Cette étude vise à définir l'effet des lipoprotéines de basses densité natives (LDL) et oxydées (ox-LDL) sur les fonctions des cellules endothéliales en relation avec les processus physiopathologiques de l'athérosclérose. Le microscope à force atomique (AFM) fut utilisé en combinaison avec les méthodes biochimiques traditionnelles afin d'acquérir de l'information sur les propriétés biomécaniques des cellules endothéliales. L'AFM est un outil permettant l'acquisition d'images et de mesures de forces quantitatives concernant les propriétés viscoélastiques des cellules vivantes selon leur exposition aux LDL ou ox-LDL. L'AFM rassemble localement des informations sur la membrane cellulaire et le cytosquelette des cellules et ce, de manière non invasive. Il est ensuite possible de corréler les résultats obtenus avec les marquages immunohistochimiques afin d'évaluer la réponse cellulaire suite à une exposition à des LDL ou ox-LDL. Ces données recueillies, les protocoles étant au point, il ne restera plus qu'à effectuer les tests avec les antioxydants afin de déterminer les agents et les dosages appropriés permettant une protection salutaire de l'endothélium. Ce travail amène donc de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires fondamentaux de la dysfonction endothéliale en vue éventuellement de développer de nouvelles thérapies cytoprotectrices efficaces. Une méthode d'imagerie des LDL a également été mise au point en utilisant l'AFM. Il est maintenant possible d'obtenir des images de bonne qualité permettant aussi de mesurer les dimensions de LDL individuelles. Cette technique pourrait entre autre servir à évaluer des pathologies touchant les LDL comme le diabète.

Le Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA) est une maladie inflammatoire courante en service de réanimation qui touche environ 10% des patients. Une augmentation pathologique de la rigidité et/ou de l'adhésion des leucocytes des patients atteints du SDRA semble être un des facteurs déclenchants majeurs de la maladie. Nous avons utilisé la microfluidique pour mimer le passage des cellules dans les capillaires pulmonaires. L'observation du passage de cellules modèles (lignée monocytaire humaine THP-1) dans des constrictions microfluidiques (H=12µm et W=6µm) a permis de mesurer leur temps d'entrée. Ensuite nous avons incubé des cellules dans des sérums issus de malades et étudié leurs caractéristiques de passage dans des constrictions microfluidiques en fonction du temps d'incubation et de la concentration en sérum. Ces résultats sont ensuite comparés à la composition des sérums en cytokines (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10, IL-17, TNF-α, TGF-β et INF-γ). Des corrélations entre l'IL-8, IL-1β, le TNF-α et le temps d'entrée ont été trouvés. Ces deux cytokines peuvent jouer un rôle dans la rigidité cellulaire lors de cette maladie. En incubant ainsi nos cellules avec les recombinants humains (IL-8, IL-1β et Tnf-α), nous avons constaté une augmentation de la rigidité des cellules. D'un point de vue médical nous avons montré que l'utilisation d'anticorps bloquants anti IL-8, anti IL-1β et anti TNF-α permet de protéger les cellules. / The project consists in using microfluidic devices to test human leukocyte behavior in microcirculation. Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is a disease that affects numerous patients in intense care services with a rate of death 50%. It is triggered to the sequestration of neutrophils within the lung microvasculature. There is neither diagnostic nor efficient treatment now. We study the properties of the passage of THP-1, and real neutrophils in micro-channels of width 6µm. In order to improve the understanding of SDRA, we also incubate models cells in patient's serums who are suffering from ARDS and diagnostic tools are being developed in collaboration with the hospitals of Marseille.

Une des principales causes d’échec dans le traitement des cancers est le développement de résistances aux drogues par les cellules tumorales. Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont suspectées d’être responsables de ces rechutes, conduisant à la récurrence de la maladie et bien souvent au décès des patients. En clinique, il est donc nécessaire de développer des stratégies thérapeutiques capables de cibler ces CSC résistantes et aboutir à la guérison des patients. Les CSC sont régulées par un ensemble de signaux aussi bien biologiques que physiques au sein de la niche tumorale. Mon projet a pour objectif de déterminer l’implication du microenvironnement tumoral (voie de signalisation BMP et contraintes mécaniques) dans le maintien et la résistance des cellules souches leucémiques (CSLs) de la leucémie myéloïde chronique (LMC). Pour cela, nous avons combiné tests fonctionnels et moléculaires ainsi que l’analyse de la niche tumorale sur plus de 200 échantillons de patients atteints de LMC. Nous avons ainsi démontré que l’altération de la voie BMP intrinsèque aux cellules immatures de la LMC corrompt et amplifie la réponse à BMP2 et BMP4, présents en quantités anormalement abondantes au sein de la niche tumorale. Ces résultats récemment publiés dans Blood nous ont amenés à évaluer le rôle de la voie BMP dans le maintien des CSLs sous traitement par les ITK. La microscopie à force atomique nous a permis de démontrer que l’expression de BCR-ABL est suffisante pour induire une augmentation de la rigidité des cellules immatures de LMC par rapport à des cellules saines. Enfin, l’utilisation d’un système de confinement cellulaire nous a permis de démontrer que le stress mécanique contrôle la prolifération des cellules leucémiques immatures en régulant l’expression de gènes mécano-sensibles comme Twist-1. Ces résultats pourraient expliquer comment des CSLs tirent profit des contraintes mécaniques issues de leur microenvironnement afin d’acquérir un avantage prolifératif par rapport aux cellules saines. Ultimement, nous espérons que cette approche transdisciplinaire permettra d’identifier les molécules clés de la transduction de signaux mécaniques potentiellement impliqués dans le maintien et la résistance des CSC et ainsi proposer de nouvelles cibles pour contrer ces effets. / One of the main causes of treatment failure in cancers is the development of drug resistance by cancer cells. The persistence of cancer stem cells (CSCs) might explain cancer relapses as they could allow reactivation of cancer cells proliferation following therapy, leading to disease persistence and ultimately to patients’ death. Clinically, it is crucial to develop therapeutic strategies able to target resistant CSCs in order to cure the patients. CSCs are controlled by a variety of biochemical and biomechanical signals from the leukemic niche. My project aims to determine the involvement of the tumor microenvironment (BMP signaling pathway and mechanical stress) in the maintenance and resistance of Leukemic Stem Cells (LSCs) in Chronic Myelogenous Leukemia (CML). For this, we combined functional and molecular assays to the analysis of tumor microenvironment on more than 200 CML patients’ samples. We demonstrated that alterations of intracellular BMP signaling pathway in CP-CML primary samples corrupt and amplify the response to exogenous BMP2 and BMP4, which are abnormally abundant in the tumor microenvironment. These results, recently published in Blood led us to evaluate the role of the BMP pathway in LSC maintenance under TKI treatment. Atomic force microscopy allowed us to demonstrate that BCR-ABL expression alone is sufficient to increases the rigidity of immature CML cells compared to healthy ones. Finally, using a unique cell confining system, we were able to demonstrate that mechanical stress controls the proliferation of immature leukemic cells by regulating the expression of mechano-sensitive genes such as Twist-1. These results could explain how LSCs can benefit from a mechanical stress exerted by their microenvironment to acquire a proliferative advantage over normal cells. Ultimately, we hope that this transdisciplinary approach will help to identify key molecules in the transduction of mechanical signals potentially involved in maintenance and resistance of CSCs and thus offer new targets to counter these effects.