Dans le cadre des objectifs définis par la Directive Cadre sur l’Eau, ce travail de thèse porte sur la quantification du transfert de micropolluants organiques à la confluence entre la Fensch et la Moselle. Une nouvelle méthodologie a été développée pour déterminer les niveaux d’anthropisation dans les matrices environnementales. Basée sur la quantification exhaustive des marqueurs moléculaires, cette approche permet de comparer les apports naturels et anthropiques et de différencier les apports anthropiques selon leurs origines (combustion, pétrogénétique, eaux usées). Elle est parfaitement appropriée à l’étude de la matière organique des différentes matrices environnementales fournissant des informations beaucoup plus complètes que le dosage de quelques molécules cibles. Appliquée aux sédiments du système Fensch-Moselle, cette approche a permis d’analyser l’évolution des contributions organiques le long de la Fensch ainsi que leur transfert à la confluence avec la Moselle, tout en déterminant les sources principales de contamination. Ce travail souligne l’importance de l’hydrodynamisme sur la sédimentation et la biodégradation des micropolluants organiques. L’étude de ce système a également été l’occasion de développer deux outils utiles pour répondre à des questionnements environnementaux majeurs. Le premier, basé sur la déconvolution de l’unresolved complex mixture, permet de quantifier la masse de produits pétroliers accumulés dans des sédiments. Le second se base sur l’étude de la répartition des micropolluants organiques en phase aqueuse (dissous, colloïdale, particulaire) lors de la mobilisation de sédiments contaminés, permettant d’évaluer leur biodisponibilité / According to the objectives of the Water Framework Directive, this study deals with the quantification of the transfer of organic micropollutants at the confluence between Fensch and Moselle Rivers. A new methodology has been developed in order to quantify the anthropogenic pressure in environmental matrices. Based on the exhaustive quantification of molecular markers, this approach allows the comparison between natural and anthropogenic inputs and the differentiation between anthropogenic sources (pyrogenic, petrogenic, sewage waters). It is fully appropriate in order to study organic matter in different environmental matrices providing much more information than the quantification of few target compounds. In sediments of the system Fensch-Moselle, this approach has been applied in order to study the evolution of the anthropogenic pressure due to organic micropollutants along the Fensch River, their transfer at the confluence with the Moselle River and the major sources of contamination. This work highlights the relationship between hydrodynamism and settling and biodegradation of organic micropollutants. Together with the mutimolecular approach, two methodologies have been developed in order to answer to major environmental questionings. The first one, based on the deconvolution of unresolved complex mixture, allows quantifying the amount of petroleum by-products stored in sediments. The second one is based on the analysis of organic micropollutants in aqueous phases (dissolved, colloidal, particulate) during mobilization of contaminated sediments, which allows the evaluation of their bioavailability

Le fer ajouté dans des systèmes complexes tels que les aliments induit divers problèmes comme l'oxydation des lipides ou la précipitation d’autres composés présents dans la matrice. Il s’en suit une diminution de sa biodisponibilité et des défauts de goût. L'utilisation de chélates de fer, comme le bisglycinate de fer ou l’EDTA de fer, constitue une voie intéressante : le fer ainsi protégé n’interagirait pas avec la matrice alimentaire. La stabilité des chélates de fer (bisglycinate de fer et NaFe EDTA), supposés peu réactif pour l’initiation de peroxydation, a été attestée sur des modèles d’émulsions huile dans eau stabilisées par du caséinate de sodium ou de la β lactoglobuline. Dans un second temps, le travail a consisté à vérifier la faible influence de ces complexes sur la nature de l’interface huile/eau (étude de la tension et de la rhéologie interfaciales). La stabilité du bisglycinate de fer en solution aqueuse et en présence de β lactoglobuline a également été évaluée en fonction du pH (pH 2, 3,5 et 6,5) par rayons X. Il a ainsi été montré que la nature des protéines formant l’interface huile/eau et le type de sels de fer jouent un rôle crucial sur la stabilité oxydative des émulsions enrichies en fer. L'affinité des protéines de lait pour les ions fer libres est le premier facteur qui contrôle la peroxydation des matières grasses par l’absence de transfert à l'interface huile/eau. La capacité du complexe bisglycinate à retenir les ions fer et donc à limiter la présence d’ions fer libres (ferriques ou ferreux) apparaît comme le second facteur principal à contrôler. La compétition pour les ions fer entre les groupes fonctionnels des protéines et les contre ions de chélates (glycinate ou EDTA) gouverne ainsi l'état d'oxydation du système dans des conditions acide/base proche de la neutralité. En milieu acide, l'oxydation est principalement gouvernée par l’instabilité du complexe bisglycinate de fer et par conséquent la lente libération fer ionique dans la phase aqueuse. Pour résumer, si le complexe de fer n’est pas déstabilisé et que la protéine à l’interface huile/eau ne présente pas de groupe fonctionnel ayant une forte affinité pour le fer, alors la peroxydation des lipides en émulsion est faible. Dans notre démonstration, si une protéine n’est pas phosphorylée et pour des pH proches de 7, alors l’émulsion ne sera pas peroxydée car le fer ne migre pas à l’interface huile/eau. / Iron incorporated into food systems induces oxidation and precipitation. The consequences are a reduced bioavailability and a modification of other food flavor. The iron chelates such as Fe-bisglycinate and Fe-EDTA represent a possibility to avoid side effects, since the iron is protected. The inertety of Fe bisglycinate and NaFe EDTA for lipid peroxidation has been verified in oil-in-water emulsion models stabilized by sodium caseinate or by β lactoglobulin through the following studies: i/ increase of primary and secondary products of oxidation, ii/ change of the properties of the oil/water interface (tension and interfacial rheology), iii/ the stability of the chelate iron (Fe-bisglycinate) in the aqueous phase with β lactoglobulin at different pH (pH 2, 3.5 and 6.5). The oil/water interface stabilized by proteins with phosphate groups has induced peroxidation, which was not observed with proteins containing no phosphate residue. These results demonstrate also that the type of iron salts plays a crucial role in the oxidative stability of emulsions. The ability of the complex to retain iron ion and to avoid “free” ferrous ion is the first important factor to be controlled. The affinity of milk proteins to bind these free iron ions is the second factor that controls the transfer to oil/water interface. To sum up, the competition for iron ions between functional groups of protein and salt counter ions (glycinate, sulfate or EDTA) governs the oxidation state of the system in neutral conditions. In acidic medium, the oxidation is mainly governed by the stability of the complex and the possibility to free iron in bulk.

Les personnes en surcharge pondérale semblent préférer une alimentation riche en graisse. Face à l'épidémie d'obésité qui touche nos Sociétés tant urbaines que rurales, élucider les mécanismes de la détection des lipides alimentaires devient un enjeu majeur. Il avait précédemment été admis que la glycoprotéine CD36 exprimée dans les papilles caliciformes de souris, est impliquée dans la perception oro-gustative des lipides alimentaires. Dans ce travail, nous avons montré que l'acide linoléique (LA), en activant les phospholipases A2, sPLA2, cPLA2 et iPLA2 via CD36, produit de l'acide arachidonique (AA) et la lyso-phosphatidylcholine (lyso-PC). LA déclenche un influx calcique dans les cellules CD36-positives et induit la production du facteur CIF (Calcium Influx Factor). CIF, AA et lyso-PC exercent différentes actions sur l'ouverture des canaux SOC (Stored Operated Calcium Channel) constitués de protéines Orai et contrôlés par STIM1. Stim1 est un senseur calcique situé sur la membrane du réticulum endoplasmique activé par la déplétion du calcium intracellulaire. Nous avons utilisé la technologie siRNA et des modèles de souris transgéniques pour montrer que CIF et lyso-PC activent des canaux calciques homodimériques composés de protéines Orai1 tandis qu’AA active des canaux hétéro-pentamériques composés d’Orai1 et Orai3. Nous avons également montré que STIM1 régule la production de CIF dans les cellules stimulées par la thapsigargine et l’acide linoléique ainsi que l'ouverture de deux types de canaux calciques. Par ailleurs les souris au phénotype Stim1-/- perdent la préférence spontanée pour les lipides observé chez les animaux de type sauvage. D’un autre côté les cellules CD36-positive de souris Stim1-/- sont incapables de libérer la sérotonine dans l'environnement extracellulaire. Nos résultats suggèrent que des acides gras à longue chaine (AGLC) induisent la signalisation calcique régie par STIM1 via CD36. La perception oro-gustative des lipides alimentaires détermine la préférence spontanée pour les lipides observée chez les mammifères / The lipid-binding glycoprotein CD36, expressed by circumvallate papillae (CVP) of the mouse tongue, has been shown to be implicated in oro-gustatory perception of dietary lipids. We demonstrate that linoleic acid (LA) by activating sPLA2, cPLA2 and iPLA2 via CD36, produced arachidonic acid (AA) and lyso-phosphatidylcholine (Lyso-PC) which triggered Ca2+ influx in CD36-positive taste bud cells (TBC), purified from mouse CVP. LA induced the production of Ca2+ influx factor (CIF). CIF, AA and Lyso-PC exerted different actions on the opening of store-operated Ca2+ (SOC) channels, constituted of Orai proteins and regulated by STIM1, a sensor of Ca2+ depletion in the endoplasmic reticulum. We used siRNA technology and transgenic mice models and observed that CIF and Lyso-PC opened Orai1 channels whereas AA-opened Ca2+ channels were composed of Orai1/Orai3. STIM1 was found to regulate LA-induced CIF production and opening of both kinds of Ca2+ channels. Furthermore, Stim1–/– mice lost the spontaneous preference for fat, observed in wild-type animals. The CD36-positive TBC from Stim1–/– mice also failed to release serotonin into extracellular environment. Our results suggest that fatty acid-induced Ca2+ signaling, regulated by STIM1 via CD36, might be implicated in oro-gustatory perception of dietary lipids and the spontaneous preference for fat

Le récepteur hépatique aux lipoprotéines LSR est impliqué dans la clairance des lipoprotéines riches en triglycérides telles que les résidus de chylomicrons pendant la phase postprandiale. La réduction de l’expression du LSR chez la souris (LSR+/-) est associée à une dyslipidémie et une lipémie postprandiale élevée. Afin de mieux comprendre la régulation de la distribution des lipides alimentaires, nous avons cherché quels étaient les facteurs pouvant affecter le niveau protéique de LSR. La leptine, hormone sécrétée par le tissu adipeux et connue pour son action d’hormone de satiété au niveau du système nerveux central, a été démontrée dans cette thèse comme modulant l’expression de LSR par la régulation de la transcription du gène lsr. La leptine est impliquée dans la régulation de la lipogénèse à travers SREBP-1. Grâce à l’utilisation d’un extrait de Garcinia cambogia contenant un inhibiteur de l’ATP citrate lyase, nous avons démontré une interaction importante entre les enzymes lipogéniques, l’expression de LSR et d’autres récepteurs lipoprotéiques, afin de maintenir un équilibre entre la synthèse de lipides endogènes et l’apport alimentaire de lipides exogènes. Soumises à un régime hyperlipidique, les souris sauvages montrent une diminution de l’expression des enzymes lipogéniques hépatiques, aggravée chez les souris LSR+/-. Ces résultats indiquent qu’il existe un mécanisme de maintien de l’équilibre entre la lipogénèse (synthèse endogène de lipides), la lipolyse (utilisation lipidique comme substrat énergétique) et le stockage de lipides à travers une forte interaction entre les enzymes lipogéniques et LSR. / The hepatic lipoprotein receptor LSR is involved in the clearance of triglyceride-rich lipoproteins including chylomicrons remnants during the post-prandial phase. Reduced LSR protein expression in mice (LSR+/-) is associated with dyslipidemia and increased postprandial lipemia; these mice exhibit increased weight gain with aging or when placed under a high-fat diet. In order to better understand the regulation of the distribution of dietary lipids, we looked for factors that could regulate LSR protein levels. Leptin is a hormone secreted by the adipose tissue that is a centrally-acting satiety factor, and was demonstrated to modulate LSR mRNA and protein expression through the modulation of transcription of the gene lsr. Leptin has been reported be involved in the control of lipogenesis through SREBP-1c. Using Garcinia cambogia extract containing an inhibitor of ATP citrate lyase, we demonstrated that there is an important link between lipogenic enzymes and LSR protein levels and with other lipoprotein receptors that provides the means to maintain a balance between endogenous lipid synthesis and dietary intake of exogenous lipids. When exogenous lipid intake is increased in the form of a high-fat diet, mice exhibited a decrease in hepatic lipogenic enzymes expression, but a deficiency of LSR led to increased lipid content in the peripheral tissues. These results suggest the presence of mechanisms for the maintenance for the balance between lipogenesis (de novo endogenous lipid synthesis), lipolysis (lipids used as energy substrate), and lipid storage through an important link between lipogenic enzymes and LSR.

Crèmes, shampooings, savons, gels douche, ces produits cosmétiques quotidiennement utilisés, ont en commun la présence d'une matière première essentielle à leur formulation, à savoir le tensioactif ou émulsionnant. Ces molécules sont donc fréquemment en contact avec la peau. En effet, de par sa structure amphiphile particulière, le tensioactif aide à la stabilisation des émulsions, permet la formation de mousse et apporte les propriétés détergentes des produits cosmétiques nettoyants, en solubilisant les corps gras présents en surface. Ces molécules peuvent également interagir avec les composants de la peau. Une des premières preuves évidentes de l'interaction des tensioactifs avec la peau est l'observation des signes cliniques suite à l'exposition prolongée ou chronique à des formules riches en tensioactifs. Ces molécules sont maintenant connues pour engendrer des dermatites de contact d'irritation et font l'objet d'un véritable problème de santé publique concernant les maladies professionnelles aux détergents. Cependant, devant la multitude de tensioactifs présents sur le marché, les mécanismes d'action des tensioactifs sur la peau sont encore mal connus, surtout pour les tensioactifs non ioniques, très utilisés dans les produits de soin et souvent considérés comme non toxiques. Le sodium lauryl sulfate, tensioactif anionique reste à ce jour, la molécule modèle couramment étudiée. La toxicité cutanée est le plus souvent reliée à l'interaction du tensioactif avec les protéines, molécules chargées. De ce fait, les tensioactifs ioniques sont considérés comme étant les plus toxiques pour la peau. De plus, la forme monomérique du tensioactif est décrite comme l'entité responsable de la toxicité cutanée, s'insérant plus facilement dans la bicouche lipidique et pouvant ainsi pénétrer plus facilement dans la peau que sous la forme de micelles. La toxicité du tensioactif est donc également reliée à sa concentration micellaire critique. L'objectif de ce projet de recherche était d'approfondir les connaissances sur différentes propriétés physicochimiques de nombreuses classes de tensioactifs, afin de mieux comprendre leurs interactions ainsi que leurs effets sur la peau. Plusieurs niveaux d'études ont été développés. Après une analyse physicochimique des tensioactifs détaillée, des mesures in vitro ont permis d'évaluer l'effet du tensioactif sur la toxicité cutanée. L'étude portant sur la fonction barrière de la peau (propriétés de surface/détergence, organisation de la matrice lipidique et évaluation de l'extraction lipidique) a été menée via des expérimentations ex vivo. Nos études ont montré une toxicité notable de certains tensioactifs non ioniques et a contrario certains tensioactifs ioniques se sont révélés parfaitement bien tolérés. Les paramètres soulignés dans la littérature tels que la CMC et la charge des tensioactifs ont été remis en question. Plusieurs explications ont été mises en avant considérant l'organisation du tensioactif dans l'eau et son comportement vis-a-vis de la fonction barrière cutanée apportant ainsi de nouvelles pistes pour une meilleure compréhension de l'effet du tensioactif sur la peau. De plus La toxicité des tensioactifs a pu être reliée à un des trois niveaux de perturbation de la barrière cutanée: la désorganisation de la matrice lipidique / Creams, shampoos, soaps, shower gels, these cosmetics daily used, have in common the presence of a raw material essential to their formulation, namely the surfactant or emulsifier. These molecules are therefore frequently in contact with the skin. Indeed, because of its particular amphiphilic structure, the surfactant helps the stabilization of emulsions, allows the formation of foam and provides the detergent properties of cleansing cosmetic products, by solubilizing the fatty substances present on the surface. These molecules can also interact with the components of the skin. One of the first obvious evidence of the interaction of surfactants with the skin is the observation of clinical signs following prolonged or chronic exposure to surfactant-rich formulas. These molecules are now known to cause irritant contact dermatitis and are the subject of a real public health problem regarding professional detergent diseases. However, considering the multitude of surfactants on the market, the mechanisms of action of surfactants on the skin are still poorly known, especially for nonionic surfactants, widely used in skincare products and often considered non-toxic. Sodium lauryl sulfate, anionic surfactant remains to this day, the model molecule currently studied. The cutaneous toxicity is most often related to the interaction of the surfactant with the proteins, charged molecules. As a result, ionic surfactants are considered to be the most toxic to the skin. In addition, the monomeric form of the surfactant is described as the entity responsible for cutaneous toxicity, fitting more easily into the lipid bilayer and thus able to penetrate the skin more easily than in the form of micelles. The toxicity of the surfactant is therefore also related to its critical micelle concentration. . The objective of this research project was to expand knowledge on different physicochemical properties of many classes of surfactants, to better understand their interactions and their effects on the skin. Several levels of studies have been developed. After detailed physicochemical analysis of the surfactants, in vitro measurements were used to evaluate the effect of the surfactant on skin toxicity. The study on the skin barrier function (surface properties / detergency, lipid matrix organization and evaluation of lipid extraction) was conducted via ex vivo experiments. Our studies have shown significant toxicity of some nonionic surfactants and conversely some ionic surfactants have been found to be perfectly well tolerated. Parameters highlighted in the literature such as CMC and surfactant charges have been questioned. Several explanations were put forward considering the organization of the surfactant in the water and its behavior on the skin barrier function thus bringing new tracks for a better understanding of the effect of the surfactant on the skin. In addition, the toxicity of the surfactants could be related to one of the three levels of disruption of the cutaneous barrier: the disorganization of the lipid matrix

Dans cette thèse, j'ai essayé d'identifier le mode d'action de composés biscationiques récemment synthétisés et leurs interactions avec les parasites résistants à la chloroquine. Les activités de divers représentants des composés ammonium bisquaternaire, des amidines alkyl (provenant du groupe de professeur Vial, Montpellier, France), des amidines bisbenzyl (provenant du groupe Chimie de l'Université de Liverpool, Royaume-Uni) ont été comparés à la chloroquine et la pentamidine. Leurs potentiels de résistance croisée avec la chloroquine ont également été étudiés. Dans ce but, deux lignées cellulaires modifiées génétiquement par échange allélique, C3Dd2 et C2GCO3 furent utilisées.Parmi les amidines bisbenzyl, une série de composés appartenant aux guanidines, thiazoles et triazoles ont été criblés pour leur activité contre des souches résistantes et sensibles à la chloroquine chez Plasmodium falciparum. Une hypersensibilité significative est observée pour les amidines bisbenzyl parmi les isolats affichant un PfCRT mutant. Aucune différence n'est observée pour les composés provenant du groupe Vial. Pour comprendre le mode d'action et le rôle de PfCRT, j'ai réalisé des expériences de fixation compétitives (competitive binding') et de cristallisation d'hème. Tous les composés ont montré à différents degrés des interactions avec l'hème, cependant il fut observé que leur activité ne corrélait pas avec l'inhibition de la cristallisation d'hème. Une des raisons possibles à cela est que les différences structurales peuvent jouer un rôle important dans le transport du composé. De plus, j'ai étudié l'effet du pH sur l'activité des composés en utilisant les lignées cellulaires modifiées génétiquement par échange allélique afin d'observer l'effet du gradient de proton sur le transport de la chloroquine et de la pentamidine. Des différences significatives de l'activité de la chloroquine furent observées chez les deux souches. Malgré les valeurs de pKa élevées pour la pentamidine, il y avait une différence significative dans la sensibilité pour ce composé chez les souches quand le pH a changé.Car les diamidines requièrent des transporteurs pour traverser les barrières membranaires et qu'un possible transporteur de choline a été caractérisé chez Plasmodium falciparum, j'ai également réalisé des études initiales sur la caractérisation moléculaire de ce transporteur. Un gène qui encode une protéine chez P. falciparum avec une similarité significative aux eucaryotes supérieurs fut identifié en utilisant des analyses bioinformatiques et fut employé dans une transformation et des études analyses fonctionnelles.En conclusion, ce travail suggère qu'il est possible d'utiliser de nouveaux amidines bisbenzyl pour cibler spécifiquement les souches résistantes à la quinoléine chez Plasmodium falciparum, arborant des allèles de PfCRT mutantes. En adhérant à cette hypothèse et sachant que les deux classes de composés fixent la même cible non parasitaire (soit l'hème), il serait possible de créer rationnellement une combinaison de composés quinoléine / diamidine. Ainsi, les souches résistantes à un des deux composés seraient plus sensibles à l'autre partenaire, retardant ainsi l'apparition de résistance. / In this thesis I have attempted to subject the issues of mode of action of recently synthesized bis cationic compounds and their possible interactions with chloroquine resistance. Antimalarial activities of representatives of various bis quarternary ammonium compounds, alkyl amidines (received from Dr.Vial group, Montpellier) and of bisbenzyl amidines (received from Chemistry group, Liverpool) activity have been investigated with chloroquine and pentamidine and looked for cross resistance with chloroquine. For this purpose two genetically modified allelically exchanged cell lines C3Dd2 and C2GCO3 modified on the chloroquine resistance-related PfCRT (P.falciparum chloroquine Resistance Transporter) gene were used. Among the benzyl amidines, a significant hypersensitivity tobis benzyl amidines was observed among the isolates bearing the mutant PfCRT. No such difference is observed for the bisalkyl amidines. To understand the mode of action and role of PfCRT, competitive binding assay to heme (which may mediate the well-known cellular accumulation of the compounds) and effect on heme crystallization assays (which is involved in the toxic effect against the intracellular parasite) were performed. All these compounds were shown to interact with heme in various degrees. Their activity was observed not to be correlating with heme crystallization inhibition. This is likely due to the structural differences between the compound which discriminate the compounds in the transport of the compound to the parasite and their mechanism of antimalarial activities. In addition I have studied the effect of pH on the pharmacological activity of the drugs using allelically exchanged genetically modified cell lines (for PfCRT) to characterize the importance of proton gradient on the transport of chloroquine and pentamidine to the intracellular parasite. Significant difference (reduced antimalarial activity with increased pH) in the activity of chloroquine was observed for both the strains. Despite of the high pKa values for pentamidine, there was significant difference in the sensitivity of the strains to this compound, when the pH is changed. As both the diamidines and choline analogs require transporters to cross the membrane barriers and enter the parasite where they accumulate I have also performed initial studies on the molecular characterization of a potential carrier in P.falciparum. Using basic bioinformatic tools, a gene encoding a P.falciparum protein with significant similarity to higher eukaryotes choline transporter was identified and preliminary work for its functional analysis was performed. In conclusion, this work establishes substantial differences between the various classes of bis-cationic compounds essentially (based on benzamidine and choline-analogs alkylkamidine series) concerning their interaction with the infected erythrocyte and their antimalarial activity. The series are diffentallly affected by the PfCRT mutation and the chloroquine resistance. Results suggest that it may be possible to use novel bisbenzyl amidines to specifically target quinoline resistant Plasmodium falciparum malaria, harbouring mutant pfcrt alleles. Taking this idea further and since both classes of compound target the same non-parasite target (heme), it may even be possible to rationally design a quinoline / diamidine drug combination, in which isolates resistant to one partner drug become more sensitive to the other partner, thus delaying the onset of resistance.

Ce travail de thèse s’articule autour de la génération et de la caractérisation de capsules d’organo-hydrogel ou simplement bi-gels, obtenues par la technologie du prilling et destinées à la délivrance contrôlée d’un principe actif (P.A), après administration par voie orale. L’Efavirenz (EFV), un antirétroviral utilisé dans le traitement du VIH/Sida, a été le P.A utilisé comme modèle de molécule de faible solubilité dans l’eau. Il a été dissous dans l’organogel composé d’huile de tournesol et d’acide 12-hydroxystéarique (12-HSA). L’organogel a été caractérisé par sa température de transition de phase sol-gel-sol. Et la thermoréversibilité caractéristique de cet organogel n’a pas changé avec l’introduction de l’EFV. Pour la caractérisation des organogels comme véhicule de P.A, ils ont été produits à deux températures (5°C et 25 °C) et avec deux concentrations de 12-HSA (5% et 20%). Pour les essais de libération de l’EFV deux milieux de dissolution ont été utilisés (pH 1,2 et 6,8) avec et sans enzymes. Le profil de libération de l’EFV à partir de capsules bi-gels (2500 à3000 μm de diamètre) est essentiellement lié à la quantité d’organogélifiant dans le coeur, à la présence de la membrane d’alginate et à l’état physique de cette membrane (hydratée ou sèche). Une réduction de 50% a pu être observée à pH acide en présence de la membrane externe. A pH acide la libération est plus lente qu’à pH 6,8, quand la membrane perd sa fonction protectrice et le coeur organogel passe à régler la libération. Deux mécanismes de relargage sont observés : l’érosion et la diffusion, expliqués par le modèle de Korsmeyer-Peppas. / This thesis focuses on the generation and characterization of organo-hydrogel capsules (bigels), manufactured by prilling technology for controlled drug delivery after oral administration. Efavirenz (EFV), an antiretroviral medications used to treat HIV/AIDS, is the active pharmaceutical ingredient (API) used as a model molecule of low solubility in water. It was dissolved in the organogel, which is compound of sunflower oil and 12-hydroxystearic acid (12-HSA). The organogel was characterized by its phase transition temperature sol-gel-sol. The typical thermoreversibility of this organogel has not changed with introduction of EFV. The organogels were produced at two temperatures (5 °C and 25 °C) and with two concentrations of 12-HSA (5% and 20%) for being characterized as an API vehicle. Two dissolution media were used with and without enzymes (pH 1.2 and 6.8), for EFV release quantification. The EFV release profile from bi-gels capsules (diameter from 2500 to 3000 μm) is essentially related to the amount of organogelator in their core, to the presence of the alginate membrane and to the state physics of this membrane (hydrated or dry). The release of EFV has reduced 50% at acid pH in the presence of the external membrane. In simulated gastric fluid, the release is slower than at pH 6.8 (simulated intestinal fluid). In the intestine, the membrane loses its protective function and the organogel’s core begins to control the release of EFV. Two release mechanisms are observed: erosion and diffusion, which can be explained by the Korsmeyer-Peppas model.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les membranes biologiques sont impliquées dans divers mécanismes comme la reconnaissance moléculaire ou encore la fusion membranaire. Les lipides, principaux composants des membranes, sont inhérents à ces processus cellulaires, mais leur organisation et leur rôle fonctionnel au sein de ces systèmes sont très complexes. Dans ce travail, nous avons utilisé des modèles membranaires mimant ces systèmes biologiques pour identifier les interactions mises en jeu avec divers agents exogènes (AEs), en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). Nous avons donc travaillé sur deux AEs différents qui interagissent potentiellement avec ces membranes. Le premier intervient directement dans le cadre de l'étude du paludisme. Le mécanisme moléculaire de cette maladie (impliquant probablement des structures lipidiques) n'étant pas clair, la compréhension de celui-ci faciliterait le développement de nouvelles molécules antipaludiques et/ou cibles thérapeutiques. Parallèlement notre étude s'est portée sur l'interaction des nanoparticules (NPs) de TiO2, notre second AE, avec les membranes. Très utilisées dans l'industrie, ces NPs de TiO2 pourraient avoir un impact sur la santé humaine, en interagissant notamment avec les membranes cellulaires. Des techniques biophysiques classiques ont tout d'abord été utilisées pour évaluer l'interaction de l'AE avec des systèmes biomimétiques. Ensuite, lorsque celle-ci est prouvée, l'AFM est utilisée pour visualiser les changements morphologiques des modèles membranaires en présence de ces AEs. Ainsi, pour chaque AE, nous avons finalement suggéré un mécanisme d'interaction afin de répondre aux problématiques soulevées.

Cry6Aa1, une nouvelle toxine produite par Bacillus thuringiensis (Bt), agit comme insecticide sur la chrysomèle du maïs (WCRW). Dans cette étude, on démontre que Cry6Aa1 est une toxine formeuse de pores (TFP) en bicouches lipidiques planes (BLP). Contrairement aux autres toxines de Bt étudiées jusqu’à présent, la formation de pores par Cry6Aa1 ne requiert pas de prétraitement par protéases et se produit à des doses de toxine deux à trois ordres de grandeur plus faibles que celles nécessaires pour les autres toxines de Bt dans les mêmes conditions. La formation de pores par la forme non traitée de Cry6Aa1 dépend du pH; les pores obtenus ont des conductances comprises entre 31 et 689 pS en conditions symétriques de 150 mM de KCl; ils sont cationiques avec un comportement cinétique complexe. Les propriétés biophysiques des pores ne changent pas lorsque la toxine est traitée avec le suc du mésenthéron de l’insecte (Cry6Aa1 WCR1). Par contre, un traitement à la trypsine (Cry6Aa1 TT) modifie la conductance et la sélectivité des pores à pH 5,5 (le pH physiologique de l’intestin de WCRW). La reconstitution en BLP de fraction de membrane native du mésenthéron de WCRW affecte les propriétés des pores formés par Cy6Aa1. Les déterminants moléculaires du mode d’action de cette nouvelle toxine formeuse de pores semblent donc différer de ceux décrits précédemment pour d’autres toxines de Bt. La structure atomique tridimensionnelle de Cry6Aa1 vient tout juste d’être élucidée. Elle montre que la toxine adopte une conformation riche en hélices α qui ressemble fortement à celle de la TFP ClyA produite par E. coli. En se fondant sur les données disponibles pour ClyA, on a étudié l’effet de divers changements dans les régions N et C terminales de Cry6Aa1 sur sa capacité de former des pores en BLP. / Cry6Aa1 is a new toxin produced by Bacillus thuringiensis (Bt), which displays insecticidal activity against the Western corn rootworm (WCRW). The present work demonstrates that Cry6Aa1 is a pore-forming toxin (PFT) in planar lipid bilayers (PLBs). Contrary to other Bt toxins tested so far, pore formation by Cry6Aa1 does not require protease pretreatment and takes place at doses that are two to three orders of magnitude lower than those required for other Bt toxins under similar conditions. Pore formation by Cry6Aa1 is pH-dependent; the conductances of the pores range between 31 and 689 pS under symmetrical 150 mM KCl conditions; they are cationic and display a complex kinetic behaviour. The treatment of the toxin with midgut juice (Cry6Aa1 WCR1) does not change the biophysical properties of the pores. However, the treatment with trypsin (Cry6Aa1 TT) affects their conductance and selectivity at pH 5.5 (the WCRW gut physiological pH). The incorporation in PLBs of native membrane material from WCRW midgut affects the behaviour of the Cry6Aa1 pores. The molecular determinants of the mode of action of this new PFT appear therefore to differ from those reported before for other Bt toxins. The three-dimensional (3-D) atomic structure of Cry6Aa1 has just been elucidated. It shows that the toxin assumes an α-helix-rich configuration, which is quite similar to that of the ClyA PFT produced by E. coli. Based on the data available for ClyA, we have studied how different changes in the N- and C-terminal regions of Cry6Aa1 affect its pore formation ability in PLBs.