Les cellules dendritiques jouent un rôle primordial dans le système immunitaire. En effet, ces cellules sont à l'interface entre l'immunité innée et adaptative par leur capacité de reconnaissance, d'internalisation et de dégradation de pathogènes afin de présenter des antigènes aux lymphocytes. La capacité de reconnaissance est engendrée par l'expression de différents récepteurs à la surface de ces cellules. Parmi ces récepteurs, deux grandes familles permettent la reconnaissance d'un large panel de différents pathogènes, comme les TLRs (" Toll-Like Receptors) et les lectines de type-C. Ces récepteurs sont utilisés comme marqueurs des différents sous-types de cellules dendritiques. Par exemple, parmi les lectines de type-C, DC-SIGN est majoritairement exprimée dans les cellules dendritiques dermiques alors que la Langérine est, quand à elle, fortement exprimée par les cellules dendritiques épidermiques, les cellules de Langerhans. Ces deux sous-types de cellules dendritiques divergent par leur réponse à l'infection par le VIH (" virus d'immunodéficience humain "). En effet, le virus utilise DC-SIGN pour détourner le rôle de ces cellules afin d'infecter les lymphocytes T alors que la reconnaissance du VIH par la Langérine, dans les cellules de Langerhans, conduit à la clairance de virus par son internalisation dans le granule de Birbeck. Cet organite est spécifique des cellules de Langerhans et nécessite l'expression de la Langérine. Ce travail de thèse s'est donc focalisé sur la caractérisation structurale et fonctionnelle de la Langérine. Il a permis de mettre en évidence l'importance de la structure tertiaire du domaine CRD et de la structure quaternaire de la protéine pour la formation et la bonne structuration du granule de Birbeck. Ensuite, l'étude fonctionnelle de cette lectine, notamment par résonance plasmonique de surface, nous a conduit à identifier une nouvelle spécificité de reconnaissance de la Langérine pour les glycosaminoglycanes dans un site d'interaction différent du site canonique. Enfin, nous avons caractérisé une spécificité de reconnaissance du site canonique pour les monosaccharides sulfatés de type glucosamine en utilisant la résonance plasmonique de surface et la cristallographie.

Les cellules dendritiques jouent un rôle primordial dans le système immunitaire. En effet, ces cellules sont à l'interface entre l'immunité innée et adaptative par leur capacité de reconnaissance, d'internalisation et de dégradation de pathogènes afin de présenter des antigènes aux lymphocytes. La capacité de reconnaissance est engendrée par l'expression de différents récepteurs à la surface de ces cellules. Parmi ces récepteurs, deux grandes familles permettent la reconnaissance d'un large panel de différents pathogènes, comme les TLRs (« Toll-Like Receptors) et les lectines de type-C. Ces récepteurs sont utilisés comme marqueurs des différents sous-types de cellules dendritiques. Par exemple, parmi les lectines de type-C, DC-SIGN est majoritairement exprimée dans les cellules dendritiques dermiques alors que la Langérine est, quand à elle, fortement exprimée par les cellules dendritiques épidermiques, les cellules de Langerhans. Ces deux sous-types de cellules dendritiques divergent par leur réponse à l'infection par le VIH (« virus d'immunodéficience humain »). En effet, le virus utilise DC-SIGN pour détourner le rôle de ces cellules afin d'infecter les lymphocytes T alors que la reconnaissance du VIH par la Langérine, dans les cellules de Langerhans, conduit à la clairance de virus par son internalisation dans le granule de Birbeck. Cet organite est spécifique des cellules de Langerhans et nécessite l'expression de la Langérine. Ce travail de thèse s'est donc focalisé sur la caractérisation structurale et fonctionnelle de la Langérine. Il a permis de mettre en évidence l'importance de la structure tertiaire du domaine CRD et de la structure quaternaire de la protéine pour la formation et la bonne structuration du granule de Birbeck. Ensuite, l'étude fonctionnelle de cette lectine, notamment par résonance plasmonique de surface, nous a conduit à identifier une nouvelle spécificité de reconnaissance de la Langérine pour les glycosaminoglycanes dans un site d'interaction différent du site canonique. Enfin, nous avons caractérisé une spécificité de reconnaissance du site canonique pour les monosaccharides sulfatés de type glucosamine en utilisant la résonance plasmonique de surface et la cristallographie. / Dendritic cells play a crucial role in the immune system. Indeed, these cells are at the interface between innate and acquired immunity by their capacities of recognition, internalisation and pathogen degradation to present antigens to T lymphocytes. The recognition capacity is generated by the expression of diverse receptors onto the cell surface. Among these receptors, two large families allow the recognition of a large panel of different pathogens, as TLRs (“Toll-Like Receptor) and C-type lectins. These receptors are used as markers of different dendritic cells subtypes. For example, and among the C-type lectins, DC-SIGN is mainly expressed onto dermic dendritic cells contrary to langerin, which is highly expressed onto epidermic dendritic cells, called Langerhans cells. These two subtypes of dendritic cells differ in their response of HIV infection. Indeed, the virus recognition by DC-SIGN enables hijacking the dendritic cell to infect T lymphocyte contrary to langerin recognition, in Langerhans cells, which allows the clearance of the virus by its internalisation into Birbeck granules. This organite is specific of Langerhans cells and requires langerin expression. This work is focused on structural and functional characterisation of langerin. It highlights the importance of the CRD tertiary structure and the quaternary structure of the protein for the formation and the structure of Birbeck granules. Then, functional study by surface plasmon resonance enabled us to identify a new binding site of langerin for glycosaminoglycans. Finally, we have characterised a recognition specificity of langerin for sulphated monosaccharide of glucosamine type using surface plasmon resonance and crystallography.

Cette thèse présente la conception et le développement d'un imageur CMOS pour bio-capteurs optiques basé sur la résonance plasmonique de surface ou SPR (de l'anglais Surface Plasmon Resonance). Premièrement, les conditions optimales pour la résonance de plasmon dans une interface compatible avec un processus CMOS/Post-CMOS sont obtenus par modélisation avec le logiciel COMSOL. Deuxièmement, un imageur CMOS à Colonne Active de 32x32 pixels est réalisé en technologie CMOS 0,35 m. Dans une interface or-eau avec excitation du prisme et une longueur d'onde de 633 nm, on constate que pour des prismes avec des indices de réfraction de 1,55 et 1,46, le couplage SPR optimal se produit à des angles d'incidence de 68,45◦ et 79,05◦ avec les épaisseurs des couches d'or de 50 nm et 45 nm respectivement. Dans ces conditions, environ 99,19% et 99,99% de l' ́energie de la lumière incidente sera transférée au plasmon de surface. Nous montrons aussi qu'un changement de 10−4 RIU dans l'indice de réfraction du milieu diélectrique, produit un changement de 0,01◦ dans l'angle de résonance de plasmonique, pour un schéma de modulation d'intensité lumineuse ce changement correspond à une variation de 0,08% dans l'énergie de la lumière réfléchie vue par le photodétecteur. Pour l'imageur CMOS conu, une photodiode caisson-N/subtrat-P est choisie en raison de sa faible capacit ́e de jonction, qui se traduit par un rendement quantique élevé et un gain de conversion élevé. Les simulations sur ordinateur avec Cadence et Silvaco donnent une capacité de jonction de 31 fF et un rendement quantique maximum de 82%. Le pixel de l'imageur est basé sur une configuration à trois transistors (3T) et a un facteur de remplissage de 61%. Le circuit de lecture utilise une technique de Colonne Active (ACS) pour réduire le bruit spatial (FPN) associés aux capteurs à pixels actifs traditionnels (APS). En outre pour compléter la réduction du bruit, un Double Echantillonnage Non-Corrélé (NCDS) et un Double Echantillonnage Delta (DDS) sont utilisés. Un montage optique expérimental est utilisé pour caractériser les performances de l'imageur, les résultats obtenus sont un gain de conversion de 7.3 V/e-, une photodiode avec une capacité de jonction de 21.9 fF, un bruit de lecture de 324,5 μV, ́equivalant approximativement à 45 lectrons, et une gamme dynamique de 62,2 dB. Les avantages de l'ACS et NCDS-DDS sont observés dans les bas niveaux de FPN de pixel et colonne de 0,09% et 0,06% respectivement. Le travail présenté dans cette thèse est une première étape vers le but de d ́evelopper une plateforme de biocapteur entièrement intégrée basée sur SPR, incorporant la source de lumière, l'interface SPR, le canal microfluidique, les éléments optiques et l'imageur CMOS.

L’objectif principal de ces travaux de thèse était de comprendre l’impact de la chimie de surface de NPs lors de leur interaction avec des interfaces biologiques. Deux sortes de NPs cœurs-coquilles ont été étudiées : des NPs sphériques de silice mésoporeuse Fe3O4@MSN de 100 nm de diamètre, contenant un cœur magnétique et des NPs composées d’analogues de bleu de Prusse (ABP) de formes cubiques (BP), cuboïdes (FeNi), ou polyédriques Au@BP contenant un cœur d’or, de tailles comprises entre 47 et 67 nm. Ces NPs différent par leur taille, leur composition chimique et leur forme. Les NPs de silice mésoporeuse, particulièrement étudiées ces dernières années pour leurs potentielles applications médicales, ont été choisies pour estimer la pertinence du recours à des modèles membranaires supportés pour l’évaluation de la sécurité biologique de nanomatériaux pour la santé. Les NPs Fe3O4@MSN ont été synthétisées de façon homogène et reproductible. Ces NPs ont ensuite été fonctionnalisées, par greffage de groupements PEG sur la silice, ou recouvertes avec une bicouche lipidique. L’influence des propriétés de surface sur la stabilité en suspension de ces NPs a été caractérisée dans différents milieux. Les effets de ces NPs sur la viabilité cellulaire et la cinétique d’internalisation ont été suivis sur une lignée cellulaire d’hépato-carcinome humain HepG2. Afin d’appréhender la relation entre les propriétés de surface des NPs et leurs effets sur les cellules, l’interaction des NPs avec des modèles membranaires a été étudiée. Les interactions des NPs avec des modèles membranaires ont été suivies par microbalance à quartz (QCM-D) et résonance plasmonique de surface (RPS). Les NPs fonctionnalisées sont plus rapidement internalisées que les NPs natives, en particulier les NPs recouvertes de bicouches lipidiques, mais sont moins toxiques pour les cellules HepG2. La présence de protéines de sérum de veau fœtal induit la formation d’une couronne de protéines qui influence l’interaction des NPs natives avec les membranes. Par contre, les groupements PEG ou le recouvrement lipidique forment un encombrement stérique limitant l’adhésion des protéines à la surface, qui n’influencent donc pas l’interaction des NPs avec les membranes. D’autre part, les NPs d’ABP ont été recouvertes avec des bicouches lipidiques. Les NPs polyédrique Au@BP contiennent un cœur d’or pour leur conférer des propriétés plasmoniques. La forme des NPs, sphériques, cubiques, cuboïdes ou polyédriques, n’influence pas le recouvrement lipidique. Ces différentes NPs, agrégées à 150 mM de NaCl, sont stabilisées en suspension par la formation d’une bicouche lipidique supportée en surface. L’influence de la forme sur la sécurité biologique des NPs peut ainsi être étudiée, celles-ci ayant des propriétés de surface communes mais différentes formes. / This work is a part of a multidisciplinary project focused on the safety of nanoparticles (NPs) developed for theranostic applications. The goal of this thesis is to investigate the role of surface chemistry of NPs at the biological interface. Two types of core-shell NPs have been studied: spherical mesoporous silica Fe3O4@MSN, with a diameter of 100 nm and a magnetic core, and cubic, cuboid and polyhedral NPs composed of Prussian blue analogous, presenting sizes comprised between 47 and 67 nm. The polyhedral Prussian blue NPs Au@BP contain a gold core. The NPs present different sizes, shapes and chemical compositions. Mesoporous silica NPs (MSN), particularly studied for their potential medical applications, have been used to evidence the relevance of model membranes to investigate NPs safety. First, Fe3O4@MSN were homogeneously synthesized, in reproducible 100 mg batches. These NPs have been functionalized by PEG grafting and lipid coating. The influence of the surface properties on the NPs stability have been characterized in various media. A human hepatocarcinoma cell line HepG2 have been used to measure the cell viability and observe the uptake kinetics when the cells are incubated with Fe3O4@MSN. To rely the surface properties of the NPs to their cell effects, the interaction of NPs with membrane models have been studied. Quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and surface plasmon resonance (RPS) were used to follow NPs-model membrane interactions. Functionalized NPs were uptaken faster than the bare ones, in particular lipid coated NPs, but were less cytotoxic for HepG2 cells. The presence of fetal calf serum proteins reduces the interaction of bare Fe3O4@MSN with model membranes, due to the protein corona that formed around the NPs. However, the presence of proteins doesn’t change NPs-model membranes interactions when NPs are functionalized by PEG grafting or coated with a lipid bilayer. The PEG groups and the lipid bilayers constitute a steric barrier which reduces the protein adhesion at the NPs surfaces. On the other hand, Prussian blue analogous NPs were also coated with lipid bilayers. The golden core of the polyhedral one’s confers localized plasmon properties. The lipid bilayer coating is equally performed on spherical, cubic, cuboid or polyhedral shapes of the various NPs. These different NPs are aggregated in high ionic strength conditions, with 150 mM NaCl, but dispersed when coated by lipid bilayer. The influence of the shape on the safety of the NPs may be compared, using these NPs with common surface coating but various shapes.