Thèse d'exercice : Médecine. Chirurgie générale : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 84-90 [75 réf.].

Thèse de doctorat : Médecine. Biologie cellulaire et moléculaire : Université de Nantes : 2006. / Bibliogr.

Thèse d'exercice : Médecine. Gynécologie-obstétrique : Nantes : 2007. / Bibliogr.

Le réseau lymphatique permet le drainage des liquides interstitiels, le transport des cellules immunitaires et intervient dans le métabolisme lipidique. La dérégulation de ce système est impliquée dans de nombreuses pathologies comme les lymphœdèmes, le rejet de greffe ou encore l'échappement tumoral. Le cœur est pourvu d'un réseau lymphatique abondant dont l'importance n'est apparue que très récemment dans les pathologies ischémiques. En effet, suite à un infarctus du myocarde, la dysfonction lymphatique observée favorise l'œdème et l'inflammation tissulaire, révélant le réseau lymphatique comme un acteur majeur du développement de cette pathologie. Les processus régulant la formation de vaisseaux lymphatiques chez l'adulte sont largement dépendants de facteurs de croissance aux effets pro- ou anti- lymphangiogéniques. Les cellules immunes et plus particulièrement les macrophages sécrètent un grand nombre de ces facteurs et leur importance dans la réponse lymphangiogénique a été montrée dans différentes conditions physio-pathologiques, telles que la lymphangiogenèse tumorale et inflammatoire. Il a longtemps été admis que les macrophages tissulaires provenaient exclusivement de la différenciation de monocytes sanguins. Cependant, l'existence de macrophages provenant de progéniteurs embryonnaires a été récemment mise en évidence. Dorénavant, les macrophages tissulaires résidents sont perçus comme des populations hétérogènes pouvant prétendre à des différences fonctionnelles. A ce jour, les modifications du réseau lymphatique et les mécanismes permettant sa régulation, au cours de pathologies non ischémiques, n'ont pas été abordées. Ainsi, nous avons entrepris d'identifier et de caractériser les différentes populations de macrophages cardiaques participant à la régulation du réseau lymphatique suite à une surcharge barométrique. Nos résultats ont montré une diminution précoce du réseau lymphatique cardiaque dans le cœur murin hypertrophié au cours d'une surcharge de pression induite par constriction de l'aorte transverse. Cette réduction du réseau est associée à la perte d'une population majoritaire de macrophages cardiaques portant le récepteur 1 à l'acide hyaluronique (Lyve-1). Cette population résidente diminue dans le cœur insuffisant, au profit de macrophages infiltrants dérivés de monocytes sanguins. Par ailleurs, en plus d'être corrélée à la baisse du réseau lymphatique cardiaque, la diminution du nombre de macrophages Lyve-1 est proportionnelle à la détérioration de la fonction cardiaque. La prévention de l'infiltration monocytaire a permis de maintenir le pool de macrophages exprimant Lyve-1, le réseau lymphatique et la fonction cardiaques lors d'une surcharge de pression. La caractérisation par RT-PCR des différentes populations de macrophages récupérés par tri cellulaire nous a permis de montrer que les macrophages Lyve-1 présentent des caractéristiques particulières, avec une forte expression de VEGFR3 et NRP2, molécules de signalisation lymphangiogène. De plus, ces macrophages Lyve-1 à la polarisation mixte et à l'activité phagocytaire importante, expriment de nombreux facteurs pro-lymphangiogéniques (VEGFc, VEGFd, IGF1). Ils ont montré une activité pro-lymphangiogène in vitro sur des explants de canal thoracique et sur des cellules endothéliales lymphatiques et in vivo avec la formation de vaisseaux lymphatiques naissants lors de l'injection de ces macrophages Lyve-1 dans le cœur. Leur localisation à proximité des vaisseaux lymphatiques et leur capacité pro-lymphangiogène leurs confèrent un rôle évident dans le maintien du réseau lymphatique lors d'un remodelage cardiaque de surcharge de pression. Ces travaux ont permis l'identification d'une population originale de macrophages cardiaques pouvant entrer dans la régulation du système lymphatique au cours d'une surcharge de pression. / The lymphatic system has recently emerged as an important regulator of the cardiac interstitial fluid compartment and function. Experimental obstruction of lymphatic vessel leads to cardiac œdema, myocardial stiffness, fibrosis and ventricle dysfunction. Following myocardial infarction, stimulation of lymphangiogenesis was found to reduce fibrosis and inflammation and to improve cardiac function. Macrophages have been largely described as important contributors of lymphangiogenesis in inflammatory situations such as cancer. Recently, genetic fate mapping demonstrated that distinct populations of macrophages coexist in the adult heart. In addition to monocyte derived-macrophages that massively colonize injured heart, a subpopulation of tissue-resident macrophages that originates from embryonic precursors persists into adulthood by means of local self- renewal. To date the distinct involvement of cardiac macrophage subpopulations in cardiac lymphatic remodeling and heart failure progression induced by pressure overload is largely unknown. In our study, we observed that expression of Lyve-1 identifies a resident macrophage subset abundant in mouse heart. This Lyve-1 positive macrophage subset decreased rapidly in cardiac remodeling induced by chronic pressure overload. In addition, the number of cells found in heart was positively correlated with the preservation of cardiac lymphatic network and function after transverse aortic constriction (TAC). Blocking recruitment of monocyte derived macrophages expanded Lyve-1 positive macrophages, attenuated cardiac lymphatic remodeling and contractile dysfunction of pressure overloaded heart. Lyve-1 positive macrophages express pro-lymphangiogenic factors and sustain lymphangiogenesis in vitro and in vivo. In conclusion, resident macrophage subset expressing the Lyve-1 receptor participates to maintain cardiac function after chronic pressure overload by mechanisms that may involve the preservation of cardiac lymphatic system. These results provide insight into the regulation of lymphatic homeostasis by tissue resident macrophage during heart failure induced by pressure overload.

BMP9 (Bone Morphogenetic Protein 9) et BMP10 sont deux facteurs de croissance de la famille du TGFβ qui partagent le fait d'être les ligands du récepteur Alk1 (Activin receptor-like kinase 1). Les mutations de ce récepteur sont la cause de 2 pathologies vasculaires, la maladie de Rendu Osler et l'Hypertension Artérielle pulmonaire. L'invalidation de BMP10 a été décrite, elle entraine une létalité embryonnaire du fait de graves défauts cardiaques. L'invalidation de BMP9, un facteur de quiescence de l'endothélium vasculaire, n'avait pas encore été réalisée. Dans ce contexte l'objectif de cette thèse a été d'étudier les rôles respectifs de BMP9 et de BMP10 dans les remodelages vasculaires. Nous avons pour cela utilisé les souris invalidées pour BMP9, obtenues dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe de S-J Lee (Baltimore, USA). Bien que les souris Bmp9-KO soient viables et fertiles, notre travail montre qu'elles présentent un réseau lymphatique anormal, avec un élargissement des vaisseaux et une réduction du nombre de valves dans leurs collecteurs. Les défauts observés ont un retentissement fonctionnel sur l'efficacité du drainage lymphatique. En accord avec ces observations, nous avons pu montrer que BMP9 régule un certain nombre de gènes impliqués dans le développement du réseau lymphatique. En contraste avec les résultats précédents, la vascularisation de la rétine est normale chez les souriceaux Bmp9-KO. Cette absence de phénotype est causée par une redondance entre BMP9 et BMP10. En effet, la neutralisation de BMP10 chez les souriceaux Bmp9-KO entraine une absence de maturation de la vascularisation de leur rétine. De plus, ces souriceaux présentent un défaut de fermeture de leur canal artériel. Ce vaisseau permet de dévier le sang hors des poumons fœtaux non fonctionnels et sa fermeture au moment de la naissance est nécessaire à la survie postnatale. Au total, ce travail met en exergue les rôles de BMP9 et de BMP10 dans les remodelages vasculaires périnataux lymphatiques et sanguins.

BMP9 (Bone Morphogenetic Protein 9) et BMP10 sont deux facteurs de croissance de la famille du TGFβ qui partagent le fait d'être les ligands du récepteur Alk1 (Activin receptor-like kinase 1). Les mutations de ce récepteur sont la cause de 2 pathologies vasculaires, la maladie de Rendu Osler et l'Hypertension Artérielle pulmonaire. L'invalidation de BMP10 a été décrite, elle entraine une létalité embryonnaire du fait de graves défauts cardiaques. L'invalidation de BMP9, un facteur de quiescence de l'endothélium vasculaire, n'avait pas encore été réalisée. Dans ce contexte l'objectif de cette thèse a été d'étudier les rôles respectifs de BMP9 et de BMP10 dans les remodelages vasculaires. Nous avons pour cela utilisé les souris invalidées pour BMP9, obtenues dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe de S-J Lee (Baltimore, USA). Bien que les souris Bmp9-KO soient viables et fertiles, notre travail montre qu'elles présentent un réseau lymphatique anormal, avec un élargissement des vaisseaux et une réduction du nombre de valves dans leurs collecteurs. Les défauts observés ont un retentissement fonctionnel sur l'efficacité du drainage lymphatique. En accord avec ces observations, nous avons pu montrer que BMP9 régule un certain nombre de gènes impliqués dans le développement du réseau lymphatique. En contraste avec les résultats précédents, la vascularisation de la rétine est normale chez les souriceaux Bmp9-KO. Cette absence de phénotype est causée par une redondance entre BMP9 et BMP10. En effet, la neutralisation de BMP10 chez les souriceaux Bmp9-KO entraine une absence de maturation de la vascularisation de leur rétine. De plus, ces souriceaux présentent un défaut de fermeture de leur canal artériel. Ce vaisseau permet de dévier le sang hors des poumons fœtaux non fonctionnels et sa fermeture au moment de la naissance est nécessaire à la survie postnatale. Au total, ce travail met en exergue les rôles de BMP9 et de BMP10 dans les remodelages vasculaires périnataux lymphatiques et sanguins. / BMP9 (Bone Morphogenetic Protein 9) and BMP10 are two growth factors of the TGFβ family. They are both high affinity ligands for the receptor Alk1 (Activin receptor-like kinase 1), whose mutations are responsible of two vascular pathologies: Rendu-Osler disease and Pulmonary arterial hypertension. BMP10 invalidation has been described as embryonically lethal due to serious cardiac defects. BMP9 has been revealed as circulating vascular quiescence factor, but its inactivation has not been described before. In this context, the aim of my thesis was to evaluate the respective roles of BMP9 and BMP10 in vascular remodeling. We used Bmp9-KO mice for this purpose, which were provide by S-J Lee's team from Baltimore (USA). Although these mice are viable and fertile, we showed that they displayed abnormal lymphatic vessels characterized by vessel enlargement and reduction in number of valves, leading to a decreased lymphatic draining efficiency. Consistent with these data, we showed that BMP9 regulates expression of several genes known to be involved in lymphatic development. In contrast, BMP9 loss-of-function didn't affect blood vessels. We demonstrated that this was due to BMP9 and BMP10 redundancy, as BM10 neutralization in Bmp9-KO pups led to a dramatic decrease in retinal vascular expansion. These pups also display an abnormal closure of their ductus arteriosus. This vessel diverts blood away from the non-functional lungs during fetal life and its closure is essential for postnatal survival. Taken together, our results underlie the implication of BMP9 and BMP10 in lymphatic and blood postnatal vascular remodeling.

Ce mémoire de maîtrise porte sur le développement d’un système d’administration de microaiguilles pour livrer des sondes et des capteurs fluorescents dans le contexte du diagnostic et de la surveillance des soins de santé. Bien que parfois négligés en faveur des soins de santé axés sur le traitement, le diagnostic précoce de la maladie et la surveillance préventive des paramètres biologiques peuvent considérablement améliorer les résultats des soins de santé et joueront probablement un rôle plus important dans les années à venir. Cependant, il reste des obstacles importants à cette approche, à savoir le caractère relativement invasif et perturbateur des analyses biologiques. La nécessité de se rendre dans une clinique et de subir un prélèvement de sang (ou de liquide biologique) invasif présente des inconvénients importants par rapport aux traitements classiques, qui consistent souvent de médicaments pouvant être pris à domicile sans douleur. Une solution à ces problèmes réside dans la mise au point de systèmes minimalement invasifs de diagnostic et de suivi médical, idéalement ceux qui peuvent être utilisés à domicile sans nécessiter de personnel qualifié. À cet égard, les microaiguilles sont une technologie au potentiel énorme, car leur petite taille les rend peu invasives et pratiquement indolores, et leur nature simple à usage unique permet potentiellement une administration à domicile par le patient. Particulièrement prometteuses pour les applications de diagnostic et de surveillance sont les microaiguilles en polymère soluble; fabriquées à partir de polymères synthétiques ou biologiques injectables, ces microaiguilles sont solubilisées après la perforation de la peau, libérant ainsi les composés qu’elles contiennent. Bien que prévu initialement pour la livraison d'agents thérapeutiques, en utilisant ces microaiguilles pour livrer des molécules fluorescentes spécifiquement conçues, il est possible de créer un tatouage médical de diagnostic affichant un signal fluorescent précis. En associant cette technologie à un détecteur de fluorescence portable, la surveillance en temps réel d’un large éventail de paramètres biologiques pourrait devenir accessible en dehors du contexte clinique. Afin de fournir un contexte pour le développement de cette technologie, cette mémoire commence par une revue des principes et des avancées majeures récentes dans le domaine des applications diagnostiques des microaiguilles (Chapitre 1). Par la suite, un tatouage par microaiguille est présenté sous la forme d'un capteur de ROS délivré sur la peau, avec des implications diagnostiques pour le vieillissement et la carcinogenèse de la peau liés aux UV, ainsi que pour des affections inflammatoires telles que le psoriasis, comme validation de concept (Chapitre 2). En outre, un autre tatouage par microaiguille est introduit, consistant d’un capteur spécialement adapté ciblant le système lymphatique, permettant la quantification en temps réel du drainage lymphatique, avec des implications pour la détection précoce de plusieurs affections, notamment le lymphœdème (Chapitre 3). / This Master’s thesis concerns the development of a microneedle (MN) delivery system for fluorescent dyes and sensors in the context of diagnostics and healthcare monitoring. While sometimes overlooked in favor of treatment-focused healthcare, early disease diagnosis and preventative monitoring of biological parameters can meaningfully improve healthcare outcomes and will likely play a greater role in coming years. However, significant obstacles to this approach remain, namely the relatively invasive and disruptive nature of biological analyses. The need to travel to a clinic and undergo invasive blood (or biological fluid) sampling presents significant inconveniences relative to common treatments, often consisting of medications that can be taken painlessly at home. A solution to these problems lies in the development of minimally invasive systems for diagnostics and healthcare monitoring, ideally ones which can be used at home without the need for trained personnel. In this regard, MNs are a technology with tremendous potential, as their small size renders them minimally invasive and virtually painless, and their simple, single-use nature potentially allows for at-home administration by the patient. Showing particular promise for diagnostic and monitoring applications are dissolving polymeric MNs; made from injectable synthetic or biological polymers, these MNs are solubilized after breaching the skin, releasing any compound contained within. Though initially envisioned for the delivery of therapeutic agents, by using these MNs to deliver specifically designed fluorescent molecules, it is possible to create a diagnostic medical tattoo displaying a precise fluorescent signal. By pairing this technology with a portable fluorescence detector, real-time monitoring of a wide range of biological parameters could become accessible outside of a clinical setting. To provide context for the development of this technology, this thesis begins with a review of the principles and major recent advances in the field of diagnostic applications of MNs (Chapter 1). Subsequently, a proof-of-concept MN tattoo is introduced in the form of a ROS-sensor delivered to the skin, with diagnostic implications for UV-related skin aging and carcinogenesis, as well as inflammatory conditions such as psoriasis (Chapter 2). Further, another MN tattoo is introduced, consisting of a specifically tailored sensor targeting the lymphatic system, allowing the real-time quantification of lymphatic drainage, with implications in the early detection of several conditions, including lymphedema (Chapter 3).

Cette thèse de doctorat concerne le développement et la caractérisation d’une plateforme de microaiguilles (MNs) pour la livraison de microtatouages fluorescents fonctionnels pour la surveillance de santé à domicile. Ceci est présenté dans le contexte d’un intérêt croissant pour les systèmes de surveillance de la santé à distance et de précision, mis en évidence par la littérature scientifique et par la popularité des produits commerciales comme les Fitbits et les moniteurs de glucose en continu (CGMs). Si ces dispositifs offrent un accès sans précédent à des informations sur la santé en temps réel, ils mettent aussi en évidence le fossé qui existe entre les paramètres de santé faciles à surveiller et ceux qui ont une utilité clinique. Les Fitbits, bien qu’entièrement non invasifs, sont limités en termes de surveillance. Les CGMs peuvent fournir des mesures précises de la glycémie en temps réel, mais ils nécessitent le port permanent d’un lecteur implanté. Un système idéal combinerait la nature non-invasive d’un Fitbit avec la précision et l’utilité d’un CGM. Au coeur de ce problème est la peau; la majorité des informations intéressantes sur la santé ne sont accessibles qu’en franchissant cette barrière, ce qui nécessite généralement une prise de sang, qui peut être douloureuse, limitée à un environnement clinique et nécessitant un personnel qualifié. Les MNs — aiguilles miniatures capables de traverser sans douleur la couche externe de la peau — offrent la possibilité de contourner ce problème. En particulier, les MNs en polymères solubles sont simples à fabriquer, faciles à utiliser pour les patients et ne génèrent pas de déchets dangereux, ce qui les rend idéaux pour l’utilisation à domicile. En utilisant ces MNs pour livrer des capteurs fluorescents — formant un microtatouage fonctionnel dans la peau — il est possible de surveiller beaucoup d’informations de santé de manière non invasive. Avec un lecteur de fluorescence portable, cette technologie pourrait améliorer de manière significative l’accessibilité des informations de santé à domicile. Afin de mettre cette technologie en contexte, cette thèse commence par un article de perspective décrivant les développements récents et les tendances dans le domaine des MN polymères pour les applications diagnostiques (Chapitre 1). Il est suivi d’une série d’articles décrivant le développement et les essais itératifs de la technologie du microtatouage. Le premier iv article porte sur l’administration d’un colorant fluorescent inerte pour le suivi du drainage lymphatique dans le contexte de la surveillance du lymphoedème (Chapitre 2). Il est suivi d’un article décrivant un microtatouage fonctionnel pour surveiller les espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans le contexte de l’inflammation dermique (Chapitre 3), suivi par l’utilisation de ce microtatouage pour caractériser et étudier une réponse inflammatoire médiée par les neutrophiles dans la peau (Chapitre 4). Le chapitre suivant s’éloigne des applications du microtatouage pour discuter une nouvelle méthodologie de synthèse organique qui servira à faciliter le développement et la synthèse de nouveaux capteurs fluorescents à utiliser dans les microtatouages (Chapitre 5). Enfin, la dernière partie de la thèse décrit la progression vers le développement d’un microtatouage pour le marquage continu et réversible de la peau, utilisant le pH dermique comme modèle (Chapitre 6). / This PhD thesis concerns the development and characterization of a microneedle (MN)-based platform for the delivery of functional fluorescent microtattoos for at-home or point-of-care diagnostics and monitoring. This topic is positioned within the context of increasing interest in remote and precision health monitoring systems, as evidenced by both a growing body of scientific literature and the rise in popularity of consumer health monitoring products such as Fitbits and continuous glucose monitors (CGMs). While such devices offer unprecedented access to real-time health information, they also serve to highlight a gap that exists between health parameters that are easy to monitor, and those that are of clinical utility. Fitbits, though entirely non-invasive, are extremely limited in terms of what they can monitor. CGMs can provide accurate real-time blood glucose measurements, but they require continuously wearing an implanted sensor. An ideal system would combine the non-invasive nature of a Fitbit with the precision and utility of a CGM. At the heart of this issue is the skin; the majority of interesting health information can only be accessed by breaching this barrier, and this generally requires blood sampling, which can be painful, is limited to a clinical setting, and requires trained personnel to conduct. MNs — miniature needles able to painlessly cross the skin’s outer layer — offer the opportunity to circumvent this issue. To this end, there has been growing interest in using MNs for diagnostic applications. In particular, dissolving polymeric MNs are simple to manufacture, easy for patients to use, and generate no hazardous waste, rendering them ideal for at-home or point-of-care use. By using these MNs to deliver specifically designed fluorescent sensors — forming a functional microtattoo within the skin — it is possible to monitor a wide range of health information in a non-invasive manner. Paired with a portable or wearable fluorescence reader, this technology could meaningfully improve the accessibility of health information from home. To provide context for this technology, this thesis begins with a perspective article outlining recent developments and trends in the field of polymeric MNs for diagnostic applications (Chapter 1). This is followed by a series of articles outlining the iterative development and testing of microtattoo technology. The first involves the delivery of an inert fluorescent dye for tracking lymphatic drainage in the context of lymphedema monitoring (Chapter 2). This is followed by an article outlining a functional microtattoo for monitoring reactive oxygen species (ROS) in the vi context of dermal inflammation (Chapter 3), followed by the use of this microtattoo to characterize and study a neutrophil-mediated inflammatory response in the skin (Chapter 4). The next chapter digresses from the applications of microtattoo technology to discuss a novel organic synthesis methodology that will serve to facilitate the development and synthesis of novel fluorescent sensors for use in microtattoos (Chapter 5). Finally, the last part of the thesis outlines the progression towards the development of a microtattoo for the continuous and reversible monitoring of physiological data, using dermal pH as a model analyte (Chapter 6).

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Les plaquettes sont essentielles au développement lymphatique dès l’embryogenèse et maintiennent la séparation lympho-sanguine au cours de la vie. Elles participent directement à la lymphangiogenèse et à la réparation des vaisseaux en plus d’améliorer l’intégrité lymphatique in vitro. En présence d’apolipoprotéine A-I (apoA-I), les plaquettes consolident les connexions intercellulaires en adhérant à l’endothélium lymphatique. Toutefois, les plaquettes sont absentes de la lymphe, contrairement à leurs vésicules extracellulaires (pEVs) exprimant un protéome similaire. De plus, leur concentration dans la lymphe s’accentue en condition d’inflammation chronique, par exemple lors de l’athérosclérose. En ayant caractérisé les effets de ces vésicules sur l’intégrité lymphatique durant ma maîtrise, nous montrons que les pEVs sont rapidement internalisées par les LECs et aident à préserver l’intégrité lymphatique des effets délétères des constituants de la lymphe tels que les EVs dérivées des globules rouges (rbEVs). In vitro, des concentrations physiologiques de pEVs limitent la production d’espèces réactives d’oxygène (ROS) et diminuent la nécrose des cellules. Comme les pEVs injectées dans le derme de la peau sont prises en charge par les cellules endothéliales des vaisseaux lymphatiques collecteurs et qu’elles voyagent jusqu’aux ganglions afférents, nous croyons qu’une partie des pEVs circulantes dans la lymphe serait cruciale pour le maintien d’une fonction lymphatique adéquate lors de maladies chroniques inflammatoires telles que l’athérosclérose. / Platelets have a protective role in lymphatic function both at the embryogenic stage and throughout life by maintaining blood-lymphatic separation. In addition, platelets enhance the integrity of lymphatic endothelial cells (LECs) in vitro and appear to exert a shielding effect on the lymphatic endothelium by consolidating the connexion between lymphatic endothelial cells when incubated with apolipoprotein A-I (apoA-I). Whereas platelets are absent from lymph, platelet extracellular vesicles (pEVs) are abundantly circulating within lymphatic vessels, and their level increases during chronic inflammation such as atherosclerosis. Having characterized their effect on lymphatic integrity during my Master internship, we show that pEVs are rapidly internalized by LECs, which in turn help preserve the integrity of the lymphatic endothelium when harmful blood constituent such as red blood cell EVs (rbEVs) are infiltrating lymph. In vitro, physiological concentrations of pEVs are limiting the production of reactive oxygen species (ROS) by lymphatic endothelial cells and decreasing their necrosis rate. Furthermore, pEVs injected in the skin interstitium travel through the collecting lymphatics and are rapidly internalized by LECs, which in turn might help preserve the integrity of the lymphatic endothelium. Lymph pEVs might be critical for the maintenance of a proper lymphatic function during chronic inflammatory settings such as atherosclerosis.