Problématique : Le surfactant pulmonaire est une structure vitale essentielle à l’homéostasie pulmonaire. Étant composé majoritairement de phospholipides, il est particulièrement susceptible à l’oxydation puisqu’il est en constante interaction avec l’environnement extérieur. Par des mécanismes encore inconnus, les macrophages pulmonaires jouent un rôle majeur dans l’élimination du surfactant pulmonaire endommagé. Objectifs : 1) Caractériser la réponse transcriptionnelle et fonctionnelle des macrophages au surfactant pulmonaire sain et traité au peroxynitrite (ONOO⁻) et 2) investiguer le rôle de l’endocytose dans l’initiation de cette réponse. Méthodes : Des macrophages murins isolés par lavages bronchoalvéolaires ou différenciés de la moelle osseuse ont été exposés à du surfactant pulmonaire sain ou traité au ONOO⁻, avec ou sans Latrunculine A, un inhibiteur des mécanismes d’endocytose dépendant de l’actine. L’expression de gènes impliqués dans la capture (marco, msr1, cd36), l’accumulation intracellulaire (plin2) et l’export (abca1, abcg1, srb1) lipidique a été évaluée par qPCR, ainsi que les capacités fonctionnelles d’export lipidique. Résultats : L’addition de surfactant pulmonaire sain ou traité au ONOO⁻ augmente l’expression de marco, msr1, cd36 et plin2 et diminue l’expression d’abca1, abcg1 et scarb1 chez les macrophages. Toutefois, certaines différences transcriptionnelles ont été observées entre les macrophages pulmonaires primaires et ceux dérivés de moelle osseuse. Également, qu’il soit sain ou oxydé, le surfactant engendre une diminution des capacités d’efflux de cholestérol des macrophages différenciés. De plus, ces impacts transcriptionnels et fonctionnels ne semblent pas affectés par un traitement à la Latrunculine A. Conclusion : En présence de surfactant, et ce, indépendamment son niveau d’oxydation, les macrophages pulmonaires semblent favoriser les mécanismes de capture et d’accumulation lipidique. Ainsi, aux dépens de ces mécanismes priorisés, les deux espèces présentent conjointement une diminution à la fois transcriptionnelle et fonctionnelle des mécanismes d’export lipidique. / Problematic: Pulmonary surfactant is a vital structure essential to reduce the surface tension at the liquid-air interface. It is mainly composed of phospholipids and is susceptible to oxidation due to its close interaction with the external environment. Pulmonary macrophages play a major role in degrading damaged surfactant. However, the mechanisms used by pulmonary macrophages to detect and initiate its degradation are still unknown. Objectives: 1) To characterize the transcriptional and functional response of macrophages to native and peroxynitrite (ONOO⁻)-treated pulmonary surfactant and 2) to investigate the role of endocytosis in the initiation of this response. Methods: Primary mouse pulmonary macrophages isolated from bronchoalveolar lavages or differentiated from the bone marrow were exposed to native or ONOO⁻-treated pulmonary surfactant with or without endocytosis inhibitors (Latrunculin A). Expression of key genes implicated in lipid capture (msr1, marco, cd36), intracellular lipid accumulation (plin2), and lipid export (abca1, abcg1, scarb1) was assessed by quantitative PCR, as well as functional lipid export capacities. Results: The addition of native and ONOO⁻-treated pulmonary surfactant increased marco, msr1, cd36 and plin2 expression and decreased abca1, abcg1 and scarb1 expression in macrophages. However, some transcriptional differences were observed between primary and bone marrow macrophages. Also, both native and ONOO--treated pulmonary surfactant generated a decrease in differentiated macrophages cholesterol efflux capacities. Moreover, those transcriptional and functional impacts do not seem to be affected by Latrunculin A treatment. Conclusion: In the presence of pulmonary surfactant and this, independently its oxidation level, lung macrophages seem to promote lipid capture and storage mechanisms. Thus, depending on these prioritized mechanisms, the two species jointly showed a transcriptional and functional decrease in lipid export mechanisms.

Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Paris 12 : 2007. / Thèse électronique uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 318 réf.

Le processus de maturation pulmonaire implique entre autres la production d'un composé majoritairement lipidique : le surfactant. Cette étude réalisée du jour de gestation (JG) 15.5 au jour post-natal (PN) 10 a permis d'identifier dans le poumon murin les sites d'expression des apolipoprotéines (apo) A-I, A-Il, C-II, H et de la lipoprotéine lipase (LPL), gènes impliqués dans le métabolisme des lipides. On observe une co-localisation dans les cellules épithéliales des conduits respiratoires au JG 17.5 pour tous les messagers étudiés. Une co-localisation pour les protéines apoA-I, H et LPL est observée dans les capillaires. L'apoC-H est exprimée dans les cellules épithéliales distales tandis que l'apoA-II est retrouvée dans le mesenchyme. En période post-natale, l'expression de l'apoC-II et de la LPL se situe dans les conduits bronchiques et les macrophages. La localisation du site d'expression de ces gènes leur suggère un rôle dans la synthèse du surfactant.

Thèse doctorat : Sciences pharmaceutiques : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr. Index.

Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Chez l'humain et la souris, les androgènes retardent la montée de la production de surfactant pulmonaire chez le mâle. L'objectif de ce projet mené chez la souris est de déterminer les moments gestationnels exacts où la production de surfactant augmente chez le mâle et chez la femelle. Pour ce faire, nous avons adapté une technique permettant de quantifier le surfactant pulmonaire à différents moments gestationnels par la mesure des phosphatidylcholines disaturées (DSPC) dans les poumons foetaux. Brièvement, la quantité de DSPC augmente significativement selon l'âge gestationnel chez les deux sexes. Aucune différence sexuelle significative dans la quantité de surfactant n'a pu être détectée. Cela peut être expliqué par une approche de normalisation des résultats non optimale, une puissance statistique insuffisante, une contamination des échantillons par les DSPC membranaires et sanguins ou parce que la différence sexuelle est transitoire et a lieu pendant une courte période précise non étudiée.

Contexte : L’administration de surfactant par méthode minimalement invasive vise à éviter l’exposition à la ventilation mécanique invasive (VMI) chez les nouveau-nés atteints de la maladie des membranes hyalines (MMH). Objectif : L’objectif de cette étude est de tester l’efficacité de l’administration du surfactant par méthode minimalement invasive chez les prématurés de 320/7 à 366/7 semaines d’âge gestationnel (AG) pour prévenir l’exposition à la VMI ainsi que la survenue de pneumothorax. Méthode : Une étude randomisée incluant trois unités néonatales canadiennes a été réalisée. Les patients recevaient l’intervention ou étaient assignés au groupe contrôle. Dans le premier jour de vie, les patients du groupe d’intervention recevaient le surfactant par méthode minimalement invasive immédiatement après la randomisation. La mesure de résultat primaire combinée incluait l’exposition à la VMI et la survenue de pneumothorax nécessitant l’installation d’un drain thoracique. Des critères cliniques d’échec au traitement étaient surveillés puisque l’intervention n’était pas dissimulée. Chaque patient a été analysé selon son groupe d’allocation initiale. Résultats : Parmi 45 patients randomisés, 24 ont été assignés à recevoir l’intervention. Tous les patients ont été inclus dans l’analyse. Huit (33%) patients du groupe d’intervention ont été exposés à la VMI (7) ou ont présenté un pneumothorax (1) alors que 19 (90%) patients du groupe contrôle ont été exposés à la VMI (18) ou ont présenté un pneumothorax (1) (réduction du risque absolu : 0,57, intervalle de confiance à 95% : 0,54-0,60). Aucun patient n’a présenté les critères d’échec au traitement. Conclusion : L’administration de surfactant par méthode minimalement invasive s’est avérée efficace pour réduire la mesure de résultat combinée de l’exposition à la VMI et/ou de la survenue de pneumothorax chez les prématurés de 320/7 à 366/7 semaines atteints de la MMH. / Background: Minimally invasive surfactant therapy (MIST) is used to avoid invasive mechanical ventilation (IMV) in respiratory distress syndrome (RDS) management. Objective: The primary aim of this study was to test MIST in moderate (32 – 33 weeks’ gestational age (GA)) and late preterm (34 - 36 weeks’ GA) infants affected by RDS to avoid IMV exposure and prevent pneumothorax. Methods: This is a randomized controlled trial including three Canadian neonatal intensive care units. Patients were randomized to standard management or to intervention (MIST). In the first day of life, patients from the intervention group received MIST immediately after randomization. The combined primary outcome included either exposure to IMV or occurrence of a pneumothorax requiring a chest tube insertion. Treatment failure criteria were used to prevent bias as the intervention was not blind. The analysis was made by intention to treat approach. Results: Among 45 randomized patients, 24 were assigned to MIST and 21 to the standard management group. All patients were included in the analysis. Eight infants (33%) in the intervention group presented with the primary outcome versus 19 (90%) in the standard management group (absolute risk reduction 0,57, 95% CI: 0,54-0,60). Seven patients from the intervention group reached the primary outcome for being exposed to IMV and one for presenting a pneumothorax. In the control group, 18 patients reached the primary outcome for being exposed to IMV and one for presenting a pneumothorax. In either group, none of the patients have reached the clinical failure criteria. Conclusion: Minimally invasive surfactant therapy was associated with a significant reduction in IMV exposure and pneumothorax occurrence in moderate and late preterm infants affected by RDS.

Les fluorocarbures ont un fort potentiel en médecine. Cependant, et en dépit du fait que certaines formulations employant des fluorocarbures sont utilisées en clinique, il n'existe que relativement peu d'études visant à déterminer les interactions entre un fluorocarbure et une membrane de phospholipides. Notre étude concentre à l'interface fluorocarbure/phospholipide, qui représente d'une part un modèle simplifié du surfactant pulmonaire natif dont le composant majoritaire est la dipalmitoylphosphatiylcholine (DPPC), et d'autre part la paroi de microbulles développées comme nouveaux agents théranostiques.Tout d'abord, nous montrons que les fluorocarbures abaissent considérablement la tension interfaciale d'équilibre d'une série de phospholipides et accélèrent fortement leur adsorption. Nous montrons que des oscillations périodiques appliquées à la bulle induisent une transition du film de DPPC vers un état d'organisation plus dense. L'application d'oscillations périodiques permet aussi à la DPPC d'expulser du film interfacial une protéine, l'albumine, dont la présence est souvent liée aux troubles dus au mauvais fonctionnement du surfactant pulmonaire. L'effet des fluorocarbures, qui accélère considérablement l'expulsion de l'albumine par la DPPC, est également étudié. D'autre part, nous avons obtenu des microbulles exceptionnellement stables grâce à une série homologue de phosphates perfluoroalkylés. Nous avons également réussi à former des microbulles couvertes par des nanoparticules magnétiques, tout en gardant les propriétés échogènes des bulles. De telles microbulles offrent un potentiel comme des agents de contraste bimodaux pour l'IRM et l'échosonographie.

Paradoxalement, la sécurité routière est assurée entre autre par la production de particules d’usure ! Ainsi, près de 20 000 tonnes de garnitures de frein sont usées par an en France, dont 9 000 tonnes sous forme de particules d’usure aéroportées. Ces particules posent des problèmes de santé car leur composition chimique et leur morphologie font qu’elles interagissent avec la paroi alvéolaire entrainant des pathologies. Au cours de ces pathologies la phase la plus étudiée est la phase inflammatoire qui s’installe une fois que la particule a passé la première barrière de protection qui est le film de surfactant pulmonaire. En revanche, très peu d’études portent sur l’interaction directe des particules aéroportées avec le film de surfactant pulmonaire à cause de difficultés liées aux résolutions des moyens d’investigations cliniques. Alors-que ces études sont d’un intérêt fondamental puisque, de par ses propriétés physicochimiques de surfactant, ce film contrôle la mécanique respiratoire donc la capacité pulmonaire. Dans ce contexte, cette thèse analyse les mécanismes d’action de particules d’usure aéroportées modèles sur les propriétés physicochimiques et mécaniques des parois alvéolaires et plus particulièrement du film de surfactant pulmonaire. Pour cela, un modèle ex vivo de paroi alvéolaire reproduisant la composition, la microstructure du surfactant ainsi que les sollicitations mécaniques pendant les cycles respiratoires, a été mis au point. L’utilisation de ce modèle et les mesures associées ont permis d’élaborer une démarche d’identification des paramètres significatifs des particules qui déterminent leurs interactions avec le film de surfactant pulmonaire. Cela a permis de montrer que l’électronégativité des particules aéroportées est l’un des paramètres significatifs qui induit des changements couplés à différentes échelles, qui vont de la conformation moléculaire (nano), à la microstructure (micro) et aux propriétés mécaniques (macro) de la paroi alvéolaire, conduisant à la diminution de la capacité respiratoire. Ce modèle et les premiers résultats permettront à court terme, d’identifier les autres paramètres significatifs qui caractérisent les actions de particules d’usure aéroportées sur les propriétés mécaniques et physicochimiques des parois alvéolaires. Ceci permettra de connaitre leurs effets sur la capacité pulmonaire. Par conséquent, à plus long terme, cette connaissance permettra de modifier les matériaux en contact et leurs conditions de frottement pour générer des particules satisfaisant les exigences tribologiques et biologiques, donc tribo-bio-compatibles. / Paradoxically, road safety is assured among others by the production of wear particles! Thus, almost 20 000 tons of brake linings are worn each year in France. 9000 tons are airborne wear particles. Due to their size, chemical composition and morphology these particles will interact with the alveolar wall causing pathologies. In these pathologies the most studied is the inflammatory phase that appear after the particle has passed the first protective barrier which is the pulmonary surfactant film. However, very few studies have examined the direct interaction of airborne wear particles with pulmonary surfactant film. These studies are of fundamental interest because, by its physicochemical properties, the pulmonary surfactant film control the respiratory mechanics, hence the pulmonary capacity. In this context, this thesis analyzes the interaction mechanism of model airborne wear particles on the physicochemical and mechanical properties of the alveolar wall and more particularly of pulmonary surfactant film. For this, an ex vivo model of alveolar wall reproducing the composition of the surfactant, its microstructure and the mechanical stresses during the breathing cycles has been developed. This model and the associated measures allowed to develop a method for identifying significant parameters of the particles that determine their interaction with the pulmonary surfactant film. The results showed that the electronegativity of airborne particles is one of the significant parameters which induces changes at different scales ranging from molecular conformation (nano), microstructure (micro) and mechanical properties (macro) of the alveolar wall, leading to the diminution of the pulmonary capacity. This model and the first results will allow, at short term, to identify other significant parameters which characterize the actions of airborne wear particles on mechanical and physicochemical properties of alveolar walls, allowing to know their effects on lung capacity. Therefore, at longer term, this knowledge will permit to change the materials in contact and their friction conditions to generate wear particles satisfying tribological and biological requirements, so tribo-bio-compatibles.

Les poumons présentent de nombreux avantages en tant que voie d’administration de médicaments. Ils possèdent une grande surface (70-100 m2) pour l’adsorption de molécules et de particules, une mince barrière épithéliale, une faible acidité ainsi qu’un système vasculaire sous-jacent abondant. L’administration par inhalation est une approche prometteuse pour le traitement du cancer des poumons et des infections microbiennes comorbides dans 33% des cas puisqu’elle permet la livraison ciblée d’agents chimiothérapeutiques. Les nanoparticules sont des vecteurs idéaux d’acheminements ciblés de médicaments avec des avantages tels qu’une stabilité élevée/une longue durée de conservation ainsi qu’une capacité de transport élevée. Les nanoparticules inhalées atteignant les alvéoles pulmonaires interagissent avec le surfactant pulmonaire. Ce mélange de lipides et de protéines tapisse l’interface eau/air des alvéoles servant ainsi de barrière. L’interaction physique et chimique des nanoparticules avec le surfactant pulmonaire déterminera leur clairance, rétention et translocation. Nous proposons l’utilisation de nanoparticules de phytoglycogène, extraites de maïs sans OGM, pour l’administration pulmonaire d’un peptide anticancéreux et antimicrobien à double action dont l’administration par voie orale ou par injection est problématique. Le nanophytoglycogène, composé de molécules de glucose, est non-biopersistant, non-toxique et est certifié GRAS (Generally Recognized as Safe) par le Food and Drug Administration pour l’ingestion. Cependant, son innocuité pour l’inhalation reste à déterminer. Avant de déterminer l’efficacité du nanophytoglycogène à des fins de nanotransporteur organique pour la délivrance par aérosol de peptides thérapeutiques, son impact sur les propriétés biophysiques et sur la structure de phase du surfactant pulmonaire doit premièrement être caractérisé. L’objectif du projet est d’étudier les effets de nanophytoglycogène de différentes charges sur les propriétés physicochimiques de modèles du surfactant pulmonaire en utilisant les monocouches Langmuir. Plus précisément, il est question d’étudier les effets des nanoparticules sur l’activité de surface, la morphologie, la réversibilité ainsi que l’épaisseur du film du surfactant pulmonaire. L’imagerie par microscopie à angle de Brewster (BAM, Brewster Angle Microscopy), les isothermes (pression de surface vs aire moléculaire) ainsi que l’ellipsométrie à l’interface eau-air permettent une conjecture des effets néfastes potentielles du nanophytoglycogène sur les poumons. À l’aide de ces techniques, il a été possible d’étudier des monocouches de phospholipides et de protéines, représentant le surfactant pulmonaire. En présence de nanoparticules anioniques et quasi-neutres, les différentes monocouches ne subissaient aucune perturbation. Cependant, les résultats ont démontré que les nanoparticules cationiques se lient aux phospholipides anioniques, ce qui augmente l’épaisseur de la monocouche et ainsi le travail requis pour effectuer un cycle respiratoire. Ces travaux ont démontré l’importance de la charge des nanomatériaux lors de leur interaction avec le surfactant pulmonaire. De plus, les résultats de cette étude ont aussi permis de classer les nanophytoglycogènes quasi-neutre et anionique comme étant des vecteurs de médicaments potentiels. / The human lungs present many advantages as a drug delivery route, namely a high surface area (70-100 m2) for the adsorption of molecular species and particles, a thin epithelial barrier, an abundant underlying vasculature, and low acidity. Inhalation delivery is expected to be an ideal approach for the treatment of lung cancer and associated pulmonary infection (33% of cases) as it allows the site-specific physical delivery of chemotherapeutic. Nanoparticle carriers broaden the options for targeted drug delivery systems with advantages including high stability/long shelf life and high carrier capacity. In the alveoli, inhaled nanoparticles interact with lung (pulmonary) surfactant, a lipid/protein mixture that lines the alveolar air/fluid interface and serves as a primary barrier to uptake. The physical/chemical interaction of the nanoparticles with the surfactant determines their clearance, retention, and translocation. We propose to use novel phytoglycogen nanoparticles, extracted from non-GMO corn, for the pulmonary delivery of a dual action anticancer and antimicrobial peptide that is problematic to deliver orally or by injection. Nanophytoglycogen, composed of glucose molecules, is non-biopersistent, non-toxic and is GRAS (Generally Recognized as Safe) for oral ingestion. However, its safety for inhalation remains to be determined. Before evaluating the efficacy of nanophytoglycogen to serve as an organic nanocarrier for the aerosol delivery of peptide therapeutics, their impact on the biophysical properties and phase structure of lung surfactant must first be characterized. The objective of the research is to investigate the effect of nanophytoglycogens of different surface charge on the physicochemical properties of pulmonary surfactant model systems using Langmuir monolayers. More specifically, the effect of the nanoparticles on the surface activity, morphology, reversibility, and film thickness of pulmonary surfactant is studied. Isotherms (surface pressure vs. molecular area), BAM (Brewster Angle Microscopy) imaging, and ellipsometry at the air-water interface allow a surmise of the potential adverse effects of nanophytoglycogen on the lungs. Using these techniques, it was possible to study monolayers of phospholipids and proteins, representing the pulmonary surfactant. In the presence of anionic and quasi-neutral iv nanoparticles, the different monolayers didn’t undergo any disturbance. However, the results demonstrated that cationic nanoparticles bind to anionic phospholipids, which increases the thickness of the monolayer and thus the work required to complete a respiratory cycle. This study has demonstrated the importance of nanoparticle’s surface charge during their interaction with pulmonary surfactant. In addition, the results of this study also made it possible to classify the quasi-neutral and anionic nanophytoglycogens as being potential drug vectors.