Si le procédé de traitement des eaux usées urbaines par bioréacteur à membranes est en plein essor depuis quelques années, il ne reste pas moins plusieurs verrous technologiques qui ralentissent l'expansion de sa commercialisation. Ce travail de thèse s'attache à apporter des éléments de réponse sur quelques uns des freins à sa progression. Le premier réside dans la détermination d'un âge de boues adapté permettant une épuration maximale de l'azote et de la matière organique, par une biomasse active où le colmatage est limité et la production de boues faible. Le choix s'est porté sur 50 jours qui rempli l'ensemble de ces critères. Une autre barrière se situe dans le manque de données permettant l'extrapolation des informations obtenues en laboratoire à celles engrangées sur site. Une des étapes clés est de déterminer les conséquences du changement d'effluent (synthétique ou réel) sur les performances et le colmatage du procédé. L'utilisation d'une méthode de fluorescence récente a permis la détermination de l'implication des protéines et substances humiques-like extraits des polymères extracellulaires solubles dans le colmatage. / For several years, membrane bioreactor for urban wastewater treatment has been booming. Nevertheless some issues still slow down its expansion. This work tries to answer some of the brakes to its progression. First one concerns the choice of the suitable sludge adge which guarantee maximal removal rates of ammonium and organic matter, by an active biomasse where fouling is limited and slude production low. 50 days is fulling all the criteria. An other concern is about the lack of data allowing extrapolation from laboratory to wastewater treatment plant. One key step is to detremine the impact of influent nature (synthetic or real) on process results and fouling. Use of recent fluorescence method allows determining the implication of proteins and humic substances-like from soluble extra polymeric substances on fouling.

Les champignons saprophytes sont les acteurs principaux du recyclage de la matière organique morte au sein des écosystèmes forestiers. Ces microorganismes possèdent la capacité unique de dégrader la totalité des polymères constitutifs du bois. L'analyse de la structuration des communautés durant les stades initiaux de la colonisation du bois par séquençage à haut débit a révélé que celui-ci influence la distribution et la dynamique des communautés qui lui sont associées. A l'échelle de l'organisme, les différents groupes écologiques de champignons décomposeurs du bois possèdent des systèmes de dégradation extracellulaires reflétant cette complexité chimique. Le séquençage du génome d'un grand nombre de ces organismes a permis l'identification de superfamilles d'enzymes impliquées dans les mécanismes de résistance et de détoxication des composés toxiques exogènes. Parmi elles, la superfamille des glutathion transférases présente une extension de classes spécifiques au sein des champignons décomposeurs du bois. La détermination des propriétés biochimiques et structurales d'une isoforme, issue d'une de ces classes spécifique (les Etherase-like), présente chez Phanerochaete chrysosporium a révélé des caractéristiques particulières. Cette enzyme possède un mode de dimérisation atypique ainsi que la capacité à séquestrer des composés phénoliques toxiques via une propriété ligandine unique. La comparaison des propriétés de plusieurs isoformes de cette classe d'enzymes appartenant aux champignons C. cinereus et P. chrysosporium a démontré que celle-ci exhibe une grande versatilité intra- et interspécifique, de leurs activités enzymatiques et de leur propriété ligandine / Saprophytic fungi are key players of dead organic matter recycling in forest ecosystems. These microorganisms possess the unique ability to degrade the integrality of wood constitutive polymers by secretion of complex oxydative and hydrolytic enzymatic systems. Communities structuration analysis during the initial stages of wood colonisation by high throughput sequencing revealed that the latter beyond being a source of nutrients, influences the distribution and dynamic of communities by its broad chemical variability. At the organism level, the different ecological groups of wood decomposing fungi possess extracellular degradation systems reflecting this chemical complexity. Genome sequencing of these organisms allowed the identification of enzymes superfamilies involved in resistance and detoxification mechanisms towards exogenous toxic compounds. Among them, the glutathione transferases superfamily exhibit extension of specific classes in wood decaying basidiomycetes. Biochemical and structural properties determination of one isoform belonging to one of these specific classes (the Etherase-like), found in Phanerochaete chrysosporium revealed unusual characteristics. This enzyme possesses an atypical dimerization mode as well as the ability to sequestrate toxic phenolic compounds resulting from wood degradation through a unique ligandin property. Properties comparison of several isoforms from this class belonging to C. cinereus and P.chrysosporium demonstrated a huge intra- and interspecific versatility of their enzymatics activities and ligandin property in response to environmental constraints arising from the great chemical heterogeneity of wood composition

La thérapie photodynamique (PDT) est un traitement alternatif à la chirurgie en oncologie utilisant un photosensibilisateur (PS), la lumière visible et l’oxygène moléculaire. La méta-tétra(hydroxyphényl)chlorine (mTHPC) est l’un des PS de deuxième génération les plus utilisés en clinique en raison de son absorption dans le rouge lointain et d’un rendement quantique en 1O2 élevé. De par sa nature hydrophobe, la mTHPC est partiellement agrégée dans la circulation sanguine diminuant sa biodistribution. Dans le but d’améliorer la sélectivité tumorale de la mTHPC, différentes stratégies de vectorisation ont été développées. La formulation liposomale de mTHPC non PEGylée (Foslip®) améliore la biodistribution ainsi que les propriétés pharmacocinétiques de la mTHPC. Cependant, une rapide destruction des liposomes en circulation ainsi qu’une rapide libération de la mTHPC sont des inconvénients majeurs. Une alternative possible est l’utilisation de vésicules extracellulaires (VE). Dérivées des cellules, les VE possèdent une stabilité naturelle dans la circulation sanguine et une capacité à transporter et délivrer leur contenu de manière spécifique aux cellules cancéreuses. Cette vectorisation est intéressante en PDT en raison d’une importante capacité d’encapsulation des porphyrines. Le but de cette étude était d’évaluer l’intérêt des VE en tant que nanovecteur de la mTHPC dans divers modèles précliniques comparé au Foslip®. Contrairement au Foslip®, l’intégrité membranaire des VE est conservée en présence de 20% de plasma. In vitro, les mTHPC-VE ont montré une internalisation cellulaire par un mécanisme actif d’endocytose. Dans un modèle cellulaire en 3D de sphéroïdes multicellulaires, les mTHPC-VE ont permis d’accroitre l’accumulation cellulaire, la diffusion au sein de ce modèle ainsi que l’efficacité PDT. In vivo, les mTHPC-VE apparaissent plus efficace au niveau PDT avec un retard de croissance tumorale significativement augmenté. En conclusion, l’intégration de la mTHPC au sein des VE améliore l’efficacité PDT dans les différents modèles d’étude. Le suivi des mTHPC-VE à l’aide d’un traceur radioactif chez la souris ainsi que l’étude du ciblage de la vascularisation tumorale seront étudiés dans la suite du travail / Photodynamic therapy (PDT) is an alternative treatment to surgery in oncology using photosensitizer (PS), light and oxygen. Meta-tetra(hydroxylphenyl)chlorin (mTHPC) is one of the most used PS in clinics due to its high absorption in the deep red and high 1O2 quantum yield. In order to improve the mTHPC tumor selectivity different attempts of nanovectorisation were conducted. Non-PEGylated liposomal mTHPC (Foslip®) increase biodistribution and pharmacokinetic properties. However, the rapid liposome destruction during circulation and rapid mTHPC release are obvious shortcomings. Alternatively, mTHPC vectorization could be realized by extracellular vesicles (EVs). Derived from the cell, EVs possess a natural stability in bloodstream and ability to transport and deliver cargo molecules into cancer cells. This formulation is interesting for PDT due to the ability to encapsulate porphyrins. The aim of the present study was to determine the interest of EVs as mTHPC nanocarriers in various preclinical models compared to Foslip®. In contrast to Foslip®, membrane integrity of mTHPC-EVs was conserved in 20% of plasma. In vitro, mTHPC-EVs showed cellular internalization by an active endocytosis mechanism. In a 3D model of spheroids, mTHPC-EVs have improved cellular uptake, better diffusion inside spheroid and increased PDT efficacy. In vivo, mTHPC-EVs appeared to be more potent in terms of PDT efficacy, with a tumor growth delay significantly higher. In conclusion, integration of mTHPC in EVs improves PDT efficacy in various preclinical models. The tracking of mTHPC-EVs using a radioactive tracer in xenografted rodents as well as the study of vascularization targeting will be studied in the next step of this work

L’insuffisance cardiaque (IC) est un problème majeur de santé publique. La pénurie des greffons cardiaques et la résistance de nombreux patients aux traitements conventionnels ont poussé les chercheurs à développer de nouvelles thérapeutiques dont la thérapie cellulaire. Bien que l’idée initiale de la thérapie cellulaire ait été de repeupler la partie nécrosée du cœur par l’administration de cellules viables et fonctionnelles, leur disparition rapide alors que les bénéfices perdurent dans le temps a conduit à l’hypothèse que les cellules agiraient via un mécanisme paracrine. Les vésicules extracellulaires (VE), incluant les exosomes et les microparticules, seraient principalement impliquées dans ce processus. Elles agiraient ainsi comme de véritables navettes transportant des biomolécules actives permettant d’activer des voies de réparation endogènes dans le tissu traité. Ce projet de thèse a pu mettre en évidence : 1) La non-infériorité des VE issues de progéniteurs cardiovasculaires (Pg) dérivés de cellules souches embryonnaires humaines par rapport à leurs cellules d’origine dans un modèle murin d’IC chronique (ICC). Ces VE activeraient des voies de signalisation endogènes impliquées dans la stimulation de la prolifération cellulaire, la survie cellulaire, la réparation de l’ADN et la diminution de la fibrose. Leur contenu moléculaire spécifique, et notamment les microARN, pourrait être impliqué dans ces phénomènes. 2) L’importance du choix du type cellulaire dans la production de VE efficaces sur le plan thérapeutique puisque ni les VE dérivées de cardiomyocytes matures ni celles de cellules souches mésenchymateuses n’ont eu d’effets bénéfiques sur la fonction cardiaque de souris en ICC. 3) L’implication des VE dans l’effet paracrine des cellules, confirmée par l’amélioration de la fonction cardiaque chez des souris présentant une ICC traitées avec des VE issues de Pg dérivés d’iPS. Des tests fonctionnels in vitro ont montré que les VE auraient un rôle pro-angiogénique, pro-prolifératif et amélioreraient la survie des cellules. Une thérapie a-cellulaire aurait une réelle pertinence clinique en réglant une partie des problèmes techniques, immunologiques et sécuritaires associés aux greffes de cellules. Si cette hypothèse est confirmée, il pourrait en résulter une simplification des problèmes réglementaires, une diminution des coûts de production et de ce fait une plus grande diffusion clinique de la méthode. / Heart failure (HF) is a major public health concern. The lack of donor hearts and the resistance of numerous patients to conventional treatments has led scientists to develop new therapies such as cell therapy. The initial goal of cell therapy was to repopulate the infarcted heart by directly injecting viable and functional cells. However, the rapid disappearance of the transplanted cells contrasts with their long term, ongoing functional benefits, suggesting that cells may act through a paracrine mechanism. Extracellular vesicles (EV), including exosomes and microparticles, may be key to this process, acting as shuttles to transport bioactive macromolecules that stimulate endogenous repair pathways in the host tissue. This PhD project demonstrates: 1) The non-inferiority of EV secreted by cardiovascular progenitors (Pg) derived from human embryonic stem cells as compared to their parent cells in a mouse model of chronic HF (CHF). These EV could act by the activation of endogenous signaling pathways implicated in cell proliferation, survival, DNA repair and decreased fibrosis. Their specific content, such as miRNA, could be involved in these benefits. 2) The importance of the cell type in the production of therapeutically effective EV, since EV derived from mature cardiomyocytes and mesenchymal stem cells did not improve cardiac function in mice with CHF. 3) The importance of EV in paracrine effects of cells, confirmed by the improvement of cardiac function in mice with CHF treated with EV secreted by Pg derived from iPS cells. In vitro data shows that EV might have pro-angiogenic, pro-proliferative and pro-survival effects. An acellular therapy should be clinically relevant by reducing technical, immunological and safety problems associated with cell transplantation. If this hypothesis is confirmed, regulatory concerns would be simplified and production costs reduced, facilitating large-scale production.

Les cellules iNKT (de l’anglais invariant Natural Killer T) constituent un sous-type particulier de lymphocytes T caractérisé par un profil de type inné. Ces cellules répondent rapidement à des antigènes lipidiques et glycolipidique présentés par le CD1d, une glycoprotéine exprimée par les différentes cellules présentatrices d'antigène. Suite à l’activation, les cellules iNKT sont capables de produire de grandes quantités de cytokines anti-inflammatoires et pro-inflammatoires et elles sont impliquées dans différentes maladies, telles que l'allergie, l'auto-immunité, le cancer et les infections, parmi lesquelles la leishmaniose. Les parasites protozoaires de les espèces Leishmania sont les agents causaux de la leishmaniose, une maladie tropicale négligée dont la manifestation la plus grave affecte les organes viscéraux et qui peut être mortelle si elle n'est pas traitée. Le succès de l'infection dépend de la capacité du parasite à maitriser la réponse immunitaire de l'hôte. Récemment, quelques groupes, y compris le nôtre, ont observé que les parasites Leishmania libèrent des vésicules extracellulaires (VE). Les VE sont formées par une bicouche membranaire lipidique, contenant des lipides, des protéines et du matériel génétique et elles peuvent transmettre des molécules dérivées des pathogènes aux cellules hôte sans contact direct entre les cellules. Les VE produites par les parasites Leishmania et aussi par d’autres protozoaires ont été associés à des effets pro-parasite car elles favorisent un environnement plus permissif à l'établissement de l'infection. Dans cette thèse, nous avons étudié l'effet du matériel extracellulaire (ME), correspondant aux VE et aux molécules non-associées aux VE, libéré par les promastigotes de L. infantum sur les cellules iNKT. Dans le début de ce travail, il a été observé que le ME de L. infantum empêche l'expansion ex-vivo des cellules iNKT humaines à partir de cellules mononucléaires du sang périphérique. Cela a mis en évidence la communication entre les cellules iNKT et le ME de L. infantum, ce qui a été exploré par la suite. Le ME de L. infantum module la capacité très importante des cellules iNKT à produire des cytokines. En effet, le ME de L. infantum empêche la production des différentes cytokines par les cellules iNKT, comme par exemple IL-4 et IFNγ. De plus, nous avons aussi démontré que le ME de L. infantum compète avec l’α-GalCer, un agoniste très puissant des cellules iNKT, pour la liaison à la molécule CD1d, ce qui justifie l’effet inhibiteur dans l'activation des cellules iNKT. Nous avons aussi montré que les lipides qui sont présents dans chaque fraction du ME de L. infantum ont un rôle très important dans l’inhibition de l'activation et l'expansion des cellules iNKT. Ainsi, le ME de L. infantum, par ces lipides, peut participer à l’altération de l’activation des cellules iNKT dépendante du CD1d. Cela ajoute une nouvelle évidence de la contribution du ME de L. infantum dans la subversion de la réponse immunitaire de l’hôte. La communication entre le ME libéré par un pathogène et les cellules iNKT a été étudié pour la première fois, ce qui a suggéré un mécanisme de modulation de ces cellules qui n’avait jamais été décrit. Ce travail ouvre des perspectives pour l'étude de l'interaction de ME libéré par d'autres pathogènes avec des cellules iNKT. De plus, l'analyse des lipides contenus dans le ME de L. infantum pourra aboutir à la découverte de nouvelles molécules spécifiques pour inhiber les cellules iNKT. Cela apporterait des avantages significatifs dans les approches cliniques ciblant la modulation de l'activation des cellules iNKT. / The invariant natural killer T (iNKT) cells constitute a particular subset of T lymphocytes characterized by an innate-like profile. These cells rapidly respond to lipid and glycolipid antigens bound by the glycoprotein CD1d expressed by different antigen presenting cells. Once activated, they release large amounts of anti- and proinflammatory cytokines. Thus, iNKT cells are endowed with a remarkable immunomodulatory potential and they have been implicated in different disorders, such as allergy, autoimmunity, cancer and infection, among which is leishmaniasis. Leishmania spp. are a group of protozoan parasites that includes the causative agents of leishmaniasis. This is a neglected tropical disease in which the most severe form of manifestation affects visceral organs and could be fatal if left untreated. Importantly, the success of Leishmania infection relies on the capacity of the parasite to subvert host immune responses. Recently, a few groups, including ours, observed that Leishmania parasites release extracellular vesicles (EVs). EVs are vesicles formed by a lipid bilayer membrane, containing other lipids, proteins and genetic material on their surface as well as in their lumen. Due to their potential to transmit messages between pathogens and host cells without a direct cell contact, they have been a focus of great interest regarding infection. EVs derived from Leishmania and other protozoan parasites have been associated with pro-parasite effects, by creating a more permissive environment to the establishment of the infection. Herein, we studied the effect of the extracellular material (ExM), which encloses both EVs and vesicle-depleted material, released by L. infantum promastigotes in iNKT cells. In the first steps of this work, it was observed that L. infantum ExM is capable of impairing the expansion of human iNKT cells ex vivo from peripheral blood mononuclear cells. This evidenced the cross-talk between iNKT cells and L. infantum ExM that we explored further. L. infantum ExM also modulates the important capacity of iNKT cells to release cytokines, impairing the production of different cytokines, such as IL-4 and IFNγ by these cells. Furthermore, we also show that L. infantum ExM competes with α-GalCer, a potent iNKT cell agonist, for CD1d binding, which justifies its effect in the impairment of iNKT cell activation. Additionally, we also proved the lipids present in each fraction of L. infantum ExM take an important role in the inhibition of iNKT cell activation and expansion. Thus, L. infantum ExM, through their lipids, is suggested to participate in the impairment of CD1d-mediated activation of iNKT cells, adding a new evidence regarding the contribution of the parasite ExM to subvert host immune responses. To the best of our knowledge, this is the first time that the cross-talk between the ExM released by a microbe and iNKT cells was assessed, shedding light on a mechanism of iNKT cell modulation that remained unexplored so far. This opens new perspectives regarding the study of the interaction of the ExM released by other pathogens with iNKT cells. Moreover, a further analysis of the lipid content of L. infantum ExM might allow the finding of new inhibitory molecules specific to iNKT cells, which can bring significant advantages in clinical approaches targeting the modulation of iNKT cell activation.

Cette thèse porte sur les bases neuronales des indices monoculaires statiques de la perception tridimensionnelle tels que la texture naturelle et les ombrages. <br />A l'aide d'enregistrements extra-cellulaires réalisés chez le singe vigile, nous montrons dans le premier chapitre que la texture naturelle d'un objet est encodée au sein de l'aire visuelle V4 sur la base de caractéristiques tels que sa luminance ou son hétérogénéité. <br />Dans le second chapitre, nous montrons que les neurones de V4 sont sensibles aux ombrages, indice puissant de la 3D. <br />Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons aux latences de réponses des neurones de V4. Les temps de latence que nous relevons sont particulièrement courts en comparaison avec ceux rapportés dans la littérature. <br />Nos résultats indiquent que l'aire V4 participe au traitement de la forme 3D de l'objet en encodant les ombrages et la texture naturelle comme indices tridimensionnels.

Les vasières intertidales sont le siège d'une forte production primaire sous la forme d'un biofilmmicrophytobenthique qui se développe en surface à marée basse. Ce biofilm se compose principalement de diatomées et de bactéries hétérotrophes. Ces deux composantes sécrètent des substances polymériques extracellulaires (EPS) qui jouent différents rôles dans le biofilm. Le travail présenté s'est basé sur différentes échelles d'observation (in situ à 2 saisons, mésocosme en laboratoire, et échelle fine du biofilm en microscopie confocale) et a permis de mettre en évidence les interactions des diatomées et des bactéries à différents moments de la marée et du nycthémère. L'utilisation d'une nouvelle méthode d'extraction des EPS a permis d'éclaircir leur rôle en évitant les contaminations par les substances internes provoquées par les méthodes classiques. Les EPS colloïdales particulièrement riches en glucose s'associent au déplacement des diatomées, notamment lors d'un stress (sursalure, carence en nutriments) et sont préférentiellement consommées par les bactéries, après leur dégradation par les enzymes ou leur hydrolyse dans l'eau interstitielle. Les EPS liées au frustule, et plus particulièrement les sucres, inhiberaient le développement bactérien à proximité de la cellule algale. Elles sont surtout sécrétées lors de la mise en place du biofilm et pour protéger la cellule quand les conditions sont osmotiquement défavorables et leur richesse en protéine leur confère un potentiel intéressant pour les bactéries qui peuvent les utiliser comme substrat azoté en cas de carence. D'autres substances ont été plutôt sécrétées parles bactéries telles que les N-acétylglucosamines et les protéines colloïdales de bas poids moléculaire,certainement des enzymes bactériennes, ainsi que le glucose qui semble être associé au EPS colloïdaux des diatomées mais aussi aux EPS bactériens selon l'analyse en microscopie confocale en utilisant des lectines comme marqueurs d'EPS.

Les maladies inflammatoires intestinales (MII) sont caractérisées par des périodes d’inflammation chronique entrecoupées de périodes de rémission. Les cellules épithéliales intestinales (CÉI) participent activement à l’élaboration de la réponse immune innée. Les nucléotides extracellulaires sont reconnus comme des molécules immunoactives. Cette thèse s’intéresse aux rôles de l’UDP et de son récepteur PDY[indice inférieur 6] dans l’expression et la sécrétion de CXCL8 par les CÉI et à leurs implications dans le recrutement des neutrophiles lors des maladies inflammatoires intestinales. Premièrement, la stimulation du récepteur PDY[indice inférieur 6] sur les CÉI, active une cascade de signalisation intracellulaire impliquant la phospholipase C (PLC), la protéine kinase Cð (PKCð) et la MAP kinase ERK1/2. La phosphorylation de c-fos par ERK1/2 induit la formation d’un dimère c-fos/c-jun. Le complexe AP-1 ainsi formé lie le promoteur de la chimiokine CXCL8 et stimule la transcription de celle-ci. La chimiokine est par la suite sécrétée dans le milieu extracellulaire. Deuxièmement, la présence d'UDP chez la souris, lors de l'induction d’une colite aigüe par le DSS aggrave les signes d'inflammation. L'UDP aggrave l'index de la sévérité de la maladie (DAI), le score histologique, la perméabilité de la muqueuse et le recrutement des intervenants cellulaire tel que les cellules T, les cellules dendritiques, les macrophages et les neutrophiles. Troisièmement, l'administration d'UDP aux souris en rémission dans un modèle de colite chronique est suffisante pour déclencher les symptômes d'inflammation. L'UDP aggrave le DAI, le score histologique et la perméabilité de la muqueuse. L'activation du récepteur P2Yð durant la colite chronique est responsable du recrutement différentiel des neutrophiles au détriment des cellules dendritiques tolérogéniques et des macrophages, ce qui somme toute aggrave la colite. Finalement, in cellulo, l'antagoniste du récepteur P2Y[indice inférieur 6], le MRS2578 réduit la relâche de la CXCL8 par les CÉI. In vivo, l'administration de MRS2578 dans le modèle aigu et chronique de colite réduit les signes d'inflammation. Cette thèse démontre l’importance du récepteur P2Y[indice inférieur 6] dans la réponse inflammatoire des cellules épithéliales intestinales, notamment dans la stimulation de la relâche de CXCL8 et dans le recrutement des cellules immunes tel que les neutrophiles. De plus, elle met en évidence le potentiel thérapeutique de l'administration d'antagoniste du récepteur P2Y[indice inférieur 6] lors des maladies inflammatoires intestinales.

Les vésicules extracellulaires (EVs) apparaissent depuis une dizaine d'années comme de nouveaux biomarqueurs à fort potentiel pour des applications de biopsie liquide. En effet, les EVs portent la signature de leurs cellules émettrices, par le transport de matériel génétique et protéique cellulaire, qui peut être exploité comme outil de diagnostic précoce. L’une des principales limitations actuelles à l'utilisation clinique des EVs est la difficulté à extraire ces nano-objets à partir de biofluides complexes et à standardiser les protocoles de préparation d'échantillon. En effet, de nouvelles technologies sont requises pour effectuer un isolement efficace, bas coût et rapide de sous-populations d'EVs, sans altérer leur intégrité et à partir de faibles volumes d'échantillon. La technique microfluidique de Déplacement Latéral Déterministe (DLD) apparaît comme une des technologies prometteuses pour atteindre ces performances grâce à une purification passive et sans marquage. Les dispositifs de DLD mettent en oeuvre un réseau de piliers générant un tri en taille des particules, et dont les paramètres géométriques permettent de contrôler précisément le diamètre de séparation. Parmi les nombreuses applications de cette technologie dans le secteur biomédical, aucune ne permet pour le moment de réaliser l'extraction complète d'EVs directement à partir du biofluide d'intérêt, sans étapes de purification intermédiaires par centrifugation par exemple. Dans cette perspective, nos développements technologiques ont pour but d'améliorer la fiablilité, l'efficacité et l'intégration des dispositifs de DLD. A partir d'études numériques et expérimentales, nous proposons ici de nouveaux modèles pour anticiper au mieux le comportement des particules lors de la conception de réseaux de DLD. Par ailleurs, dans une approche orientée système, nous proposons également un packaging fluidique des dispositifs de DLD. Plusieurs étapes de tri étant généralement requises pour la purification d’échantillons biologiques, nos développements portent également sur la façon d’interconnecter ces modules au sein d'une configuration en série. Deux applications biologiques sont adressées et démontrent la versatilité de la technologie de DLD : l'isolement de bactéries E. coli à partir de prélèvements sanguins humains - en vue du diagnostic du sepsis - et l'extraction d'EVs dans des milieux de culture cellulaires - avec en perspective la détection d'EVs spécifiques par biopsie liquide. L'étape de préparation d'échantillon ne peut être dissociée de l'étape de caractérisation. C'est pourquoi, l'isolement des EVs devra dans un second temps être couplé à leur analyse au sein d'un dispositif intégré, portable et autonome, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives vers l'application clinique des recherches actuelles sur les EVs. / Over the past decades, Extracellular Vesicles (EVs) have demonstrated strong potential as new biomarkers for liquid biopsy. Indeed, since EVs are fingerprints of parent cells, they can be exploited as early diagnostic tools. However, owing to their small size and high heterogeneity, EVs are challenging to extract from biofluids. In particular, reproducible and standardized protocols are required to perform fast, efficient, and cost-effective preparation of undamaged EV subpopulations from limited sample volumes. Deterministic Lateral Displacement (DLD) appears to be a promising microfluidic technology for this preparation by means of passive and label-free separation. DLD performs size-based separation of particles around a critical diameter that can be fine-tuned according to design parameters in an array of micropillars. Across the numerous biotechnological applications of DLD, none has yet successfully performed the complete extraction of EVs from unprocessed biofluids. This is the underlying motivation of this thesis, which outlines technological enhancements that make DLD separation more predictable, efficient, and easy-to-integrate. Based on both numerical and experimental developments, predictive models are proposed in order to anticipate particle behavior and to help in the design of efficient DLD devices. In addition to the optimization of single DLD devices, this thesis also addresses the issue of system integration. An innovative approach of serial connection between DLD modules is proposed to address the sequential sorting of particles from a complex biofluid and ensure that there is no loss of function of individual DLD devices when operated alone or in series. Two biological applications illustrate the potential of DLD-based sample preparation systems: the isolation of E. coli bacteria from human blood samples for sepsis diagnostics and the extraction of EVs from cell culture media with the perspective of liquid biopsy applications. And as sample preparation cannot be dissociated from detection or characterization, this thesis moreover highlights the potential integration of DLD in an all-in-one microfluidic device for both sample preparation and analysis of extracted EVs. Such a portable and autonomous device could overcome some of the current limitations with regard to the clinical use of EVs.

Ce travail consiste à étudier l’expression, le rôle et l’échange des microARNs (miARNs), dans le système nerveux (SN). Les microARNs (miARNs) sont des petits ARNs endogènes non-codants qui exercent une régulation négative sur l’expression desgènes, en s’hybridant sur la région 3’ non-codante des ARNm cibles.Dans un premier, nous avons dévoilé le rôle spécifique du miR-92a, dans lecontrôle de l’expression de la sous-unité GluA1 des récepteurs AMPA, dans un paradigme de plasticité synaptique homéostatique, dans lequel la plasticité synaptique est inhibée.Nous avons ensuite montré, par RNA-Seq que les miARNs sont différentiellement exprimés entre les structures du SN. Cette technologie nous a aussi permis de révéler la présence de nouvelles espèces de miARNs. De plus les résultats suggèrent que l’expression des miARNs (connus et nouveaux) participe à la signature transcriptomique singulière de chacune des structures.Dans un troisième temps, notre travail montre que les miARNs peuvent être échangés entre les cellules du système nerveux via les vésicules extracellulaires (EVs). Le contenu des EVs en miARNs varie en fonction de l’activité neuronale, et ces derniers ont pour cibles prédictives des protéines impliquées dans la régulation de la plasticité neuronale. Nos résultats suggèrent donc que l’échange de miARNs via les EVs est un nouveau mécanisme de modulation de la plasticité neuronale.Enfin, nous proposons un nouvel outil de purification des EVs, qui à l’avenir permettrait de purifier les EVs du SNC selon leur origine cellulaire.Pour conclure, ce travail apporte une meilleure compréhension du rôle des miARNs dans la régulation de la physiologie du SNC. / This work consists in stuying the expression, the role and the transport of microRNAs (miRNAs) in the central nervous system (CNS). microRNAs (miRNAs) are small endogenous non coding RNAs, exerting a negative regulation on gene expression.They inhibit protein translation by hybridization on the 3’ untranslated region of mRNA.First, we have revealed the specific role of miR-92a in the control of the expressionof GluA1, in an homeostatic plasticity paradigm in which the synaptic plasticity is inhibited.Second, by using RNA-Seq technology, we showed that miRNAs are differentially expressed in the different structures of the CNS. Moreover, we have discovered new species of miRNAs. Finally, our results suggest that the miRNA expression (of known and new miRNAs) participate in the singular transcriptomique signature of each structure.Third, we have shown that miRNAs are transported into EVs, and can be exchanged between the cells of the CNS. The miRNA content of EVs varies depending on neuronal activity. Target prediction of these miRNAs includes genes involved in the regulation of neuronal plasticity. Together, our results suggest that the exchange of miRNAs through EVs is a new mechanism involved in the modulation of neuronal plasticity. Finally, we propose a new tool for purifiying EVs depending on their cellular origin.To conclude, this study allows a better understanding of the role of miRNAs in the regulation of the physiology of the CNS.