Les transporteurs membranaires jouent un rôle primordial dans la pharmacocinétique de médicaments mais aussi dans le transport de composés endogènes. La maîtrise de modèle in vitro permettant d’évaluer leur implication dans des interactions médicamenteuses, notamment au niveau hépatique, est donc primordiale. L’utilisation de ces modèles permettra aussi de déterminer l’impact potentiel de contaminants environnementaux, comme les particules diesel, sur l’expression fonctionnelle de transporteurs. Nos résultats démontrent la fiabilité de modèles hépatocytaires (hépatocytes et cellules d’hépatome HepaRG) en culture monocouche pour l’étude du transport membranaire de médicaments. Grâce à ces modèles, nous avons mis en évidence que des extraits de particules diesel (DEPe) peuvent modifier l’expression et/ou la fonction de transporteurs membranaires hépatiques, les Organic Anion Polypeptide Transporter (OATP) et les Multidrug Resistance associated Protein (MRP). Au niveau pulmonaire, les DEPe peuvent aussi augmenter l’expression du complexe LAT1/CD98hc, un complexe protéique de transport d’acides aminés souvent associé à de mauvais pronostics dans les cas de cancer du poumon. En conclusion, nos résultats mettent en évidence que les DEPe peuvent intervenir dans la régulation de l’activité et de l’expression de transporteurs membranaires tant au niveau hépatique qu’au niveau pulmonaire. / Membrane transporters play a major role in the pharmacokinetic of drugs and in the transport of endogenous compounds. The development of in vitro models for the study of their expression and activity is therefore important to consider, notably for analyzing their interactions with drugs or environmental contaminants such as diesel exhaust particles. Our results demonstrated the reliability of hepatocytic cells (hepatocytes and highly differentiated hepatoma HepaRG cells) in monolayer culture for the study of membrane transport of drugs. Using these models allowed us to demonstrate that extracts of diesel exhaust particles (DEPe) can alter the expression and / or function of major liver transporters such as organic anion transporting polypeptides (OATP) and Protein Multidrug associated Resistance (MRP). In lung cells, DEPe can increase the expression of complex LAT1 / CD98hc a protein complex, that is associated with poor prognosis in lung cancer. In conclusion, our results demonstrated that DEPe can regulate activity and expression of membrane transporters at hepatic and lung level.

L'objectif de cette thèse est de d'evelopper des modèles cinétiques pour la régénération des filtres à particules Diesel (FaP), basés sur la catalyse par des formulations du type platine-cérine-zircone (Pt/CexZr1−xO2). L'intérêt pratique de ce type de modèle est lié à son utilité dans le calcul de termes sources chimiques dans des modèles 3D, et à la possibilité d'étudier le mécanisme réactionnel de l'oxydation catalysée de la suie. Au coeur de cette analyse cinétique se situe l'estimation des paramètres d'Arrhenius pour un ensemble d'étapes réactionnelles, en ajustant les courbes théoriques (calculées) à celles obtenues expérimentalement. Ce faisant, l'objectif n'est pas seulement de comprendre le rôle des différents réactifs, mais aussi d'explorer l'efficacité et les limitations de la modélisation des réactions hétérogènes à l'interface des phases gazeuses et solides. Le défi principal de cette démarche est l'attribution de valeurs physiques pertinents à des paramètres individuels dans un mécanisme réactionnel complexe. Notre stratégie pour aborder ce problème consiste en un ajustement progressif de sous-ensembles des étapes réactionnelles. Pour illustrer cette procédure, nous avons développé trois configurations d'oxydation des suies : i) l'oxydation par O2, NO et/ou NO2, non catalysée ii) l'oxydation par NO2 en présence d'un catalyseur en cérine, et iii) l'oxydation catalysée par Pt/CexZr1−xO2. La cinétique de ces réactions n'a pas été exhaustivement étudiée auparavant, et nos résultats ont apporté une meilleure compréhension de ce phénomène. L'approche d'ajustement s'est démontré justifiée, car elle a permis la reproduction de profils d'espèces-clés dans un ensemble de conditions expérimentales. Les études cinétiques expérimentales ont été menées sous forme de tests en température programmée, dans un réacteur à lit fixe. Une partie de nos données expérimentales a été obtenue directement ainsi, les autres donnée provenant d''etudes publiées par d'autres groupes. Afin de déduire les paramètres cinétiques à partir de ces données, un modèle de réacteur décrivant l'écoulement de gaz à travers un empilement de particules a été construit. Ce modèle comprend un sous-modèle portant sur la surface chimique des suies et du catalyseur, basé sur l'approximation du champ moyen. L'impact de la structure graphitique des suies, la composition/structure de la cérine-zircone et du ratio suie/catalyseur dans la réaction ont été considérés. Les paramètres décrivant leurs effets ont été estimés.

Les filtres céramiques sont des dispositifs prometteurs pour diminuer les émissions de particules carbonées par les moteurs Diesel et respecter les futures normes environnementales. L'analyse et la modélisation des phénomènes physiques intervenant dans leur fonctionnement est indispensable pour améliorer leurs performances et leur durabilité. Dans une première partie, l'écoulement du gaz, le transport et la capture des particules au sein d'un filtre présentant une structure poreuse multi-échelle sont étudiés. Une approche de type « milieu poreux effectif» est adoptée pour simuler l'étape de filtration à l'échelle du filtre. Le modèle s'appuie sur des équations 1D, développées pour un élément unitaire de filtre, préservant le caractère inertiel de l'écoulement. Dans une deuxième partie, le comportement thermique du filtre est étudié. Les transferts de chaleur convectif et diffusif sont pris en compte dans un modèle macroscopique à une température obtenu par la méthode de prise de moyenne volumique. Un terme source de combustion permet de considérer la réaction d'oxydation des particules collectées, intervenant dans l'étape de régénération du filtre.

Cette étude a pour finalité le développement d'une nouvelle famille de catalyseurs pour la combustion des suies Diesel afin de produire des filtres à particules (FAP) à régénération continue basse température. En effet, les régénérations périodiques des FAP actuellement commercialisés, engendrent une surconsommation plus ou moins élevée en carburant. Les catalyseurs étudiés sont des céramiques conductrices par les ions oxygènes et exempts de métal noble. L'ensemble de ces études a permis d'aboutir à plusieurs conclusions majeures. Les oxygènes actifs pour oxyder les particules de suies à basse température sont les oxygènes contenus dans le catalyseur. L'oxydation de la suie a donc lieu à l'interface solide/solide : suie/catalyseur. Un mécanisme de type électrochimique comme dans une pile à combustible mais à l'échelle nanométrique a été proposé : l'oxydation de la suie représente la réaction anodique qui se déroule aux points de contact suie / 8-YSZ, les électrons produits diffusent à travers les particules de suie vers les point triples entre les particules de suie (conductrices électroniques), la phase gaz (présence d'oxygène) et 8-YSZ (conducteur ionique) où se déroule la réaction cathodique d'incorporation de l'oxygène gazeux dans le matériau. Les paramètres clés qui gouvernent l'activité catalytique sont la surface de contact suie/catalyseur et donc la granulométrie de la poudre de catalyseur ainsi que la pression partielle d'oxygène dans la phase gaz et la mobilité de l'oxygène dans le catalyseur / This study aims to develop a new family of catalysts for diesel soot combustion to produce and optimize self-DPFs, based on ionic conducting ceramics, able to continuously burn soot particulates at low temperatures without fuel overconsumption and without the use of noble metals. The investigated catalysts are oxygen ionically conducting ceramics. Yttria stabilized Zirconia (8-YSZ containing 8 mol% of yttria) was chosen as the reference catalyst due to its high thermal and chemical stability and good ionic conductivity. A set of experiments was implemented to vary different parameters that can influence the reactivity of the reference catalyst. All of these studies have resulted in several major conclusions. Oxygen species active to oxidize soot particles at low temperature are those contained in the catalyst. An electrochemical type mechanism as in a fuel cell but at the nanoscale was proposed: the soot oxidation represents the anodic reaction which occurs at the contact points soot / 8-YSZ/O2 (gas) electrons are diffused through soot particles to triple points between the soot particles (electronic conductor), the gas phase (presence of oxygen) and 8-YSZ (ion conductor) where the cathodic reaction takes place with the incorporation of gaseous oxygen into the ceramic. The key parameters that influence the catalytic activity of 8-YSZ are soot / catalyst contact and thus the agglomerates size of the catalyst powder, the oxygen partial pressure in the gas phase and the mobility of oxygen in the catalyst

Les macrophages (MΦ), des cellules clefs de la réponse immunitaire peuvent répondre à des contaminants environnementaux comme les particules diesel (DEP), des polluants atmosphériques récemment classés cancérigènes pour l'Homme. Les MΦ sont des cellules hétérogènes et plastiques qui s'activent en fonction de leur microenvironnement soit en MΦ M1 (dits classiquement activés ou pro-inflammatoires) sous l'effet de l'INFγ et du LPS soit en MΦ M2 (dits alternativement activés ou réparateurs) sous l'effet de l'IL-4 et/ou de l'IL-13. Les effets des DEP sur la polarisation M1/M2 des MΦ restent peu documentés. Nous avons dans un premier temps caractérisé l'expression des marqueurs des MΦ différenciés in vitro en présence de M-CSF à partir de monocytes humains et polarisés en sous-type M1 ou M2. Nos principaux résultats montrent que les MΦ différenciés au M-CSF considérés comme des MΦ anti-inflammatoires, sont en réalité capables de s'activer vers un phénotype M1 après une stimulation au LPS/IFNγ. De plus, les marqueurs mis en évidence au cours de ce travail ont permis d'évaluer l'impact d'extraits organiques de DEP (DEPe) sur la polarisation des MΦ et plus généralement sur leur physiologie. Les DEPe altèrent l'expression de certains marqueurs M1 et M2 des MΦ, sans toutefois provoquer d'inhibition globale des processus de polarisation M1 et M2 ou de transition d'un phénotype vers un autre. Cette altération du phénotype est associée à une diminution de la réponse inflammatoire LPS-dépendante dans les MΦ M1 et des capacités chimiotactiques des MΦ M2. Les DEPe diminuent la sécrétion de certaines cytokines et chimiokines comme l'IL-6, l'IL-12p40 et le CCL18 via l'activation d'AhR et/ou de Nrf2. Parallèlement, nous montrons que les MΦ M1 et M2 exposés aux DEPe sécrètent le platelet deried growth factor B (PDGF-B), un facteur de croissance profibrosant, via l'activation d'AhR en quantité suffisante pour stimuler la prolifération de fibroblastes pulmonaires. Au total, ces travaux démontrent que les DEP possèdent des propriétés immunotoxiques vis-à-vis de la physiologie des macrophages humains polarisés in vitro. Cette immunotoxicité pourrait participer aux effets délétères de ces contaminants environnementaux urbains sur la santé humaine. / Macrophages (MΦ), well-known to play a key role in immune response, also respond to environmental toxic chemicals such as diesel exhaust particles (DEP), an air pollutant recently classified as carcinogenic to humans. MΦ are heterogeneous and plastic cells which activate according to their microenvironment into either an M1 subtype (so called classically activated or pro-inflammatory) under IFNγ and LPS stimulation or an M2 subtype (so called alternatively activated or anti-inflammatory) under IL-4 and/or IL-13 stimulation. However, potential effects of DEPs on M1/M2 MΦ polarization remain poorly documented. First, we characterized the expression marker of in vitro M-CSF-differentiated MΦ from human monocytes and activated into the M1 or M2 subtypes. Our main results show that M-CSF-generated MΦ considered as anti-inflammatory are actually able to switch to an M1 phenotype after IFNγ/LPS stimulation. Furthermore, the markers identified in this study were used to assess the impact of organic extracts of DEP (DEPe) on MΦ polarization and more generally on their physiology. DEPe alter some M1 and M2 markers expressed by polarized MΦ, without causing the overall inhibition of the M1 and M2 polarization process or the switch to a different phenotype. This phenotype alteration is associated with a decrease in the LPS-dependent inflammatory response in M1 MΦ and the chemotactic capacities in M2 MΦ. DEPe decrease the secretion of some cytokines and chemokines such as IL-6, IL-12p40 and CCL18 via AhR and/or Nrf2 activation. At the same time, we show that M1 and M2 MΦ in response to DEPe are able to secrete a sufficient level of a pro-fibrotic growth factor, the platelet derived growth factor B (PDGF-B) via AhR activation, leading to stimulation of lung fibroblast proliferation. Finally, these works show that DEPe have immunotoxic properties with regards to the physiology of human in vitro polarized MΦ. This immunotoxicity may then contribute to the deleterious effects of these urban environmental contaminants on human health.