Cette thèse présente une approche originale du procédé de distillation membranaire avec balayage gazeux pour la concentration des solutions thermosensibles (SGMD). Pour ce faire, un nouveau contacteur membranaire avec des fibres creuses métalliques a été conçu afin réaliser le procédé de distillation à basse température. La chaleur nécessaire au procédé est produite au niveau des fibres par effet Joule, plutôt qu'à partir de chaleur latente de la phase aqueuse. La génération localisée de la chaleur a comme conséquence une réduction du phénomène de polarisation de la température. Des fibres creuses en acier inoxydable ont été synthétisées avec les propriétés structurales appropriées et une bonne résistance mécanique. La surface des pores des fibres a été rendue hydrophobe par le dépôt d'une fine couche d'un élastomère. En outre, une nouvelle méthode « verte » a été développée pour fabriquer des fibres creuses en alumine et acier inoxydable. Cette méthode est basée sur la gélification ionique des bio-polymères et ne n'utilise pas des solvants nocifs. L'étude expérimentale détaillée du SGMD a permis de déterminer l'influence de différents paramètres opérationnels sur les performances du procédé. Il a été démontré que l'effet Joule permet d'améliorer le flux et l'efficacité de la séparation non seulement pour le SGMD mais aussi pour la pervaporation. / This thesis presents an original approach for the concentration of thermo-sensitive solutions: the Sweep Gas Membrane Distillation (SGMD) process. A new membrane contactor with metallic hollow fibers has been designed and allows the distillation process to be operational at low temperature. Heat is generated in the fibers by the Joule effect, rather than being supplied as latent heat in the liquid bulk. The localized generation of heat results in a reduction of temperature polarization phenomena. The stainless-steel hollow fiber membranes have been synthetized with appropriate structural properties and sufficient mechanical strength. The pore surface of the fibers has been made hydrophobic by the deposition of a thin layer of an elastomer. Moreover, a novel and green method is presented to fabricate alumina and stainless-steel hollow fibers. This method is based on ionic gelation of a biopolymer and completely avoids the use of harmful solvents. By a detailed experimental study of the SGMD the influence of different operational parameters on the process performance has been investigated. The improvements in the flux and the separation efficiency using Joule effect have been successfully demonstrated, even in the case of pervaporation.

Le réflexe de l’oreille moyenne (ROM) diminue l’énergie acoustique portée par les bruits riches en basses fréquences et de fortes intensités qui pénètrent dans la cochlée. Son déclenchement bilatéral permet ainsi de protéger la cochlée. La perturbation de ce réflexe par des solvants peut accroître les effets cochléo-traumatisants du bruit, notamment chez les salariés du secteur industriel, où bruit et solvant sont souvent associés. L’objectif principal de ces travaux était d’élaborer un test de criblage capable d’identifier les substances volatiles susceptibles de modifier le réflexe. De plus, le choix des solvants nous a permis d’étudier le mode d’action des solvants sur les neurones impliqués dans l’arc réflexe. Pour cela, des rats Brown Norway anesthésiés ont été exposés par inhalation aux solvants aromatiques choisis selon leur lipophilie (log Kow) et/ou selon leur structure. L’amplitude du ROM a été déterminée grâce à la mesure de l’intensité du produit de distorsion acoustique. Les résultats montrent que les effets des solvants sur le ROM sont conditionnés par les paramètres stéréospécifiques des molécules et non par leur lipophilie. Par ailleurs, l’analyse RMN des microsomes de cerveaux de rats confirme que le toluène n’influence pas la fluidité membranaire. En conclusion, le ROM est un bon outil pour détecter des substances dangereuses pour l’audition en cas de co-exposition avec du bruit. De plus, nous pouvons dire que les solvants aromatiques ont une action neuropharmacologique et/ou cochléotoxique qui peuvent retentir de façon distincte sur l’audition des sujets co-exposés au bruit et à des solvants. / The middle-ear reflex (MER) reduces acoustic energy carried by the high intensity noises rich in low frequencies at entering the cochlea. His bilateral trigger thus protects the cochlea. Disruption of this reflex by solvents can increase cochleo-traumatic effects of noise, especially among industrial workers, where noise and solvent are often associated. The main objective of this work was to develop a screening test capable of identifying the volatile substances that could modify the reflex. Moreover, the choice of solvents allowed us to study the mode of action of solvents on the neurons involved in the reflex circuit. For this purpose, Brown Norway rats were anesthetized and then exposed to aromatic solvents selected according to their lipophilicity (log Kow) and/or their structure. The amplitude of the MER is determined by measuring cubic distortion product oto-acoustic emissions. For that, aromatic solvents appear to act directly on the neuronal targets involved in the acoustic reflex circuit, rather than on membrane fluidity. The affinity of this interaction is determined by stereospecific parameters rather than lipophilocity. Additionally, NMR spectra for brain microsomes confirmed that brain lipid fluidity was unaffected by toluene exposure. In conclusion, the MER can be used to detect hazardous volatiles substances for the hearing when co-exposed to noise. Moreover, this study revealed that aromatic solvents have a neuropharmacological and/or cochleotoxic action that can act separately on the hearing of workers exposed to noise and solvents simultaneously.

La fraîcheur est un paramètre clé de la qualité du poisson. Les méthodes actuelles appliquées en routine pour déterminer la fraîcheur du poisson ne sont pas applicables à toutes les espèces et reflètent davantage un début d'altération du produit. Ainsi, la recherche d'indicateurs précoces de fraîcheur du poisson représente encore un défi majeur et d'actualité dans l'industrie de la pêche. Le but de ces travaux de thèse était de démontrer que les fonctions et l'intégrité mitochondriales étaient susceptibles de constituer des indicateurs précoces de la fraîcheur de filets de poisson. En effet, la mitochondrie est la "centrale" énergétique de la cellule eucaryote et joue un rôle clef dans les mécanismes de mort cellulaire tels que l'apoptose et la nécrose. Les fonctions et l'intégrité mitochondriales de cellules musculaires de filets de poisson ont été étudiées à différents temps de conservation post mortem à 4°C. Le modèle d'étude était la daurade royale (Sparus aurata) (lignée cellulaire de fibroblastes (SAF-1) et muscles de poisson). Dans un premier temps, la structure des mitochondries de poisson a été étudiée par microscopie électronique à transmission. De nombreuses dégradations de la structure des mitochondries ont été observées dans les filets à partir de 72 heures (J3) de conservation à 4°C. Ces altérations se sont accentuées à J4 et J6. La fonctionnalité des mitochondries a ensuite été évaluée selon deux approches : la respiration mitochondriale (oxygraphie) et le potentiel membranaire mitochondrial (ΔΨₘ) estimé avec la sonde fluorescente Rhodamine 123. A partir de 96 heures de conservation à 4°C (J4), ces deux paramètres ont été significativement impactés témoignant d'une altération des fonctions et de l'intégrité mitochondriales.Ces résultats sont ainsi en corrélation avec l'altération structurale observée par microscopie. En parallèle, une méthode d'évaluation du potentiel membranaire a été développée avec un fluorimètre à microvolume à partir d'un modèle bactérien puis de mitochondries isolées. Ces travaux de thèse ont démontré que l'étude des fonctionnalités mitochondriales constitue un marqueur fiable et précoce de la fraîcheur des filets de poisson. Des connaissances supplémentaires sur les mécanismes cellulaires post mortem ont également été apportées. Ces résultats constituent ainsi le point de départ pour le développement d'un kit d'évaluation de la fraîcheur et ouvrent la voie pour la recherche de marqueurs de fraîcheur et de congélation/décongélation basés sur les fonctionnalités et intégrité mitochondriales. / Freshness is a key parameter of fish quality. Current routine techniques to determine fish freshness are not applicable to all species and reflect a late stage of alteration. Thus, research on early indicators of fish freshness still represents a major and topical challenge in fishing industry. This PhD research project aimed to demonstrate that mitochondrial functions and integrity constitute early indicators of fish fillet freshness. Mitochondria are the powerhouse of the cell and play a central role in cell death mecanisms such as apoptosis and necrosis. Mitochondrial function and integrity in fish filet muscle cells were studied at different times of storage post mortem at 4°C. The species studied as a model was the gilthead seabream (Sparus aurata) (gilthead seabream fibroblast cell line (SAF-1) and fish fillets). Firstly, the structure of fish mitochondria was studied by transmission electron microscopy. Numerous mitochondrial structural alterations have been observed in fish fillet from 72 hours (D3) of storage at 4°C. These alterations were more pronounced at D4 and D6. Then, mitochondrial functionality was assessed with two approaches: mitochondrial respiration (oxygraphy) and mitochondrial membrane potential (ΔΨₘ) estimated with the fluorescent probe Rh123. From 96 hours of storage at 4°C (D4), these two parameters were significantly disrupted demonstrating the alteration of mitochondrial function and integrity. The results are in correlation with the mitochondrial structural alterations described by microscopy. In parallel, a method of mitochondrial membrane potential evaluation has been developed with a micro-volume fluorimeter, first using bacteria and then isolated mitochondria. This work demonstrated that the mitochondrial functionality study constitutes a reliable and early fish filet freshness indicator. Additional knowledge on cell mechanisms in post mortem condition has been brought. These results constitute the starting point for the development of a fish freshness assay kit and pave the way to research on others freshness and freeze-thawing indicators based on mitochondrial integrity and functionality.

Le développement de différentes formes colloïdales pour la thérapie et le diagnostic médical ultrasonore connait un intérêt croissant depuis de nombreuses années. En particulier, les microbulles de perfluorocarbone (PFC) sont des agents de contraste intéressants, car le gaz est un puissant réflecteur des ultrasons. Plus récemment, les gouttelettes de PFC ont été proposées pour de nouvelles applications acoustiques. Suite à une impulsion acoustique, les ultrasons induisent un changement de phase de l’état liquide à l’état gazeux. Ce phénomène est appelé la vaporisation acoustique de gouttelettes. Parallèlement à l’étude de nouvelles applications, le développement de nouvelles techniques de préparation offrant un meilleur contrôle lors de la production, reste un enjeu primordial. Ainsi, de nouvelles méthodes de préparation basées sur des dispositifs membranaires semblent être particulièrement intéressantes. L’objectif de la thèse porte donc sur le développement de nouvelles techniques à membrane pour la formulation de microbulles et de microgouttelettes de taille contrôlée pour des applications en imagerie et thérapie ultrasonore. Dans ce travail, l’émulsification membranaire directe avec un module membranaire de type cross-flow a été utilisé pour la préparation de microbulles stabilisées par des tensioactifs solubles, tandis qu’un module de type microkit a permis l’obtention de microbulles stabilisées par des phospholipides. Dans un second temps, l’émulsification membranaire par prémix a permis de formuler des microgouttelettes de PFC monodispersées. Pour les différentes formes colloïdales préparées, nous avons observé l’influence des paramètres du procédé (pression, débit et contrainte de cisaillement), des paramètres de formulation (molécules stabilisatrices, type de PFC de la phase dispersée) et des paramètres de la membrane (taille des pores) sur la formation des microbulles/ microgouttelettes. Par la suite, la caractérisation acoustique des microbulles/microgouttelettes a montré que ces systèmes présentent les propriétés nécessaires pour être utilisés comme agents de contraste ultrasonores / The development of various colloidal forms for therapy and diagnosis in ultrasound medical present a great interest for many years. In particular, microbubbles of perfluorocarbon (PFC) are interesting as contrast agents because the gas is a high ultrasound reflector. More recently, PFC droplets have been proposed for news acoustic applications. Indeed, after an acoustic pulse, the ultrasound waves induce a phase change from the liquid state to the gaseous state. This phenomenon is called the acoustic vaporization of droplets. In parallel with the study of new applications, the development of new process offering a better control during production, remains a key issue.Thus, the preparation using news methods based on membrane devices seem to be particularly interesting. The aim of the thesis is the development of new membrane process for the formulation of microbubbles and droplets with a size controlled for ultrasound applications in imaging and therapy. In this work, the direct membrane emulsification with a cross-flow membrane module was used for the preparation of microbubbles stabilized by soluble surfactants, while a microkit module allowed to obtain microbubbles stabilized by phospholipids. In a second step, the membrane emulsification by premix allowed to formulate monodispersed droplets of PFC. For the various colloidal forms prepared, we observed the influence of the process parameters (pressure, flow rate and shear stress), the formulation parameters (surfactants, type of PFC of the dispersed phase) and the membrane parameters (pore size) on the formation of microbubbles/droplets. Subsequently, the acoustic characterization of microbubbles/droplets has shown that these systems have the properties to be used as ultrasonic contrast agents

Les nanoémulsions sont des formulations intéressantes pour des applications telles que les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et les produits alimentaires. Elles peuvent être produites par des techniques à basse ou haute énergie. Dans ce travail, un procédé impliquant une pression modérée, l'émulsification membranaire par prémix a été proposé comme alternative. Des nanoémulsions huile-dans-eau (H/E) et eau-dans-huile (E/H) ont été produites avec une installation à l'échelle pilote composée d'un pousse-seringue à haute pression et d'une membrane Shirasu Porous Glass (SPG). Tout d'abord, l'influence des nombreux paramètres de procédé et de composition sur la taille des gouttelettes et la pression résultante a été étudiée avec des compositions modèles afin d'optimiser la production. Ainsi, des nanoémulsions H/E d'environ 260 nm et E/H d'environ 600 nm ont été produites avec succès. Puis, le montage a été utilisé pour produire des nanoémulsions de compositions spécifiques, des nanoémulsions H/E et E/H stabilisées avec des tensioactifs polypeptidiques et une nanoémulsion H/E adaptée à l'injection. Enfin, le procédé développé a été comparé à deux procédés à haute énergie traditionnels, le microfludiseur et les ultrasons en termes de taille des gouttelettes et de conservation d'actifs. Aucune différence entre les procédés n'a été observée en ce qui concerne la préservation de l'acif choisi. Cependant, en ce qui concerne la taille, les nanoémulsions produites par les membranes ont présenté des gouttelettes monodisperses de 335 nm par rapport aux autres procédés qui ont produit des nanoémulsions d'environ 150 nm de taille moyenne mais contenant aussi des gouttelettes de taille micrométrique détectées par diffraction laser et microscopie optique. Pour cette raison, les nanoémulsions produites par procédé membranaire conviennent également pour des applications parentérales sans étape de filtration supplémentaire / Nanoemulsions are interesting carriers for applications such as cosmetics, pharmaceutical and food. They are produced usually by low or high energy techniques. In this work, a process involving moderate pressure, premix membrane emulsification (PME) was proposed as an alternative. Oil-in-water (O/W) and water-in-oil (W/O) nanoemulsions were produced with a pilot scale set-up composed of a controlled high pressure syringe pump and Shirasu Porous Glass (SPG) membrane. First, the influence of process and composition parameters on droplet sizes and pressures was extensively studied with model compositions to optimize the production. Thus, nanoemulsions down to 260 nm for O/W and around 600 nm for W/O were successfully produced. Then, the set-up was used to produce nanoemulsions of specific compositions: O/W and W/O nanoemulsions stabilized with polypeptidic surfactants and O/W nanoemulsions suitable for injection. Finally, the set-up developed was compared to two traditional high energy processes, microfludizer and ultrasound in terms of droplet size and active preservation. No real difference between the three processes was seen on active preservation with the model active chosen. However, regarding droplet size, PME produced monodispersed droplets of 335 nm compared to the other processes which produced nanoemulsions of around 150 nm but with the presence of micron size droplets detected by laser diffraction and optical microscopy. Therefore, PME nanoemulsions are also suitable for parenterals applications with no additional filtration step required

L'emploi des agents antibactériens est un moyen important d'une part dans la lutte contre les infections bactériennes et d'autre part pour conserver les produits alimentaires jusqu'à leur consommation. La perte d'efficacité des antibiotiques par le développement de résistance bactérienne ainsi que la toxicité des conservateurs synthétiques rend nécessaire le développement de nouveaux produits antibactériens naturels. Les protéines et les peptides antibactériens agissant sur les membranes bactériennes paraissent une alternative pour limiter l'instauration de résistances bactériennes. L'ovotransferrine est une protéine du blanc d'œuf ayant des propriétés membranotropes responsable entre autre de son activité antibactérienne. L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes membranotropes de l'ovotransferrine vis-à-vis des membranes externe et cytoplasmique d'E. coli en utilisant respectivement des monocouches de LPS (lipopolysaccharides) et de phospholipides comme modèles membranaires expérimentales. L'ovotransferrine possède une capacité d'insertion dans la monocouche de LPS qui dépend de la concentration protéique, de la compacité de la monocouche et de la conformation des molécules de LPS. L'ovotransferrine s'adsorbe faiblement à la monocouche de phospholipides. Ainsi, les monocouches sont perturbées par la désorganisation des lipides. L'analyse comparative de l'ovotransferrine chauffée à sec avec la forme native a montré la conservation des structures secondaire et tertiaire avec une augmentation de l'hydrophobie de surface et probablement de la flexibilité et une affinité plus élevée aux interfaces hydrophiles/hydrophobes (eau/air). L'activité membranaire de l'ovotransferrine est accrue après son chauffage à sec. La capacité d'insertion dans la monocouche de LPS est amplifiée avec une affinité plus importante. Une capacité d'insertion dans la monocouche de phospholipides est générée pour la forme chauffée à sec associée à une adsorption plus élevée. L'ovotransferrine chauffée à sec induit des perturbations plus importantes des monocouches à des concentrations protéiques plus faibles. / The use of antibacterial agents is very important, firstly, on the fight against bacterial infections, and secondly, to keep food products until its consumption. The loss of antibiotics effectiveness through the development of bacterial resistance and the toxicity of synthetic preservatives necessitates the development of new natural antibacterial products. Antibacterial proteins and peptides acting on the bacterial membranes appear as an alternative to limit the introduction of bacterial resistances. Ovotransferrin is an egg-white protein with membranotropic properties responsible among other things for its antibacterial activity. The aim of this thesis is to study the membranotropic mechanisms of ovotransferrin towards the outer and cytoplasmic membranes of E. coli using respectively monolayers of LPS (lipopolysaccharides) and phospholipids as experimental membrane models. Ovotransferrin has an insertion capacity in LPS monolayer that is dependent on protein concentration, monolayer compactness, and LPS molecule conformation. Ovotransferrin weakly adsorbs to the monolayer of phospholipids. Thus, the monolayers are disturbed by the disorganization of the lipids. Comparative analysis of dry-heated ovotransferrin with the native form showed conservation of secondary and tertiary structures with an increase of surface hydrophobicity and probably of flexibility and higher affinity to hydrophilic/hydrophobic interfaces (water/air). The insertion capacity in the LPS monolayer is amplified with greater affinity. Insertion capacity in the phospholipid monolayer is generated for the dry heated form associated with higher adsorption. Dry-heated ovotransferrin induces greater disruption of monolayers at lower protein concentrations.

Lors de la dégustation d’un vin, les tannins sont responsables de deux propriétés gustatives, l’amertume et l’astringence, respectivement dues à des associations avec les protéines salivaires et les récepteurs au goût amer. Néanmoins, leurs intensités perçues en bouche vont dépendre de multiples facteurs, notamment la présence de molécules externes aux complexes tannin-protéine tel que les lipides, qu’ils soient situés au niveau des membranes buccales ou issus de l’alimentation. L’objectif de cette thèse a ainsi été d’examiner l’impact des lipides sur ces sensations organoleptiques. Pour ce faire, cette étude, réalisée principalement par RMN, s’est intéressée aux interactions tannin-lipide sur des modèles de membranes buccales et d’émulsions de gouttelettes lipidiques. Nous avons pu alors étudier l’interaction tannin-lipide en termes de localisation, d’affinité et de dynamique. Nos résultats montrent dans un premier temps une localisation du tannin à l’interface de tous les modèles utilisés. En outre, l’insertion de tannins au niveau des vésicules multilamellaires, modèle utilisé pour mimer les membranes buccales, entraîne une fluidification de ce système lipidique. Il a été montré que cet effet fluidifiant dépend de la structure du tannin, de la présence d’éthanol et de la teneur en cholestérol du système lipidique. Enfin, un protocole permettant d’obtenir les constantes d’associations tannin-lipide par RMN a été établi. Ces dernières se sont révélées du même ordre de grandeur que celles relatives aux interactions tannin-protéine salivaire. Ces résultats montrent que les lipides auraient une influence d’une part sur l’astringence via une compétition entre les interactions tannin-lipide et les interactions tannin-protéines salivaires et d’autre part sur l’amertume en perturbant la dynamique de la membrane, ce qui pourrait induire une perturbation des récepteurs gustatifs. / When tasting a wine, tannins are responsible of two gustative properties, bitterness and astringency, respectively due to association between tannins and salivary proteins or bitter receptors. However, perceived intensities depend on several factors, including the presence of external molecules such as lipids, either located in the buccal membranes or from food. The main objective of this thesis was to study the effect of lipids on these two organoleptic properties. For that, this study, carried out mainly by NMR, is interested in tannin-lipid interaction using several models of buccal membranes and lipid droplets. We have studied these interactions in terms of localization, affinity and dynamics. Our results show a localization of tannins at the interface of all studied lipid models. Then, the insertion of tannins in multilamellar vesicles, used to mimic buccal membranes, causes a fluidification effect on these systems. This effect depends on the structure of the tannin, the presence of ethanol and the cholesterol content of the lipid system. Finally, a protocol to determine the tannin-lipid association constants was developed. The latter have proved to be in the same order of magnitude as those for tannin-salivary protein interaction. These results show that lipids could have an influence on the one hand on astringency, due to the competition between tannin-lipid interaction and tannin-salivary protein interaction, and on the other hand on bitterness due to the disturbance of the buccal membrane dynamics, which could induce a disturbance of the gustative receptors.

La membrane plasmique est un assemblage supramoléculaire qui délimite la cellule. C’est une structure fine, complexe et dynamique assurant des fonctions multiples et vitales pour la cellule. Sa rupture est un évènement physiologique pour les cellules soumises à des stress mécaniques fréquents et/ou importants, comme les cellules épithéliales, les cellules endothéliales ou les cellules musculaires. Dans des conditions physiopathologiques, la membrane plasmique peut également être endommagée par l’insertion de toxines bactériennes formant des pores (PFTs, pour « pore forming toxins »). Le processus de réparation membranaire et la machinerie protéique associée sont encore mal connus. Connaître les partenaires protéiques et comprendre les mécanismes mis en jeu durant le processus de réparation de la membrane plasmique sont deux enjeux fondamentaux majeurs. En effet, il a été établi qu’une défaillance du processus de réparation membranaire pour les fibres musculaires est la cause principale de certaines dystrophies musculaires. La machinerie protéique de réparation comprend des protéines comme la dysferline, la cavéoline-3 et certaines Annexines (Anx). Les Anx appartiennent à une superfamille de protéines répandue chez la plupart des eucaryotes, qui ont la propriété commune de se lier aux membranes biologiques en présence de calcium (Ca2+). Certaines Anx, comme l’AnxA5, une fois liées aux membranes biologiques s’auto-assemblent spontanément en réseau-2D. Lors de ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de l’AnxA5 dans la réparation membranaire des trophoblastes placentaires et des cellules du muscle squelettique humain. Pour les deux types cellulaires, nous avons montré que l’AnxA5 est un acteur indispensable du processus de réparation membranaire dans le cas de ruptures mécaniques. En associant des approches de microscopie de fluorescence et de microscopie électronique à transmission (MET), nous avons mis en évidence que dans ces cellules, le mécanisme de réparation est principalement basé sur la formation d’un « patch » lipidique. Dans les cellules musculaires, les expériences de MET ont mis en évidence qu’un pool d’AnxA5 endogène se lie aux bords du site de rupture quelques secondes après la lésion du sarcolemme. Ceci suggère qu’après rupture de la membrane plasmique, l’augmentation locale de la concentration calcique intracellulaire provoque la liaison de l’AnxA5 spécifiquement aux bords de la région membranaire lésée où elle forme un réseau-2D. Le réseau-2D stabiliserait localement la membrane et préviendrait sa déchirure, induite par les forces de tensions exercées par le cytosquelette cortical. Nous avons également montré que l’AnxA5 ne semble pas impliquée dans la réparation de la membrane plasmique après insertion de PFTs. Ceci suggère que différents mécanismes de réparation existent et que leur mise en place dépend probablement du type ou de l’importance des dommages. Finalement nous avons étendu notre étude à des lignées cellulaires établies à partir de patients diagnostiqués comme souffrant de dystrophies des ceintures de type 2B (déficience en dysferline) et 1C (déficience en cavéoline-3), respectivement. Nous avons montré, pour ces lignées, que la déficience en dysferline ou cavéoline-3 provoque un défaut de réparation dans le cas des ruptures mécaniques de la membrane plasmique. Dans ces cellules musculaires pathologiques intactes ou endommagées, l’AnxA5 a le même comportement, ce qui suggère que l’action de l’AnxA5 est indépendante de ces protéines. A la différence des cellules déficientes en dysferline, nous avons observé que les cellules déficientes en cavéoline-3 sont capables de réparer efficacement des lésions créées par l’insertion de PFTs dans le sarcolemme. Ce résultat supporte l’hypothèse de l’existence de plusieurs mécanismes de réparation. En conclusion, ce travail montre que l’AnxA5 est un composant clé de la machinerie de réparation dans le cas des ruptures mécaniques. / Plasma membrane is the supramolecular assembly that delimits the cell. It is a thin, dynamic and complex structure, ensuring multiple and vital cell functions. Its disruption is a physiological event occurring in cells submitted to frequent mechanical stresses, such as endothelial cells, epithelial cells and muscle cells. It is also a physiological event for cells exposed to pore forming bacterial toxins (PFTs). Membrane repair mechanisms and associated protein machinery are still poorly understood. This knowledge is, however, essential for obvious physiopathological issues. Indeed, a defect of membrane repair in muscle cells leads to some muscular dystrophies. Membrane repair machinery includes proteins such as dysferlin, MG-53, caveolin-3 and some Annexins (Anx). Anx belong to a superfamily of proteins widely spread in most of eukaryotes, which share the property of binding to biological membranes in the presence of calcium (Ca2+). Here, we investigated the role of AnxA5 in cell membrane repair of human trophoblastic and skeletal muscle cells. We showed that AnxA5 is required for membrane repair of mechanical damages in the two cell types. By combining fluorescence and transmission electron microscopy approaches, we evidenced that membrane repair mechanism in these cells is based on the formation of a lipid “patch”. In human muscle cells, TEM experiments revealed that a pool of endogenous AnxA5 binds to the edges of the torn sarcolemma as soon as a few seconds after membrane disruption. Our results suggest the following mechanism: triggered by the local increase in Ca2+ concentration, AnxA5 molecules bind to PS exposed at the edges of the torn membrane, where they self-assemble into 2D arrays. The formation of 2D arrays strengthens the damaged sarcolemma, counteracts the tensions exerted by the cortical cytoskeleton and thus prevents the expansion of the tear. We showed also that a pool of endogenous AnxA5 binds to intracellular vesicles that obstruct the wounding site. It is likely these vesicles, once associated one to each other, ensure membrane resealing. Our results suggest that sarcolemma repair of damages caused by PFTs is independent of AnxA5. Therefore, different membrane repair mechanisms may exist, their occurrence probably depending on the type and/or the size of damages. Finally, we performed studies on muscle cells established from patients diagnosed with limb girdle muscular dystrophies type 2B (dysferlin-deficient) and 1C (caveolin-3-deficient), respectively. We found that dysferlin or caveolin-3 deficiency leads to a defect of membrane repair, in the case of mechanical damages. AnxA5 behaved similarly in these damaged cells and wild-type cells, suggesting that its function is independent of dysferlin or caveolin-3. Unlike dysferlin-deficient cells, damages created by PFTs are efficiently repaired in caveolin- 3-deficient cells. This result supports the hypothesis that different mechanisms occur in muscle cells, depending on the type of damage. In conclusion, this work indicates that AnxA5 is a key component of the membrane repair machinery, in the case of mechanical disruptions. Our results enable to propose a detailed mode of action for AnxA5.

La présente étude a été consacrée à l'étude du potentiel du PDMS pour l'élaboration d'un procédé de séparation membranaire à sélectivité variable et contrôlée. La nanofiltration se base une théorie relativement jeune. Les mécanismes impliqués dans les performances des membranes sont encore sujet à controverse au vu des données de la littérature. La caractérisation du gonflement solvo-dépendant du polymère, ainsi que de ses propriétés de compressibilité à l'état gonflé, ont permis de relier directement les propriétés de perméation et de tamisage moléculaire d'une membrane de PDMS à son état physico-chimique. L'étude de l'influence des paramètres opératoires a dans un premier temps permis d'apporter des éléments de compréhension significatifs concernant les propriétés de perméation résultant de la variabilité de l'agencement structural et géométrique du réseau polymérique. Degré de gonflement, compressibilité de la membrane lorsque soumise à la pression transmembranaire, affinités solvant/membrane et viscosité du solvant ont été mise en avant pour décrire le flux de solvant à travers la membrane. Au vu des résultats, ce dernier résulterait davantage d'un transport de type hydraulique à travers les interstices du PDMS gonflé, qui se comporte analogiquement à un système poreux dans cet état. Les mécanismes de transport impliqués ont pu être confirmés et agrémentés au cours d'une étude de la rétention de molécules modèles : les polyéthylèneglycols. Il a alors été montré, via l'étude de leur rétention individuelle, la faisabilité d'un procédé membranaire dont les performances sont variables et peuvent être ciblés par un choix adéquat des conditions opératoires. Deux types majeures d'influences ont alors pu être soulignée : celles liées à la structure du système solvant/PDMS et celles attribuées aux propriétés physico-chimique de la solution à traiter, présentant des effets synergique pour certains d'entre eux. Après avoir démontré la flexibilité contrôlée des performances de filtration, l'application du système de NF a été concrétisée par l'étude de la purification et du fractionnement de peptides : une purification d'un milieu issu d'une synthèse par voie chimique (un hydrazynopeptide) et le fractionnement ciblé d'un hydrolysat de protéines en provenance de ressources agroalimentaires. Cette étude prospective a alors permis de conclure à de prometteuses capacités du système de NF pour la mise en oeuvre de séparations membranaire dont la sélectivité et la productivité peut être appréhendée et ciblée par des conditions opératoires adaptées / The present study aimed to study the ability to build an adaptative and controlled separation process using PDMS membranes for organic solvent nanofiltration (OSN). Despite the well understanding of mechanisms implied in the performances of nanofiltration in aqueous media, the ones conditioning OSN productivity and sieving properties remains unclear. The characterization of the PDMS swelling when put in contact with several solvent and submitted under pressure allowed for correlating the structural conformation of the PDMS membrane to its permeation properties. The study of the influence of different operating parameters on the solvent fluxes has brought significant insights in the understanding of permeation mechanisms. Swelling degree (SL), membrane compressibility under transmembrane pressure (TMP), solvent/membrane affinity and solvent viscosity were pointed out as major parameters governing the filtration through PDMS membranes. The results concluded on a molecular transport attributed to hydraulic transport through the swollen PDMS, which behavior in this state was similar to a porous material. The transport mechanisms were confirmed and deepened with a study of solute retention using homologous series of polyethylenglycols as « model » molecules. The results have shown the ability to build a separation process with targeted performances when using the appropriate operating conditions (TMP, SL, temperature...). Two main categories of impact were shown to condition the selectivity and the productivity of the membrane: the ones attributed to the polymer/solvent layout and the ones concerning the physico-chemical properties of the filtrated solution. Both categories have in addition presented synergetic effects on the process performances. After the demonstration of the ability to vary and control the sieving properties of the PDMS membranes, the nanofiltration system was applied to two concrete case studies: a purification of a hydrazynopeptide after its production via a chemical synthesis and a fractionation of a protein hydrolyzate originating from renewable resources. In both cases, the prospection of the PDMS ability in terms of targeted selectivity and productivity showed interesting results that confirmed a promising development of a separation process among the sieving properties can be regulated by the application of suitable operating conditions

Les ferments lactiques, d’une importance industrielle considérable, sont très largement commercialisés sous forme concentrée, congelée ou lyophilisée en vue de leur utilisation ultérieure dans les procédés industriels tels que les procédés de production de fromage. Cependant, les procédés de stabilisation (congélation et lyophilisation) engendrent différents stress qui peuvent conduire à de faibles taux de survie et des pertes de fonctionnalités des microorganismes. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à mieux comprendre l’incidence de l’état physiologique des cellules de L. lactis TOMSC161 au moment de la récolte sur leur tolérance à la lyophilisation et au stockage, et de développer des outils simples mais efficaces d’évaluation de l’état physiologique des cellules au cours de la fermentation pour les industriels. Dans une première partie, l’influence de différents paramètres de fermentation (température, pH et phase de croissance) sur la croissance et la résistance de L. lactis TOMSC161 à chaque étape du procédé de lyophilisation et au stockage a été étudiée. Alors que les performances de la souche ne sont pas dégradées après congélation, L. lactis s’est avéré sensible au séchage et au stockage à température ambiante. De plus, la température de fermentation et l’instant de récolte influencent la résistance au séchage de cette bactérie. Ainsi, les cellules de L. lactis TOMSC161 cultivées à 32 °C, pH 6,2 et récoltées tardivement (en phase stationnaire avancée) présentent une croissance optimale et la meilleure résistance à la lyophilisation et au stockage à 4 °C. Dans une seconde partie, une caractérisation approfondie de la membrane de L. lactis TOMSC161 aux niveaux biochimique et biophysique a été réalisée au cours de fermentations à différentes températures (22 et 30 °C) et a été mise en lien avec la résistance des ferments à la lyophilisation et au stockage. La cyclopropanation des acides gras insaturés de L. lactis TOMSC161 au cours de la fermentation est reliée à une rigidification de la membrane et permet d’améliorer la tolérance des cellules à la lyophilisation et au stockage. A l’inverse, la culture des cellules à une température inférieure à la température optimale de croissance induit une adaptation homéovisqueuse de la membrane, mise en évidence par la température de transition lipidique, mais n’a pas induite une amélioration de la résistance à ce procédé de préservation. Dans une troisième partie, la caractérisation de l’état physiologique des cellules de L. lactis TOMSC161 a été complétée au niveau du transcriptome, du protéome et de l’état d’oxydation cellulaire. Le procédé de lyophilisation provoque la formation d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) intracellulaires qui dégradent la performance des ferments au cours du stockage. Par ailleurs, l’état d’oxydation des cellules diminue au cours de la fermentation et est expliqué, en phase stationnaire, par un ralentissement du métabolisme énergétique aérobie et une induction des réponses au stress oxydatif. Cette « pré-adaptation » initiale des cellules de L. lactis TOMSC161 au cours de la fermentation permet, là encore, une amélioration de leur tolérance à la lyophilisation et au stockage par une limitation de l’accumulation de ROS lors de ce procédé de préservation. Ce travail se conclut par une vérification des fonctionnalités du ferment lyophilisé, dans les conditions de production optimisées lors de cette thèse, en fabrication fromagère. Malgré l’étape de lyophilisation, les propriétés technologiques de L. lactis TOMSC161 sont conservées, validant ainsi le travail d’optimisation réalisé. / Lactic acid bacteria, which have a significant industrial importance, are widely distributed in frozen or freeze-dried state for further use in industrial processes such as cheesemaking. However, stabilization processes (freezing or freeze-drying) causes different stresses which can lead to low survival rates and functionality losses of microorganisms. In this context, this thesis aimed at better understanding the impact of the physiological state of L. lactis TOMSC161 cells during fermentation on their freeze-drying and storage resistance, and at developing simple but efficient tools to evaluate the cells physiological state during fermentation for industrials.In the first part of this work, the influence of fermentation parameters (temperature, pH and harvesting time) on the growth and resistance of L. lactis TOMSC161 to each step of the freeze-drying process and storage has been investigated While the strain performance was not deteriorated after freezing, L. lactis was sensitive to the drying step and to ambient temperature storage. Moreover, the fermentation temperature and the harvesting time influenced the drying resistance of this bacterium. L. lactis TOMSC161 cells grown at 32 °C, pH 6.2 and harvested late (at late stationary phase) exhibited therefore both an optimal growth and the highest resistance to freeze-drying and storage at 4 °C. In the second part, a deep characterization of the L. lactis TOMSC161 membrane at a biochemical and biophysical level was analyzed during fermentation at different temperatures and was linked to the freeze-drying and storage resistance of starters. The cyclopropanation of unsaturated fatty acids of L. lactis TOMSC161 during fermentation was correlated with a membrane rigidification and allowed an improvement of the cell tolerance to freeze-drying and storage. Conversely, cultivating cells at lower fermentation temperature than the optimum growth temperature induced as expected a homeoviscous adaptation as evidenced by lowered lipid phase transition temperature but did not induce any improvement of resistance to this preservation process.In the third part, the physiological state characterization of L. lactis TOMSC161 cells was completed by investigating at the transcriptomic and proteomic levels as well as the cellular oxidation state. The results proved that the freeze-drying process caused intracellular reactive oxygen species (ROS) formation, responsible of degradation of the starter performance during storage at 25 °C. Furthermore, the cellular oxidation state decreased during fermentation and was explained, in the stationary phase, by a slowdown of the aerobic energy metabolism and the induction of oxidative stress responses. This initial “pre-adaptation” of L. lactis TOMSC161 during fermentation allowed improving their tolerance to freeze-drying and storage by a limitation of ROS accumulation through the whole preservation process.Finally, this work has been concluded by verifying the functionalities of starter freeze-dried in the optimized production conditions defined in this thesis during cheesemaking. Despite the freezedrying step, the technological properties of L. lactis TOMSC161 were preserved, thus validating the performed optimization.