Cette thèse a porté sur le développement pour la biologie de la microscopie par génération de troisième harmonique (THG), qui permet la visualisation sans marquage de cellules et de tissus avec une résolution sub-micrométrique. Son application en biologie était jusqu'à présent limitée par le manque d'études du mode de création du signal dans l'échantillon, des sources de contrastes biologiques endogènes ainsi que de la phototoxicité induite. Le travail présenté ici a essentiellement porté sur ces trois questions. Nous avons d'abord étudié théoriquement et expérimentalement l'influence de la structure de l'échantillon et de la focalisation du faisceau excitateur sur le signal THG. Nous avons montré que l'imagerie THG agit sur l'échantillon comme un filtre passe! -bande pour les fréquences spatiales et qu'ajuster la focalisation de l'excitation permet de moduler la visibilité de structures au sein d'un système complexe selon leur forme. Par ailleurs, nous avons caractérisé les propriétés optiques de différents liquides biologiques, qui prédisent qu'un corps lipidique dans un environnement aqueux doit constituer une source efficace de signal intracellulaire. Nous avons démontré que de telles structures peuvent effectivement être suivies et quantifiées par microscopie THG dans de nombreux types de tissus biologiques non marqués, ouvrant la voie à des applications en physiopathologie. Finalement, nous avons appliqué la microscopie THG à la visualisation in vivo et sans marquage du développement embryonnaire précoce chez la drosophile. Sur ce modèle, nous avons étudié les mécanismes de phototoxicité liés à l'imagerie THG et démontré la possibilité de visualiser les embryons en 3D sans perturbation du développement et de quantifier les mouvements morphogénétiques à partir des séquences obtenues.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants potentiellement mutagènes et cancérigènes. Leur transfert de l'atmosphère vers les écosystèmes, notamment vers les plantes, conditionne leur entrée dans les chaines alimentaires mais les modalités de ce transfert restent encore mal connues. L'objectif de ce travail était donc de caractériser le transfert et d'identifier les effets biologiques des HAP atmosphériques sur un système sol-plante-microorganismes symbiotiques.Un dispositif expérimental a été conçu afin de recréer en laboratoire une pollution atmosphérique par les HAP avec comme HAP modèle le phénanthrène (PHE). Le dispositif a fait l'objet d'une validation et d'une calibration élaborée de manière originale par une double approche mêlant l'expérimental à la simulation mathématique. Les niveaux d'exposition en polluant (150 µg m-3), contrôlés par des échantillonneurs passifs, se sont avérés pertinents par rapport aux conditions in situ. Ce dispositif a donc été utilisé pour exposer durant un mois des microsystèmes sol-plante-microorganismes au PHE par voie atmosphérique.Les différentes études ont mis en évidence un transfert du PHE depuis l'atmosphère vers tous les compartiments du microsystème, avec une accumulation majeure vers les feuilles de trèfle ou de ray-grass (respectivement 170 et 70 µg g־ ¹MS) et un transfert phloémien vers les racines est suggéré. Chez le trèfle, la mycorhization n'a pas été affectée, tandis que le nombre de nodules actifs a diminué de manière significative. Contrairement aux racines, la biomasse aérienne du trèfle a été significativement affectée (environ - 25%) par l'exposition au PHE atmosphérique, suggérant un impact sur le métabolisme carboné de la plante. Une expérience de marquage des trèfles au ¹³C-CO2 a effectivement montré un impact négatif du PHE atmosphérique sur la croissance, l'allocation de biomasse et l'allocation carbonée. Pour conclure, ces études ont permis non seulement de caractériser les effets biologiques et physiologiques des HAP atmosphériques sur les végétaux mais également de proposer l'utilisation du potentiel mycorhizien comme indicateur de pollution atmosphérique par les HAP.

L’hygiène des mains (HDM) est déterminante dans la prévention du risque infectieux associé aux soins. Les pratiques actuelles privilégient l’utilisation de produits hydro-alcooliques (PHA), généralement formulés avec de l’éthanol, de l’isopropanol et/ou du n-propanol, en présence de co-formulants pour une meilleure acceptabilité cutanée. L’efficacité antimicrobienne sur un temps court, nécessaire en raison des situations fréquentes de pratique d’HDM, est atteinte par des teneurs élevées en alcools pouvant excéder 80 % p/p. Cela soulève la question de la toxicité cutanée et respiratoire associée à l’utilisation des PHA. L’évaluation de la toxicité cutanée basée sur les données publiées et des essais in vitro d’irritation cutanée (OCDE 439) et de phototoxicité (OCDE 432) conclut à l’absence d’irritation cutanée aiguë et de phototoxicité en relation avec l’exposition cutanée à ces alcools, y compris en présence de co-formulants, tels que fournis dans les PHA. Il est ressorti de nos essais le possible manque de spécificité, déjà décrit dans la littérature, des modèles d’épidermes humains reconstitués (RhE) vis-à-vis de certaines substances, qu’il convient de garder à l’esprit dans le cadre de l’évaluation de l’irritation cutanée in vitro. Des investigations complémentaires et une évaluation par l’approche Weight of Evidence peuvent être utiles avant de conclure aux propriétés irritantes d’un item d’essai. En termes de génotoxicité, une différence entre les alcools ressort de la revue bibliographique, avec des propriétés génotoxiques décrites uniquement pour l’éthanol. Dans une certaine mesure, nos essais ont confirmé une différence de profil. L’isopropanol et le n-propanol testés dans une batterie de tests in vitro permettant d’appréhender les différents mécanismes génotoxiques (test d’Ames et test du micronoyau (MN) sur cellules humaines p53 compétentes : cellules lymphoblastoïdes TK6 et cellules pulmonaires NCI H292) ont donné des résultats négatifs, y compris lorsqu’ils étaient formulés avec des co-formulants, ou administrés sous forme de vapeurs sur les cellules NCI H292 cultivées en interface air-liquide (IAL). Pour l’éthanol, la réalisation de la même batterie de tests a conduit à des résultats équivoques uniquement dans le test du MN sur cellules TK6 avec l’éthanol seul. Un test du MN supplémentaire sur cellules TK6 en co-culture avec un RhE mimant la barrière cutanée a donné des résultats négatifs. Par ailleurs, aucune exposition systémique significative aux alcools induite par les pratiques d’HDM ne ressort des études publiées chez l’homme, avec des taux indiscernables des valeurs endogènes existantes pour l’éthanol et l’isopropanol. L’ensemble de ces données est en faveur de l’absence de risque génotoxique systémique consécutif à l’utilisation des PHA, et de l’absence de génotoxicité pulmonaire locale liée à l’exposition aux vapeurs d’alcools. En conclusion, en situation d’utilisation des PHA pour l’HDM, aucun risque pour la santé humaine en termes d’irritation cutanée aiguë, de phototoxicité et de génotoxicité ne ressort de ce travail de recherche. / Hand hygiene (HH) is a key factor in preventing healthcare-associated infections. Current practices favor the use of alcohol-based hand rubs (AbHR), generally formulated with ethanol, propan-2-ol and/or propan-1-ol, in the presence of co-formulants for a better skin acceptability. The antimicrobial efficiency within a short time, essential because of the frequent situations of HH practice, is achieved by high levels of alcohols which can exceed 80% w/w. This raises the question of dermal and respiratory toxicity associated with the use of AbHR. The assessment of dermal toxicity based on published data and in vitro skin irritation (OECD 439) and phototoxicity tests (OECD 432) conclude to non acute dermal irritation and phototoxicity risk linked to dermal exposure to these alcohols, even in the presence of co-formulants, as provided in the AbHR. We encountered in our trials the possible lack of specificity, already described in the literature, of the reconstructed human epidermis (RhE) models for some substances, which should be kept in mind in the context of the evaluation of skin irritation in vitro. Additional investigations and an assessment using the Weight of Evidence approach may be useful before concluding the irritant properties of a test item. In terms of genotoxicity, a difference between the alcohols emerges from the bibliographic review, with genotoxic properties described only for ethanol. To a certain extent, our tests confirmed a difference in profile. Propan-2-ol and propan-1-ol tested in a battery of in vitro tests to explore the various genotoxic mechanisms (Ames test and micronucleus test (MN) on p53 competent human cells: lymphoblastoid cells TK6 and pulmonary cells NCI H292) gave negative results, even in the presence of co-formulants, or administered as vapors on air-liquid interface (ALI) NCI H292 cells. For ethanol, the same battery of tests gave equivocal results only in the MN test on TK6 cells with ethanol alone. An additional MN test on TK6 cells co-cultured with a RhE mimicking the existing skin barrier gave negative results. In addition, no significant systemic exposure to alcohols induced by HH practices is apparent from published studies in humans, with indiscernible levels of existing endogenous values for ethanol and isopropanol. All of these data support the absence of an increased systemic genotoxic risk resulting from the use of AbHR and the absence of local pulmonary genotoxicity due to exposure to alcohol vapors. In conclusion, during AbHR use for HH, no risk to human health in terms of acute skin irritation, phototoxicity and genotoxicity is apparent from this research.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants potentiellement mutagènes et cancérigènes. Leur transfert de l’atmosphère vers les écosystèmes, notamment vers les plantes, conditionne leur entrée dans les chaines alimentaires mais les modalités de ce transfert restent encore mal connues. L’objectif de ce travail était donc de caractériser le transfert et d’identifier les effets biologiques des HAP atmosphériques sur un système sol-plante-microorganismes symbiotiques.Un dispositif expérimental a été conçu afin de recréer en laboratoire une pollution atmosphérique par les HAP avec comme HAP modèle le phénanthrène (PHE). Le dispositif a fait l’objet d’une validation et d’une calibration élaborée de manière originale par une double approche mêlant l’expérimental à la simulation mathématique. Les niveaux d’exposition en polluant (150 µg m-3), contrôlés par des échantillonneurs passifs, se sont avérés pertinents par rapport aux conditions in situ. Ce dispositif a donc été utilisé pour exposer durant un mois des microsystèmes sol-plante-microorganismes au PHE par voie atmosphérique.Les différentes études ont mis en évidence un transfert du PHE depuis l’atmosphère vers tous les compartiments du microsystème, avec une accumulation majeure vers les feuilles de trèfle ou de ray-grass (respectivement 170 et 70 µg g־ ¹MS) et un transfert phloémien vers les racines est suggéré. Chez le trèfle, la mycorhization n’a pas été affectée, tandis que le nombre de nodules actifs a diminué de manière significative. Contrairement aux racines, la biomasse aérienne du trèfle a été significativement affectée (environ – 25%) par l’exposition au PHE atmosphérique, suggérant un impact sur le métabolisme carboné de la plante. Une expérience de marquage des trèfles au ¹³C-CO2 a effectivement montré un impact négatif du PHE atmosphérique sur la croissance, l’allocation de biomasse et l’allocation carbonée. Pour conclure, ces études ont permis non seulement de caractériser les effets biologiques et physiologiques des HAP atmosphériques sur les végétaux mais également de proposer l’utilisation du potentiel mycorhizien comme indicateur de pollution atmosphérique par les HAP. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants potentially mutagenic and carcinogenic. Transfer from the atmosphere to ecosystems, especially to plants, conditioning their entry into food chains, but the terms of this transfer are still poorly understood. The aim of this study was to characterize the transfer and identify the biological effects of atmospheric PAHs on soil-plant-symbiotic microorganisms.An experimental device was designed to recreate in the laboratory air pollution with phenanthrene (PHE) as a model PAH. The device was been validated and a calibration developed in an original way by a dual approach combining the experimental mathematical simulation. The levels of exposure to pollutant (150 mg m־³), controlled by passive samplers, were relevant with field conditions. This device has been used to expose a month of the soil-plant micro-organisms in the PHE through the air.Various studies have demonstrated a transfer of PHE from the atmosphere to all compartments of the microsystem, with a major accumulation to leaves in clover or ryegrass (respectively 170 and 70 µg g ־¹ dry weight) and a phloemic transfer to the roots is suggested. In clover, mycorrhization was not affected, while the number of active nodules decreased significantly. Unlike roots, aboveground biomass of clover was significantly affected (approximately – 25%) by exposure to air PHE, suggesting an impact on the carbon metabolism of the plant. A labelling experiment with ¹³C- CO2 in clover has actually shown a negative impact of PHE air on growth, biomass and carbon allocation.In conclusion, these studies have not only characterized the biological and physiological effects of atmospheric PAHs on plants but also proposed the use of mycorrhizal potential as an indicator of air pollution by PAHs.