A l'heure actuelle les recherches de nouvelles apatites thermiquement plus stables se développent. Ainsi desdépôts à base de fluoroapatite (Ca10(PO4)6F2) ou de fluorhydroxyapatite fournissent des dépôts plus stables etplus adhérents que l'hydroxyaptite tout en étant biocompatibles. La fluoroapatite (Fap) présente non seulement despropriétés physicochimiques semblables à celles de l'os naturel mais également une bonne résistance à lacorrosion dans le milieu physiologique. La Fap et l'hydroxyapatite (Hap) sont utilisées soit sous forme de dépôt surles parties métalliques de prothèses soit toutefois comme matériaux de comblement osseux. L'utilisation de cesbiocéramiques pose quelques problèmes en raison de leur faible tenue mécanique. L'alumine a été proposée ainsipour ses bonnes propriétés mécaniques et pour sa forte affinité pour le fluor avec lequel elle donne des composéstrès stables. Des dépôts composites Al2O3-Fap et Hap-Fap ont été réalisés par projection thermique. Nous avonsfait varier dans ces composites le pourcentage de fluor. Les résultats obtenus montrent que l'ajout de Fap améliorela résistance mécanique et les propriétés tribologiques de l'Hap et contribue à l'adhésion et à la prolifération descellules osseuses pour les dépôts d'alumine. / A considerable amount of research already focused on ceramic biomaterials given their chemical stabilityand high mechanical strength. On the one hand, Fluorapatite (Fa) has recently attracted some attention as analternative to pure hydroxyapatite (Hap) as coating on metallic implants, given its chemical composition which issimilar to the bone mineral and therefore its excellent biocompatibility. On the other hand, alumina is known for itsexcellent bioinertia and is also one of the most widely investigated bioceramics. In this frame, the aim of our workwas to investigate Al2O3-Fap and Hap-Fap composite coatings deposited on stainless steel substrates usingSpraying processes (APS and SHVOF). The mechanical, micro-structural, tribological and biological (in Vitro and inVivo tests) properties of these composite coatings are determined and analysed in order to determine their possibleuse as surigical implant materials.

Les azoles sont des fongicides présents dans les milieux aquatiques et connus pour inhiber des activités enzymatiques de cytochromes P450 (CYP). L'objectif de ce travail de thèse est de caractériser le mécanisme d'action d'un fongicide pharmaceutique, le clotrimazole sur la stéroïdogenèse testiculaire chez le poisson zèbre au travers l'étude d'un réseau de gènes fonctionnels le long de l'axe cerveau-hypophyse-gonade, et d'évaluer la capacité du clotrimazole à perturber la spermatogenèse. Nous montrons que le clotrimazole est capable d'affecter la stéroïdogenèse de manière différente in vitro et in vivo (i) des expositions d'explants testiculaires in vitro conduisent à l'inhibition de la synthèse de 11-kétotestostérone (11-KT), montrant une action directe de la molécule sur le testicule et (ii) l'exposition in vivo provoque une augmentation de l'expression de gènes impliqués dans le processus de la stéroïdogenèse. Nous avons ainsi mis en évidence un système de compensation biologique au niveau de l'organisme, avec un rôle prépondérant de la voie Fsh/FshR dans la médiation des effets du clotrimazole. Enfin, des effets sur la spermatogenèse ont été observés in vivo suite à une exposition chronique au clotrimazole, avec notamment une augmentation de la masse gonadique et du nombre de cellules de Leydig. Les effets tissulaires observés sont cohérents avec des effets mesurés au niveau moléculaire. L'ensemble de ces données montre l'intérêt de la démarche expérimentale utilisée pour caractériser le mécanisme d'action du clotrimazole. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives, en premier lieu sur l'étude de l'impact fonctionnel du clotrimazole sur la reproduction.

Avec plus de 350 000 produits chimiques utilisés et de nouveaux arrivant sur le marché chaque année, des outils rapides et à coûts réduits sont nécessaires pour l'étude de ces produits. L’évaluation des risques pour ces produits est généralement faite à partir d’études animales, mais celles-ci présentent plusieurs limitations. Par exemple, évaluer le potentiel cancérogène d’une substance prendre jusqu'à trois ans et coûter six millions de dollars. En outre, il a été démontré que les modèles animaux n'ont qu'un faible pouvoir prédictif par rapport aux effets chez l’humain. Pour surmonter ces obstacles, on assiste actuellement à un mouvement mondial en faveur du développement et de l'acceptation de nouvelles approches méthodologiques (NAM) pour la priorisation des produits chimiques et l'évaluation des risques. Notre objectif était d’élaborer et d'évaluer une nouvelle approche d’extrapolation in vitro à in vivo (IVIVE) pour établir des niveaux d'exposition acceptables chez l'homme en combinant des des études in vitro et des outils de modélisation toxicologique. À cette fin, nous avons développé et évalué un outil informatique utilisé dans l'approche IVIVE et mené des études de cas sur deux produits chimiques pour lesquels étaient disponibles des données in vitro, des modèles d'exposition, et des études épidémiologiques associant l’exposition à des effets néfastes chez l’humain. Dans le premier article, nous avons développé et évalué un modèle de bilan de masse dynamique (IV-MBM DP v1.0) pour estimer les concentrations intracellulaires au cours d'expériences in vitro avec administration répétée, incluant une description du transport facilité. Pour évaluer la précision du modèle, nous avons paramétré et appliqué le modèle à des scénarios de dose unique et de doses répétées, et évalué les concentrations estimées aux données empiriques. En outre, nous avons simulé des scénarios de dosage répété pour des produits chimiques organiques représentant une diversité de caractéristiques physico-chimiques, et nous avons comparé leur dispersion dans le système au fil du temps. Dans l'ensemble, pour les scénarios de dosage unique et répété, la concordance entre les données simulées et expérimentales a illustré le pouvoir prédictif du modèle. i Dans les deuxième et troisième articles, nous nous sommes concentrés sur l'utilisation et l'évaluation de notre nouvelle approche IVIVE en faisant deux études de cas impliquant l'exposition placentaire et lactationnelle à des polluants organiques persistants. La première étape de notre méthodologie a été la sélection d'un point de départ à partir d'une étude in vitro utilisant des cellules humaines. Ensuite, nous avons appliqué la modélisation benchmark dose pour obtenir la concentration associée à un changement relatif de 5% de la réponse par rapport au contrôle. Nous avons ensuite appliqué la modélisation de de bilan de masse pour déterminer la concentration cellulaire pour un point de départ conduisant à un changement de réponse de 5%. Un modèle toxicocinétique pour le transfert placentaire et par l’allaitement a ensuite été utilisé pour calculer la dose équivalente administrée et la concentration plasmatique associée, et des facteurs d'incertitude (variabilité interindividuelle (10) et sous-chronique à chronique (10)) ont été appliqués pour calculer les apports quotidiens tolérables et les équivalents de biosurveillance. Les équivalents de biosurveillance ont été comparés aux concentrations dans le sang de la mère et du cordon ombilical mesurées dans les études épidémiologiques. Nos études de cas portaient sur la neurotoxicité développementale du 2,2',4,4'-tétrabromodiphényléther (BDE-47) et sur l'obésogénicité du dichlorodiphényldichloroéthylène (p,p'-DDE). Pour les deux études, les apports quotidiens tolérables calculés en tenant compte des facteurs d’incertitude étaient plus faibles que les valeurs toxicologiques de référence déterminées sur la base d’études animales. En outre, les deux études de cas ont produit des équivalents de biosurveillance se situant dans la gamme des concentrations maternelles et du cordon ombilical mesurées dans les études épidémiologiques. Dans l'ensemble, l'évaluation de notre modèle de bilan de masse, ainsi que les valeurs conservatrices générées par l'approche IVIVE dans nos études de cas, renforcent la confiance dans les NAM, ce qui est essentiel pour leur adoption future par les organismes de réglementation. / With over 350,000 chemicals in use and more entering the market every year, cost-effective and time-efficient tools are necessary for the investigation of these products. Whole animal models are traditionally used and accepted by regulatory agencies; however, animal models carry multiple limitations. Specifically, animal models may take up to three years and six million dollars to investigate the carcinogenicity of a compound. Additionally, animal models have been shown to have poor predictive power for human safety. To overcome these obstacles, a global movement toward the development and acceptance of new alternative methods (NAMs) for chemical prioritization and risk assessment is taking place. Our objective was to develop and evaluate a novel in vitro to in vivo (IVIVE) approach to establish acceptable exposure levels in humans by combining novel in vitro and biological/computational modeling technologies for chemical safety assessment. To this end, we tested and evaluated a computational tool utilized in the IVIVE approach, and conducted proof-of-concept studies on two case chemicals with publicly available in vitro data, exposure models, and epidemiological studies demonstrating adverse health effects. In the first paper, we aimed to develop and evaluate a dynamic partitioning mass-balance model (IV-MBM DP v1.0) to estimate intracellular concentrations during in vitro experiments of repeat dosing, and incorporate facilitated transport into the model. To evaluate the model accuracy, we parametrized and applied the model to single dose and repeat dosing scenarios and assessed the output against empirical data. In addition, we simulated repeat dosing scenarios for organic chemicals with different properties and compared their dispersion within the system over time. Overall, for single and repeat dosing scenarios, concordance between simulated and experimental data illustrated the predictive power of the model. In the second and third papers, we focused on the use and evaluation of our novel IVIVE approach through case studies involving placental and lactational exposure to persistent organic pollutants. The first step of our methodology was the selection of a point of departure from an in vitro study utilizing human cells. Next, we applied benchmark dose modeling to obtain the nominal iv concentration at a 5% relative change in response from control. We subsequently applied mass- balance modeling to determine the cellular concentration for the POD leading to a 5% change in response. A toxicokinetic model for placental transfer and lactation was then used to calculate the administered equivalent dose and associated maternal and cord plasma concentration, and uncertainty factors (interindividual variability (10) and subchronic to chronic (10)) were applied to calculate tolerable daily intakes and biomonitoring equivalents. Biomonitoring equivalents were compared to concentrations in maternal and cord blood measured in epidemiological studies. Our case studies were on 2,2',4,4'-tetrabromodiphenyl ether (BDE-47) developmental neurotoxicity and dichlorodiphenyldichloroethylene (p,p’-DDE) obesogenicity. For both studies, calculated tolerable daily intakes accounting for uncertainty factors were more conservative than the reference doses determined through the use of whole animal models. Moreover, both case studies produced biomonitoring equivalents within the range of maternal and cord levels measured in epidemiological studies. Overall, assessment of our IV-MBM DP v1.0 mass-balance model, as well as the demonstrated protective quality of the IVIVE approach in our case studies, enhances confidence in NAMs, which is essential for their future adoption by regulatory agencies.

Charles University in Prague Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology and Toxicology Student: Bc. Michaela Jahodová Supervisor: PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. Title of diploma thesis: In vitro and ex vivo study of drug-drug interactions of antiretrovirals on intestinal ATP-binding drug transporters The absorption of orally administered drugs takes place especially in the intestine, where it can affect by the activity of drug's ABC transporters located on the apical membrane of the intestinal epithelium. Study of drug interactions in intestinal ABC transporters is essential to ensure effective and safe pharmacotherapy. Testing of bi- directional transport on Caco-2 cells is generally the preferred method for in vitro evaluation of substrates and inhibitors of ABC transporters. Drawbacks of the Caco-2 model increase the need and necessity to introduce new models. A great potential is the involvement of ex vivo methodologies in the human or rat intestine. The aim of the work was to introduce an in vitro methodology using the Caco-2 cell monolayer and the ex vivo methodology of precision-cut rat intestinal slices. By the bi-directional transport method, we analyzed drug interactions of the model substrate P-gp and BCRP Rhodamine 123 (RHD123) and clinically-used tenofovir...