types of carbonaceous nanoparticles: Few layer graphene (FLG), graphene oxide (GO) and carbon nanotubes (MWCNT). A first part describes the preparation and functionalization of these three types of nanoparticles to provide a better dispersion in the matrix. Two methods were used to prepare nanocomposite materials: bulk polymerization and solution blending. A second part presents the characterization of the mechanical properties of these coatings in three stages: volume, surface and thin layer coating (15-20μm). The main results show that nanocomposites made delay the onset of plasticity compared with pure PMMA, even at a low percentage, and help to limit the effects of surface scratches. The small percentage of reinforcement keeps the transparency and the more the thickness decreases the more the rate of reinforcement can increase without degrading the mechanical properties of the coating. Moreover, nanoparticles chosen as the polymer matrix of reinforcing agents prove to be very good candidates for reduction in friction compared to a plasticizer such Erucamide.

La fibrose pulmonaire peut être induite par différentes agressions comme certaines chimiothérapies et notamment la bléomycine. Elle est souvent idiopathique (FPI) sans étiologie retrouvée. Cette maladie, qui n’a pas de traitement efficace et un pronostic sombre, débute dans les régions sous-pleurales. Elle est caractérisée par la présence de myofibroblastes responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire qui va s’accumuler de façon disproportionnée. Ce dépôt excessif de collagène conduira à une perte des fonctions mécaniques du poumon et une limitation des échanges gazeux. L’origine des myofibroblastes est encore discutée mais une hypothèse récente propose que les cellules épithéliales puissent, sous l’influence de Transforming Growth Factor (TGF)-β1, une cytokine majeure du processus fibrosant, se transformer en myofibroblastes par un procédé nommé transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés dans un premier temps au rôle de la plèvre dans l’initiation de la FPI en développant un nouveau modèle de fibrose pleurale, puis nous avons étudié l’implication de la petite protéine de choc thermique HSP27 dans l’EMT. Enfin, nous nous sommes intéressés à la toxicité d’un dérivé de la bléomycine, la déglyco-bléomycine. Nous avons montré dans le premier projet que la bléomycine, quelque soit son mode d’administration, pouvait, si elle était associée à la présence de nanoparticules de carbone dans l’espace pleural (particules présentes dans la fumée de cigarette et dans la pollution), induire une fibrose pleurale progressive. Cette fibrose pleurale ne se limitait pas à une accumulation de collagène au niveau de la plèvre mais se propageait dans les régions sous-pleurales. Cette invasion de la fibrose s’expliquait par la capacité des cellules mésothéliales à subir une EMT. Dans une deuxième étude nous avons montré qu’HSP27 était fortement surexprimée au niveau de la plèvre et dans le parenchyme pulmonaire lors de la fibrose pulmonaire idiopathique et également dans nos différents modèles animaux de fibrose pulmonaire et pleurale. Nous avons montré in vitro qu’HSP27 était aussi fortement surexprimée au cours de l’EMT et que sa surexpression seule suffisait à induire une EMT. Au contraire, l’inhibition de son expression in vitro bloquait l’induction d’une l’EMT par le TGF-β1 et in vivo empêchait le développement de la fibrose pleurale et la migration des cellules mésothéliales dans le parenchyme pulmonaire. Enfin dans la troisième partie de notre travail, nous avons démontré chez le rongeur que la déglyco-bléomycine, dérivé de la bléomycine, avait le même effet anti-tumoral que cet anticancéreux mais sans sa toxicité pulmonaire fibrosante. Notre travail met en lumière le rôle probable de la plèvre dans l’initiation de la fibrose pulmonaire idiopathique. Nous espérons que nos travaux sur HSP27 et sur la déglyco-bléomycine vont pouvoir rapidement déboucher sur des applications thérapeutiques chez l’homme. / Pulmonary fibrosis could be induced by a number of injuries like chemotherapy (i.e. bleomycin) or could be idiopathic (IPF). This disease has currently no treatment. IPF classically starts in sub-pleural areas and is characterized by the presence of myofibroblasts producing the extracellular matrix that will accumulated into the parenchyma resulting in impaired lung functions and respiratory failure. The origin of the myofibroblasts is still debated but one recent hypothesis suggests that epithelial cells could become myofibroblasts through the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). This process is initiated by Transforming Growth Factor (TGF)-β1 one of the most, if not the most important cytokine involved in fibrotic process. In this work we focused on the role of the pleura in the onset of IPF and developed a new pleural fibrosis model in mice. We studied the implication of the heat shock protein 27 (HSP27) in pulmonary fibrotic processes. We then focused on the pulmonary toxicity of the deglyco-bleomycin a product derived from the anticancerous bleomycin. We demonstrated in the first part of our work that bleomycin was able, in combination with the presence of carbon nanoparticules in the pleural space (found in cigarette’s smoke and pollution), to induce a progressive pleural fibrosis. This pleural fibrosis was associated with a progression of the disease within the subpleural area as observed in IPF patients. This invasion within the parenchyma was explained by the fact that mesothelial cells undergo an EMT. In the second part of our work, we showed that HSP27 was overexpressed in the parenchyma and the pleura of IPF patients and also in all our pleural and pulmonary fibrosis models in rodents. Furthermore we established in vitro that HSP27 was also overexpressed during EMT and that its overexpression was sufficient to induce EMT. Additionally HSP27 inhibition blocks TGF-β1 induced EMT in vitro and blocks pleural fibrosis development and mesothelial cells migration within the parenchyma in vivo. In the last project we demonstrated that deglyco-bleomycin had the same anti-tumoral effect than bleomycin in vivo and was devoided from its pulmonary toxicity. This work highlights the potential role of the pleura in initiating IPF and may open fields for the development of new therapeutics by preventing pulmonary fibrosis initiation but also progression.

L’objectif de cette thèse consiste à mettre en place un système d’émulsion catalysé par des nanoparticules de Pickering afin de synthétiser des tensioactifs bio sourcés. Pour cela nous nous sommes intéressés à des matériaux mésoporeux fonctionnalisés (de type MCM-41). Ces matériaux favorisent la formation des émulsions tout en catalysant la réaction.Après une étude bibliographique sur le glycérol, les tensioactifs, les émulsions de Pickering et les matériaux mésoporeux, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à la fonctionnalisation de ces matériaux. Puis après les avoir caractérisés, nous les avons testés dans des réactions modèles biphasiques (acétalysation et hydrolyse d’ester). Enfin, nous avons terminé cette étude en testant ces catalyseurs dans notre réaction cible (éthérification du glycérol par des alcools gras). La MCM-41 a été synthétisée en utilisant un chauffage micro-onde.Les fonctions greffées sur nos matériaux ont permis de faire varier la balance hydrophile hydrophobe de nos matériaux tout en leur fournissant une fonction catalytique. Les nanoparticules ont été caractérisées par leur ATG, BET, DRX, analyse élémentaire, acidité et tailles des particules.Des catalyseurs à base d’Aerosil® 200 et de Nanoparticules de carbone ont également été testés.Une longue chaine alkyke (C18) et des nanoparticules de petites tailles (Aerosil® 200 et nanoparticules de carbone) favorisent la stabilité des émulsions. Cependant la présence de pores dans nos matériaux n’apporte pas d’avantage catalytique déterminant. / The objective of this work is the conception of emulsion catalysed by Pickering nanoparticles inorder to synthetize biosurfactant. Our strategy was based on functionalised mesoporous materials(MCM-41). These materials combine both emulsion stabilisation and reaction catalysis.After a bibliographic study on glycerol, surfactants, Pickering emulsions and mesoporousmaterials; our strategy was to functionalise these materials. After charaterisation, these materialswere tested in bipohasic model reactions (acetalysation and ester hydrolysis). We come to the end of this study by testing these catalysts in our target reaction (glycerol etherifaction from fattyalcohol).The MCM-41 was synthetized by using a microwave heating. The grafted functions on our materials can both make several hydrophilic-hydrophobic materialsas possible and provided them some catalytic functions. The nanoparticles were characterized byTGA, BET, XRD, elemental analysis, acidity and particle size.Catalyst from Aerosil® 200 and carbon nanoparticles were also tested. A long alkyl chain (C18) and small nanoparticles (Aerosil® 200 and carbon nanoparticles) supportthe emulsion’s stability. Nevertheless, the porous inside our materials is not interesting on acatalytic point of view.

Dusty plasmas are plasmas that contain solid particles of nano- or micrometer size. They are widespread in the cosmic environment and act as precursors in the formation of planets and stars. Such plasmas are also used in laboratories for the synthesis of nanocomposites, which have wide technological and medical applications. While a large scientific effort has been invested in the study and control of such plasmas, the initial growth mechanism of powders (i.e. before they reach several tens of nanometers) remains poorly known. This work contributes primarily to expand the fundamental knowledge in the field of dusty plasmas. Our goal is to understand the physical chemistry of high-frequency plasmas magnetically confined in chemically reactive gases. In addition, we aim by examining the kinetics of the precursors in the plasma to understand the mechanisms of nanoparticle formation in the volume and to control their characteristics in a magnetically confined low pressure Ar/C2H2 plasma. This contribution has a direct impact on science and plasma applications. Among the applications related directly to this research, we mention the synthesis of carbon-based nanocomposites for their integration in solar cells and biomaterials. By examining the plasma characteristics (plasma temperature and density, cation and anion density) and correlating them to those of the dust particles, we found that the magnetic field changes the process of the formation of these particles in the discharge at very low pressure. Specifically, it stimulates the nucleation of carbon nanoparticles through several channels, i.e. through the anions and cations. These nanoparticles include two different phases, an amorphous carbon layer and a porous core formed of grains aggregate. These grains are formed of graphite nanocrystals coated with an amorphous layer. Moreover, the radius of the dust particles increases with the magnetic field, which is related to the enhancement of their residence time in the plasma volume. / Les plasmas poudreux sont des plasmas qui contiennent des particules solides de taille nano- ou même micrométrique. Ils sont répandus dans l'environnement cosmique et jouent le rôle de précurseurs dans la formation des planètes et des étoiles. Ce type de plasma est également utilisé dans les laboratoires pour la synthèse des nanocomposites possédant de vastes applications dans le monde technologique et médical. Tandis qu’un grand effort scientifique a été investi dans l’étude et le contrôle de ce type de plasmas, les mécanismes initiaux de formation des poudres (i.e. avant qu’elles atteignent quelques dizaines de nanomètres) demeurent très peu connus. On sait toutefois que des réactions physico-chimiques sont à l’origine de précurseurs des poudres qui déclenchent la nucléation. Ce travail contribue en premier lieu à accroître les connaissances fondamentales dans le domaine des plasmas poudreux en général. Il s’agit en particulier de comprendre la physico-chimie des plasmas de haute fréquence de très basse pression soumis à un confinement magnétique dans des gaz chimiquement réactifs. Plus spécifiquement, l’objectif de ce travail est d’examiner la cinétique des précurseurs produits dans le plasma afin de comprendre les mécanismes de formation de nanoparticules en volume et le contrôle de leurs caractéristiques dans des mélanges d’Ar/C2H2 de très basse pression confinés magnétiquement. Cet apport a des retombées directes en science et applications des plasmas. Parmi les applications directement visées par cette recherche, notons la synthèse de nanomatériaux composites à base de carbone pour leur intégration dans les cellules solaires et les biomatériaux. En examinant les caractéristiques du plasma (température et densité du plasma, densité des cations et des anions) et en les corrélant à celles des particules de poudre, on constate que le champ magnétique modifie le processus de la formation des particules poudreuses dans la décharge à très basse pression. Plus précisément, il favorise la nucléation des nanoparticules de carbone à travers plusieurs voies impliquant les anions et les cations. Ces nanoparticules comprennent deux phases différentes, une couche de carbone amorphe et un noyau poreux formé d'un agrégat de grains eux-mêmes constitués de nanocristaux de graphite revêtus d'une couche amorphe. On constate que le rayon moyen des particules de poudre augmente avec le champ magnétique, ce qui est lié à l’amélioration de leur temps de résidence dans le volume du plasma.