Contexte : Les vésicules extracellulaires (VE), très étudiées ces dernières années, possèdent des potentialités très prometteuses pour la médecine de nos jours, dans le diagnostic et le traitement des maladies. Cependant, leur diversité, en termes de contenu et d’origine cellulaire, influence leur comportement et leur cible. Par conséquent, il est important d’étudier des différentes façons que les VE peuvent agir face à des modifications en vue d’être plus spécifique dans les choix de VE pour une cible déterminée. Méthode : Des modifications géniques et biochimiques, basées respectivement sur la méthode CRISPR (TSG101 Knock out), l’inhibition enzymatique (nSMase 2) et la méthode de Gibson (IGF1R5-H2), ont été apportées sur des cellules HEK293T. Les VE de ces cellules modifiées ont été ensuite étudiées en termes de nombre, de taille et de contenu en certains marqueurs protéiques et micro-ARN d’une part, et injectées aux souris, d’autre part, afin d’observer leur préférence de distribution. Résultats : Ici nous rapportons que les cellules avec TSG101 Knock out et inhibition de la nSMase 2 ont une production moindre de VE d’environ 50%. Ces VE sont de plus grande taille avec une diminution de certains marqueurs protéiques et un enrichissement en miR-451 diminué. Les VE des cellules H2 ont une plus grande absorption au cerveau comparativement aux VE des cellules U118 et HEK293T. Conclusion : Notre étude a démontré que des sous-populations de VE peuvent être différenciées à partir de la déplétion de gène ou l’inhibition d’enzyme pour la non-expression de protéines réputées d’être importantes pour leur production. Par ailleurs, des modifications cellulaires pour l’expression de certains anticorps produisent des VE avec une affinité particulière.

Abstract: Stimuli-responsive polymers and their assemblies, such as micelles, block copolymer (BCP) vesicles and hydrogels, can be dissociated or become relatively permeable upon excitation with a stimulus. This stimuli-responsive feature has made them very attractive carriers or vectors in drug delivery applications, since it is possible to realize controllable release of payloads from these systems by using, for example, light as a trigger enabling remote activation, and spatial and temporal control of the release. The research work presented in this thesis consists of two parts. The first part is focused on the design, synthesis and study of several novel photoresponsive polymers forming micelles, vesicles and hydrogels, as well as their exploitation for potential drug delivery applications. The second part concerns a study of the use of a different stimulus, namely, dissolved carbon dioxide (CO2). A general approach of using dissolved gases to manipulate the structural and morphological transition of BCP vesicles is described. The core of this thesis is five publications resulting from different projects that constitute the research work accomplished in our studies. In the first project, we developed a new strategy to prepare photo-dissociable BCP vesicles. By synthesizing a novel photoresponsive BCP with spiropyran and controlling the preparation conditions, a kinetically stable BCP vesicle was obtained at high pH (pH=8) due to the glassy membrane. Upon UV irradiation, fast BCP vesicle dissociation was achieved through a cascade of events triggered by the photoinduced isomerization from neutral spiropyran to charged merocyanine in the membrane. In second project, we demonstrated a novel strategy to tune the permeability of BCP vesicle membrane by taking advantage of the photoinduced liquid crystal (LC) order-disorder transition occurring inside the membrane. To this end, we designed and synthesized two series of amphiphilic BCPs of which the hydrophobic block is a side-chain liquid crystalline polymer bearing a small amount of azobenzene groups. Both BCPs could form giant BCP vesicles in aqueous solutions, facilitating their direct observation by optical microscopy. From polarized optical measurement, it was found that a photoinduced LC order—disorder transition could occur inside the vesicle membrane in aqueous solutions. This photoinduced transition has a softening effect on the membrane similar to that caused by good organic solvents. By using a fluorescent probe, we found that this photoinduced softening effect could increase the membrane permeability to proton diffusion. In the third project, we demonstrated a possibly universal solution to solve the problem of requiring UV or visible light excitation to trigger the response of many photosensitive materials developed for biomedical applications. The strategy consists in disrupting photoresponsive BCP micelles by using near-infrared (NIR) light excitation of upconverting nanoparticles (UCNPs). By encapsulating UCNPs into micelles of a photoresponsive BCP containing o-nitrobenzyl groups, UV photons emitted from UCNPs upon 980 nm NIR light excitation using a continuous-wave diode laser can be absorbed by o-nitrobenzyl groups in the micelle core, activating their photocleavage reaction and resulting in micelle dissociation and release of co-loaded hydrophobic compounds. The idea of using UCNPs as a nanoscale UV or visible light source upon NIR light excitation to activate photoreactions in photosensitive materials is of great significance. The strategy is general and can be applied to many photosensitive polymeric materials whose potential for biomedical applications is limited due to the wavelength issue. In the fourth project, we further investigated the generality of using UCNPs to circumvent the wavelength problem of most photoresponsive polymer systems. We extended the application of the approach to photoresponsive hydrogels. UCNPs were loaded into a hydrogel whose gel-sol transition requires UV light-induced breaking of the network structure. Upon 980 nm laser irradiation, the gel-sol transition was achieved by UV light emitted from UCNPs. This feature allowed us to realize NIR light-triggered release of large, inactive biomacromolecules (protein and enzyme) entrapped in the hydrogel into aqueous solution "on demand", where their bioactivity is recovered. The last project dealt with the use of CO2 as a smart trigger to switch a specific property or function of stimuli-responsive polymers. We put forward a general way to prepare CO2-responsive BCP vesicles by using the commercially available poly(N,N',-diethylaminoethyl methacrylate) (PDEAEMA) as the hydrophobic block forming the vesicle membrane. We showed that vesicles can either be completely dissociated (with uncrosslinked PDEAEMA) or undergo reversible volume expansion up to 2100% (with slightly crosslinked PDEAEMA) upon introduction of the gas into the solution. The drastic changes induced by dissolved CO2 are unprecedented. This study is a new demonstration of designing easily accessible CO2-responsive polymers and opens perspectives for valorizing CO2 in polymer and material sciences.//Résumé: Les polymères répondant aux stimuli et leurs assemblages sous forme de micelles, de vésicules ou d'hydrogels, peuvent être dissociés ou devenir relativement perméables des suites de l'application d'une excitation. Cette fonctionnalité stimuli-réponse les rend très attrayants en tant que transporteurs ou comme vecteurs pour le relargage ciblé de médicaments. Elle permet de réaliser la libération contrôlée des charges utiles de ces systèmes en utilisant, par exemple, la lumière comme un déclencheur permettant l'activation à distance, et le contrôle temporel de la libération. Les travaux présentés dans cette thèse sont regroupés en deux parties. La première décrit la conception, la synthèse et l'étude de nouveaux polymères photosensibles formant des micelles, des vésicules et des hydrogels, ainsi que leur exploitation pour largage de molécules modélisant des agents thérapeutiques (i.e., médicaments). La seconde partie porte sur une étude de l'utilisation d'un stimulus différent, à savoir le dioxyde de carbone (CO2 ). Une approche générale basée sur l'utilisation de gaz afin de manipuler la transition structurale et morphologique des vésicules est décrite. Le noyau de cette thèse est constitué de cinq publications issues de différents projets qui sont représentatifs des travaux de recherche accomplis dans ces études de doctorat. Dans le premier projet, nous avons développé une nouvelle stratégie pour préparer des vésicules photo-dégradables. La synthèse d'un nouveau copolymère photosensible comprenant des unités spiropyranes et le contrôle des conditions de préparation a permis la préparation de vésicules cinétiquement stables à un pH élevé (pH = 8 ) en raison du caractère vitreux de la membrane. Lors d'irradiations UV, une dissociation rapide des vésicules a été accomplie grâce à une cascade d'événements déclenchés par l'isomérisation photo-induite de la spiropyrane (neutre) en mérocyanine (chargée) au sein de leur membrane. Dans le second projet, nous avons démontré une nouvelle stratégie pour moduler la perméabilité de la membrane des vésicules en exploitant une transition liquide-cristalline photo-induite afin d'accroître le désordre au sein de la membrane. À cet effet, nous avons conclu et synthétisé deux séries de copolymères à blocs amphiphiles dont la séquence hydrophobe est un polymère liquide cristallin à chaîne latérale portant une petite quantité de groupes azobenzène. Les deux copolymères furent utilisés pour préparer des vésicules géantes en solutions aqueuses, ce qui a permis leur observation directe par microscopie optique. De plus, une transition ordre-désordre photo-induite a été observée à l'intérieur de la membrane liquide cristalline des vésicules par microscopie à lumière polarisée. Cette transition photo-induite a un effet assouplissant sur la membrane semblable à celle causée par de bons solvants organiques. En utilisant une sonde fluorescente, nous avons observé que cet accroissement de la souplesse de la membrane polymère causait l'augmentation de la perméabilité de la membrane à la diffusion de protons. Dans le troisième projet, nous avons démontré une solution possiblement universelle permettant de résoudre le problème résultant de la nécessité d'utiliser une excitation lumineuse UV ou visible comme stimulus de nombreux matériaux photosensibles développés pour des applications biomédicales. La stratégie consiste à irradier indirectement des micelles de copolymères photosensibles par le biais de la conversion ascendante de la proche infrarouge par des nanoparticules. Les photons UV émis par ces nanoparticules encapsulées à l'intérieur des micelles et irradiées en utilisant une diode laser à onde continue de 980nm sont absorbés par les groupes o-nitrobenzyle dont est constitué le copolymère photosensible, conduisant à l'activation de leur réaction de photo-clivage, à la dissociation des micelles et finalement, à la libération de composés hydrophobes. L'idée d'utiliser la conversion ascendante issue de nanoparticules irradiées dans la proche infrarouge comme source lumineuse nanoscopique dans l'UV ou le visible pour activer des réactions photochimiques dans des matériaux photosensibles est d'une grande importance. La stratégie est générale et peut être appliquée à de nombreux matériaux polymères photosensibles dont le potentiel pour des applications biomédicales est présentement limité en raison de la faible pénétration des rayonnements UV et visible dans les tissus. Dans le quatrième projet, nous avons étudié davantage la généralité de l'utilisation de la conversion ascendante par des nanoparticules afin de contourner le problème de longueur d'onde pour l'activation de la plupart des systèmes polymères photosensibles. Nous avons ainsi étendu l'application de l'approche à des hydrogels photosensibles. Les nanoparticules ont été chargées au sein d'un hydrogel dont la transition gel-sol nécessite de la lumière UV afin d'induire la rupture de la structure du réseau. Sous irradiation à l'aide d'une diode laser à 980 nm, la transition gel-sol a été stimulée par la lumière ultraviolette émise par la conversion ascendante issue des nanoparticules. Cette "fonction" nous a permis de déclencher, par irradiation dans l'infrarouge proche qui pénètre beaucoup plus profondément dans les tissus biologiques, la libération "à la demande" de macromolécules biologiques (protéines et enzymes), inactives lorsque piégées dans l'hydrogel, en solution aqueuse où leur activité est restaurée. Le dernier projet porte sur l'utilisation du CO2 comme un déclencheur intelligent pour activer une propriété ou une fonction spécifique de polymères dont la sensibilité à ce stimulus est programmée au sein de leur structure moléculaire. Nous avons proposé une façon générale pour préparer des vésicules copolymères sensibles au CO2 par l'inclusion d'un bloc hydrophobe de poly (N, N ',-diéthylaminoéthylmethacrylate) (PDEAEMA) disponible commercialement et formant la membrane de la vésicule. On a montré que ces vésicules peuvent être soit complètement dissociées (lorsque le PDEAEMA n'est pas réticulé) ou encore subir une expansion de volume réversible atteignant 2100% (lorsque le PDEAEMA est faiblement réticulé) en réponse à l'introduction de CO2 dissout dans la solution de vésicules. Les changements radicaux induits par la modulation de la concentration du CO2 dissout sont sans précédent. Cette étude est une nouvelle démonstration d'une conception facilement accessible de polymères dont la structure moléculaire est programmée pour répondre à cette modulation dans la concentration du CO2 dissout et ouvre des perspectives de valorisation du CO2 en sciences des matériaux et des polymères. [symboles non conformes]

Les synapses formées par les fibres moussues (FM) sur les cellules principales de la région CA3 (FM-CA3) jouent un rôle crucial pour la formation de la mémoire spatiale dans l’hippocampe. Une caractéristique des FM est la grande quantité de zinc localisée avec le glutamate dans les vésicules synaptiques recyclées par la voie d’endocytose dépendante de l’AP3. En combinant l’imagerie calcique et l’électrophysiologie, nous avons étudié le rôle des vésicules contenant le zinc dans la neurotransmission aux synapses FM-CA3. Contrairement aux études précédentes, nous n’avons pas observé de rôle pour le zinc dans l’induction des vagues calciques. Nos expériences ont révélé que les vagues calciques sont dépendantes de l’activation des récepteurs métabotropiques et ionotropiques du glutamate. D’autre part, nos données indiquent que les vésicules dérivées de la voie dépendante de l’AP3 forment un groupe de vésicules possédant des propriétés spécifiques. Elles contribuent principalement au relâchement asynchrone du glutamate. Ainsi, les cellules principales du CA3 de souris n’exprimant pas la protéine AP3 avaient une probabilité inférieure de décharge et une réduction de la synchronie des potentiels d’action lors de la stimulation à fréquences physiologiques. Cette diminution de la synchronie n’était pas associée avec un changement des paramètres quantiques ou de la taille des groupes de vésicules. Ces résultats supportent l’hypothèse que deux groupes de vésicules sont présents dans le même bouton synaptique. Le premier groupe est composé de vésicules recyclées par la voie d’endocytose utilisant la clathrine et participe au relâchement synchrone du glutamate. Le second groupe est constitué de vésicules ayant été recyclées par la voie d’endocytose dépendante de l’AP3 et contribue au relâchement asynchrone du glutamate. Ces deux groupes de vésicules sont nécessaires pour l’encodage de l’information et pourraient être importants pour la formation de la mémoire. Ainsi, les décharges de courte durée à haute fréquence observées lorsque les animaux pénètrent dans les places fields pourraient causer le relâchement asynchrone de glutamate. Finalement, les résultats de mon projet de doctorat valident l’existence et l’importance de deux groupes de vésicules dans les MF qui sont recyclées par des voies d’endocytoses distinctes et relâchées durant différents types d’activités. / Mossy fiber-CA3 pyramidal cell synapses play a crucial role in the hippocampal formation of spatial memories. These synaptic connections possess a number of unique features substantial for its role in the information processing and coding. One of these features is presence of zinc co-localized with glutamate within a subpopulation of synaptic vesicles recycling through AP3-dependent bulk endocytosis. Using Ca2+ imaging and electrophysiological recordings we investigated role of these zinc containing vesicles in the neurotransmission. In contrast to previous reports, we did not observe any significant role of vesicular zinc in the induction of large postsynaptic Ca2+ waves triggered by burst stimulation. Moreover, our experiments revealed that Ca2+ waves mediated by Ca2+ release from internal stores are dependent not only on the activation of metabotropic, but also ionotropic glutamate receptors. Nevertheless, subsequent experiments unveiled that the vesicles derived via AP3-dependent endocytosis primary contribute to the asynchronous, but not synchronous mode of glutamate release. Futhermore, knockout mice lacking adaptor protein AP3 had a reduced synchronization of postsynaptic action potentials and impaired information transfer; this was not associated with any changes in the synchronous release quantal parameters and vesicle pool size. These findings strongly support the idea that within a single presynaptic bouton two heterogeneous pools of releasable vesicles are present. One pool of readily releasable vesicles forms via clathrin mediated endocytosis and mainly participates in the synchronous release; a second pool forms through bulk endocytosis and primarily supplies asynchronous release. The existence of two specialized pools is essential for the information coding and transfer within hippocampus. It also might be important for hippocampal memory formation. In contrast to low firing rates at rest, dentate gyrus granule cells tend to fire high frequency bursts once an animal enters a place field. These burst activities, embedded in the lower gamma frequency, should be especially efficient in the triggering of substantial asynchronous glutamate release. Therefore, the results of my PhD project for the first time provide strong evidence for the presence and physiological importance of two vesicle pools with heterogeneous release and recycling properties via separate endocytic pathways within the same mossy fiber bouton.

Des écosystèmes sahéliens ont été étudiés afin de préciser le rôle de la symbiose mycorhizienne et de la flore mycorhizosphérique dans la structuration des communautés végétales. Les expérimentations ont porté sur trois états d’évolution des systèmes sol–microorganismes–plantes : (i) l’implication des champignons mycorhiziens à arbuscules (champignons MA) dans les mécanismes de co-existence végétale dans un écosystème herbacé faiblement anthropisé ; (ii) l’étude de l’influence des champignons MA dans l’atténuation des effets allélopathiques des essences exotiques à croissance rapide [Gmelina arborea, Eucalyptus camaldulensis] sur les organismes natifs (communautés microbiennes et herbacées) et enfin, (iii) l’étude de l’invasion du sol par une herbacée exotique (Amaranthus viridis) sur la structure et le fonctionnement de certaines communautés microbiennes du sol (champignons MA, bactéries totales, rhizobia), la disponibilité dans le sol de C, N, P et la régénération de cinq espèces d’Acacia sahélien. Les résultats indiquent que (i) la présence et l’abondance des champignons MA dans le sol, ainsi que la richesse en phosphore, peuvent fortement influencer la répartition des espèces végétales ; (ii) les champignons MA constituent des agents biologiques qui favorisent la croissance des plantes et permettent de restaurer les sols dégradés et de promouvoir la biodiversité végétale et enfin, (iii) l’invasion de Amaranthus viridis, une espèce végétale peu mycotrophe, modifie profondément certaines caractéristiques biochimiques du sol et réduit significativement les potentiels infectieux mycorhizien et rhizobien dans le sol, compromettant ainsi la survie des plants d’Acacia. Cependant, l’inoculation des plants avec des propagules de champignon MA permet d’atténuer significativement l’effet dépressif de la plante invasive sur le développement des Acacias. / Sahelian ecosystems have been studied to define the role of mycorrhizal symbiosis and mycorrhizospheric flora in plant communities’ structuration. The study concerns three main levels of soil – microorganisms – plant systems evolution: (i) the implication of Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) like Agent-mediated coexistence processes in an herbaceous weakly disturbed ecosystem; (ii) the study of the impact of AMF like Agent-mediated allelopathic effect of exotic fast growing trees [Gmelina arborea Roxb, Eucalyptus camaldulensis] on endogenous organisms (herbaceous and soil microbial communities) and lastly, (iii) the study of soil invasion by an exotic herbaceous plant [Amaranthus viridis] on soil microbial community (AMF, total bacteria, rhizobia) structure and function, on C, N, P availability in soil and, on the regeneration of five sahelian Acacia species. The results indicate that (i) the presence and abundance of AMF in soils, associated with P availability, could strongly mediate plant species coexistence processes and thus, determine plant species partitioning in terrestrial ecosystems; (ii) AMF’s are biological agents which optimize plant growth, restore degraded lands and promote plant biodiversity and finally, (iii) Amaranthus viridis, a very weakly mycotrophic plant species, alters soil chemistry and promotes a reduction in soil mycorrhizal and rhizobial communities after its invasion, thus compromising the survival of Acacia seedlings. Furthermore an increase in soil mycorrhizal propagules could make it possible to mitigate significantly the depressive effect of the invasive plant on the re-establishment of these Acacia species.

Dans cette étude on décrit une méthode reproductible et efficace pour isoler des cellules microgliales et leurs exosomes. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différences morphologiques entre les cellules microgliales issues d'origines tissulaires différentes e.g. cortex et moelle épinière. D'autre part, en utilisant une plateforme de protéomique à grande échelle, nous démontrons que les microglies dérivées du cortex et de la moelle épinière des rats expriment des phénotypes différents tant dans les conditions physiologiques normales ou inflammatoires. Cette différence a été confirmée également au niveau des exosomes qu’elles sécrètent.Des essais biologiques in vitro démontrent que les exosomes dérivées de microglies testées sur des sphéroïdes 3D de gliomes de rat étaient capables d'inhiber l'invasion tumorale. Ces résultats ont permis de mettre en évidence que des exosomes dérivées de la microglie pouvaient être utilisés comme agents nano thérapeutiques vis-à-vis des gliomes. Sur la base des études précédentes conduites au laboratoire, nous avons montré que les EVs isolées à partir de macrophage KD PC1/3 traitées avec Paclitaxel inhibaient la croissance de la lignée C6 de gliome de rat. Nous avons isolé les exosomes et nos résultats mettent en valeur le potentiel d'une stratégie thérapeutique combinant Paclitaxel et inhibition de PC1/3 et utilisation des exosomes produits par ces cellules comme agents thérapeutiques. / In present study, we present a reproducible and an efficient method for isolating microglial cells and their exosomes. The results show that there are no morphological differences between microglial cells from different tissue origins e.g. cortex and spinal cord. On the other hand, using a large-scale proteomic platform, we demonstrate that microglia derived from the cortex and spinal cord of rats express different phenotypes under both normal and inflammatory physiological conditions. This difference has also been confirmed at the level of the exosomes they secrete.In vitro bioassays demonstrate that microglia-derived exosomes tested on 3D spheroids of rat gliomas were able to inhibit tumor invasion. These results made it possible to demonstrate that exosomes derived from microglia could be used as nano-therapeutic agents vis-à-vis gliomas.Based on previous studies conducted in the laboratory, we have shown that EVs isolated from KD PC1/3 macrophage treated with Paclitaxel inhibited the growth of the rat glioma C6 line. We isolated the exosomes and our results highlight the potential of a therapeutic strategy combining Paclitaxel and PC1/3 inhibition and use of the exosomes produced by these cells as therapeutic agents.

Pour effectuer des opérations de régulation et de signalisation, les systèmes naturels mettent à profit des processus ioniques et photoniques. Certain aspects de ces processus peuvent être reproduits dans des systèmes artificiels, en combinant senseurs et récepteurs moléculaires photoactifs dans des nanocapsules ou des membranes auto-assemblées. Une série de molécules photoactives amphiphiles et non-amphiphiles a été synthétisée, notamment pour la complexation et la libération d'ions calcium. Ces derniers processus ont été étudiés à l’aide de différentes spectroscopies incluant la fluorimétrie et l’infrarouge. Le couplage du processus photomodulé d'éjection d'ion et sa détection, dans des domaines nanoscopiques et à l'interface membrane / liquide, a été étudié pour connaître l'efficacité du transfert d'ion en solution et milieu organisé, notamment au sein de vésicules de tailles différents. / Natural systems combine ionic and photonic processes in order to control, for example,signalling and regulation. Certain aspects of these processes can be achieved in artificialsystems, on combining photoactive molecular sensors / switches, molecular receptors andself-assembled nanocapsules or membranes. A range of novel amphiphilic andnon-amphiphilic synthetic photoactive molecules and molecular systems are reported, notablyfor the complexation and liberation of calcium ions. These processes are studied using a rangeof spectroscopies including fluorimetry, microscopy and IR-techniques. Coupling processes ofphotocontrolled ion ejection and detection in nanoscopic compartments and at liquid /membrane interfaces has been studied in order to assess the relative efficiency ofintermolecular ion transfer in solution and organized media, notably in vesicle nanodomains.

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la synthèse et à l'étude physico-chimique et biologique de nouveaux tensioactifs fluorés pour la conception de vecteurs non-viraux ayant un intérêt dans le domaine de l'interférence ARN. Dans un premier temps, en se basant sur l'expérience du laboratoire et sur l'étude des vecteurs existants, nous avons proposé un design moléculaire pour la synthèse d'amphiphiles bicaténaires géminis et monocaténaires. La synthèse a été réalisée par des méthodes simples et offre de bons rendements. Les tensioactifs préparés comportent des chaines grasses fluorées pour leurs propriétés spécifiques et des motifs polyaminés ou oxyéthylènique comme partie polaire. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés aux propriétés physico-chimiques de ces familles de molécules. Les tensioactifs géminis sont insolubles dans l'eau et forment des monocouches de Langmuir stables à l'interface air/eau. L'étude de ces monocouches révèle que l'organisation à l'interface est fortement dépendante du bras espaceur entre les deux chaines grasses fluorées. Les molécules monocaténaires quant à elles sont solubles dans l'eau, montrent une forte activité de surface et forment spontanément des vésicules en solution. Nous avons ensuite étudié l'interaction entre les produits synthétisés et un petit monobrin d'ADN de 23 bases. Une interaction relativement forte a été mise en évidence pour la plupart des molécules et nous avons essayé de relier la structure de ces molécules aux propriétés physico-chimiques et biologiques observées. Enfin, des tests préliminaires de viabilité cellulaire ont été effectués sur des cellules issues de poumon humain et montrent une bonne viabilité cellulaire pour des concentrations d'utilisation clinique classiques et une bonne stabilité dans le temps. Ces travaux laissent entrevoir un bon potentiel de vectorisation pour ces tensioactifs fluorés mais cela nécessite encore des études complémentaires comme la caractérisation complète des complexes formés avec l'ADN ainsi que des tests de toxicité cellulaire avant le moindre essai de transfection. / The work presented in this paper focus on the synthesis and characterization of physico-chemical properties of original fluorocarbon surfactants for obtaining nanovectors models to determine the qualifications required for efficient transport of oligonucleotides in the field of RNA interference. Building on the extensive work reported in the literature and the laboratory expertise in the field of fluorinated amphiphiles, we are interested in the synthesis of two major families of compounds. One corresponds to compounds of Géminis type with two fluorocarbon chains, two polar head groups derived from carboxylic acids and an oxyethylene or polyamine spacer arm. The structure of these compounds is conducive to the formation of stable Langmuir films that used to study interactions with the oligonucleotide. The second family corresponds to monocatenar counterparts who spontaneously self-assembled in vesicles, that is to say 3D models nanovectors. The characterization of the behavior at the air / water interface or in solution of these different molecules in the presence and absence of oligonucleotide allowed us to establish a number of relationships between molecular structure, physicochemical properties and complexation of the oligonucleotide. Preliminary tests of cell viability were performed on cells from human lung and have shown good cell viability at conventional clinical used concentrations and good stability over time. These studies suggest good potential for vectorization of these fluorinated surfactants but that still requires further study as the full characterization of complexes formed with DNA as well as tests for toxicity before testing cell transfection.

Le transport intracellulaire met en jeu des vésicules et nécessite ainsi des modifications de la membrane plasmique. En particulier, des nanotubes de membrane de quelques dizaines de nanomètres peuvent se former. Nous avons mis en place un système biomimétique à base de liposomes pour décrypter les mécanismes de changement de forme membranaire, en particulier sous l’action du cytosquelette d’actine. La physique des tubes de membrane est bien connue, notamment la force nécessaire au maintien de ce type de tube, qui dépend de l’élasticité de courbure du liposome et de sa tension de membrane imposée par l’aspiration d’une micropipette. En utilisant une diode quatre quadrants, nous avons atteint une résolution temporelle de l’ordre de 4 µs, et une résolution en termes de force plus précise que le pN. Ce montage permet pour la première fois d’étudier les fluctuations de tels tubes. Cette thèse ouvre la voie à l’étude des effets de la polymérisation d’actine sur ces nanotubes / Intracellular transport involves membrane compartments and thus requires dynamic changes in the morphology of cell membranes. In this case, membrane tubes are formed whose radius is of the order of several tens of nanometers. We develop biomimetic systems based on model lipid membranes to decipher the mechanisms of membrane remodelling in particular under the action of the actin cytoskeleton. The mechanics of membrane nanotubes, especially the force needed to form and maintain a nanotube, are now well understood. The force depends on the curvature elasticity of the membrane and on its mechanical tension that is controlled in our experiment by micropipette aspiration. By using a four-quadrant diode, we obtain an unprecedented temporal resolution, in the order of 4 µs, and a force resolution under pN. This setup allows us to access unrivaled membrane nanotube properties.This thesis paves the way for studying the effect of actin dynamics on membrane nanotubes

La Leucémie Lymphoïde Chronique (LLC) est la leucémie la plus fréquente des pays occidentaux. Cette maladie est caractérisée par l’accumulation de lymphocytes B (LB) monoclonaux (CD5+/CD19+/CD23+) dans le sang, la moelle et les organes lymphoïdes secondaires. Malgré d’importants progrès durant cette dernière décennie, la LLC reste incurable avec les traitements classiques. De manière intéressante, son évolution clinique est hétérogène :certains patients ne présenteront aucun symptôme alors que d’autres évolueront rapidement nécessitant une intervention thérapeutique. De nombreuses interactions entre les cellules leucémiques et le microenvironnement (ME) médullaire, composé entre autres de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) sécrétant une matrice extracellulaire, jouent un rôle important dans la survie cellulaire et la résistance à la chimiothérapie. Actuellement la nature des communications entre le clone leucémique et son ME n’est pas encore complétement élucidée. Notre objectif est d’étudier l’impact des vésicules extracellulaires (VEs abréviées ici EVs) (microparticules et exosomes) du ME, spécifiquement des CSM, sur les LB de LLC. Dans la 1ère partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des microparticules (MPs) par cytométrie en flux (CMF). Cette technique est un des meilleurs moyens de déterminer le phénotype des MPs, elle permet d’étudier les vésicules de 300 nm à 1 µm, excluant donc les exosomes, dont la taille est inférieure à 100 nm. Nous avons ainsi pu caractériser les MPs provenant de plaquettes et d’érythrocytes grâce à la présence respective des antigènes CD41/61 et du CD235a. Par contre, concernant les antigènes classiques des cellules mononucléées (CD3-14-19-20-56), aucun antigène n’a pu être détecté sur les MPs provenant des lymphocytes T (LT), des monocytes, des LB normaux et leucémiques et des cellules ‘’natural killer’’ (NK). Le signal positif obtenu dans certains cas était la conséquence d’un marquage aspécifique. Nous avons dès lors proposé un contrôle négatif supplémentaire qui ne se limite pas à l’utilisation d’isotypes mais qui se base sur des marquages croisés. Grâce à ce travail, nous avons démontré que les MPs dérivant de cellules positives pour un antigène donné n’étaient pas automatiquement positives pour ce dernier. Dans la seconde partie du travail, nous avons étudié les MPs et les exosomes provenant du ME médullaire, regroupés sous le terme EVs. Nous avons démontré que leur intégration dans les LB de LLC est très rapide et qu’elle permet une diminution de l’apoptose ainsi qu’une augmentation de la viabilité et de la migration des cellules leucémiques. Les EVs augmentent leur chimiorésistance vis-à-vis de différents agents leucémiques. A l’aide de la technologie Affymetrix, nous avons comparé les profils d’expression génique des LB leucémiques, ayant reçu ou non des EVs du ME. Ces analyses ont mis en évidence 805 gènes différentiellement exprimés entre les deux conditions. Une grande partie de la signature obtenue suite à l’intégration des EVs, partage de nombreuses similitudes avec des signatures de LB de LLC ayant eu un contact avec des cellules nourricières ou ayant reçu différents stimuli. Le point commun parmi ces différentes signatures est l’activation de la voie du ‘’B-cell receptor’’ (BCR) ;les EVs de CSM semblent en effet avoir la capacité d’induire dans les LB de LLC une réponse semblable à celle d’une activation BCR. Dans cette étude, nous avons démontré que le ME médullaire, en plus d’interagir par contact direct avec les LB de LLC et par la production de facteurs solubles, est également capable d’influencer le comportement des cellules leucémiques via la production d’EVs. Nos données suggèrent un rôle important des EVs dans la survie cellulaire et l’évolution de la LLC et ouvrent donc la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.