Les vésicules extracellulaires (VE), incluant exosomes et microparticules (MP), vecteurs d’information biologique, peuvent moduler la fonction de cellules cibles. Une élévation du taux de VE circulantes est observée dans les pathologies cardiovasculaires dont l’obésité est l’un des facteurs de risque majeur. Cependant, il existe peu de données concernant la production de VE adipocytaires et leur capacité à moduler le métabolisme des adipocytes. Tout d’abord, nous avons caractérisé de manière morphologique et biochimique les MP et les exosomes adipocytaires. Nous montrons une production accrue de ces VE dans un contexte d’obésité murine. L’analyse protéomique des VE adipocytaires révèle un enrichissement spécifique des MP et des exosomes en protéines clé du métabolisme énergétique et de l’inflammation, respectivement. Dans une seconde partie, nous avons étudié l’effet de MP lymphocytaires portant le morphogène Hedgehog (MPHh+) sur la différenciation adipocytaire. A l’instar d’une activation classique de la voie de signalisation Hh, les MPHh+ inhibent l’adipogenèse. Bien que dépendant du récepteur Smoothened (Smo), cet effet inhibiteur est indépendant des facteurs de transcription Gli. Nous montrons que les MPHh+ activent un axe anti-adipogénique Smo/Lkb1/Ampk pouvant être stimulé par un nouvel agoniste de Smo, le GSA-10. Nos résultats démontrent, d’une part, la capacité des adipocytes à sécréter des VE, et d’autre part, le potentiel fonctionnel des MPHh+ à inhiber l’adipogenèse par une voie de signalisation Hhnon-canonique. Les VE pourraient contribuer aux dysfonctions métaboliques associées à l’obésité en véhiculant des messages métaboliques à l’échelle de l’organisme. / Extracellular vesicles (EV), including microparticles (MP) and exosomes, are able to modulate target cell function through exchange or transfer of biological material. Although EV are present in the blood of healthy individuals, an elevated quantity of circulating EV is associated with cardiovascular diseases, which obesity is a major cardiovascular risk factor. Nevertheless, few studies have reported the ability of adipocytes to release EV and their implication in adipose tissue metabolism. First of all, we could determine morphological and biochemical features of adipocyte-derived exosomes and MP through a combination of methods. We were able to demonstrate an increase in adipocyte EV production in a murine model of obesity. Proteomic analysis of adipocyte EV further revealed a specific enrichment of proteins crucial for glucose and lipid metabolism and related to inflammation in MP and exosomes respectively. We then evaluated the ability of lymphocytes-derived MP harboring the Sonic Hedgehog morphogen to control adipocyte differentiation. Activation of the Hedgehog canonical pathway inhibited adipogenesis, as did MPHh+. Surprisingly, although Smo dependent, inhibitory potential of such MP did not involve the Gli transcription factors. We show that MPHh+ inhibit adipocyte differentiation through a Smo/Lkb1/Ampk axis as does a new agonist of Smo, GSA-10. Our results demonstrate, on one hand, the ability of adipocyte to release EV and on the other hand, the capacity of MPHh+ to control adipogenesis through a non-canonical Hh signaling pathway. In conclusion, EV might contribute to obesity related metabolic dysfunctions through systemic regulation of metabolic pathways.

<p>Microparticles have been investigated not only as feedstock spherical or amorphous bulk materials used for shape molding, but also as agents that can perform work in the micron scale. The fabrication of microparticles with active properties of self-propulsion, self-assembly, and mobility with enhanced mechanical, thermal, and chemical properties is of particular interest for emerging technologies such as drug delivery, micro-robotics, micro energy generation/harvesting, and MEMS. Conventional fabrication methods can produce several complex particle shapes in one fabrication session or hundreds of spheroid shaped particles per second. Innovative techniques, as flow lithography, have demonstrated control over particle form and composition for continuous fabrication cycles. In recent years predefined shape polymer microparticles have been fabricated as well as ceramic microparticles through suspension processing with these set of techniques. Even though ceramic materials have been fabricated, there is still a strong need to increment the palette of available materials to be processed via flow lithography. We have pioneered the production of shaped ceramic microparticles by Stop-Flow Lithography (SFL) using preceramic polymers, providing control of particle size and shape in the range of 1 – 1000 μm. The principal arranged technique (SFL) combines aspects of PDMS-based microfluidics and photolithography for the continuous cyclable fabrication of microparticles with predefined shapes. The PDMS microchannel devices used were fabricated with vinyl film molds in a laminar hood avoiding the need for a cleanroom, procedure that reduced fabrication costs. After a fabrication session, the preceramic polymer microparticles were collected, washed, and dried before entering an inert atmosphere furnace for pyrolysis. Additionally, by treating the material initially as liquid polymer, special properties can be added by converting it into an emulsion or a suspension. Microparticles were functionalized by introducing porosity and magnetic nanoparticles in the preceramic polymer matrix. The porous characteristic of a particle leads to an increase in surface area, allowing the particle to be infiltrated with a catalyzer or act as a chemical/physical carrier, and the magnetic behavior of the particles allows a controllable trajectory with defined external magnetic fields. These two properties can be used to fabricate bifunctional microparticles to serve as drug carriers through human arteries and veins for drug delivery purposes. We successfully fabricated solid and functional ceramic microparticles in the 10 – 50 μm range with predefined shapes as hexagons, gears, triangles, and ovals. This system is an economical route to fabricate functional defined shape particles that can serve as microrobots to perform tasks in liquid media.</p>

Le choc septique est caractérisé par une intense activation cellulaire marquée par une génération excessive de microparticules (MPs), libérées dans l’espace extracellulaire suite à un remaniement de la membrane plasmique. Les MPs participeraient à la dysfonction cardiovasculaire et à la coagulopathie du choc septique. Nous avons exploré l’intérêt des MPs circulantes comme marqueurs pathogènes, en étudiant l’effet d’acides gras exogènes sur le remodelage de la membrane plasmique et la genèse des MPs, in-vitro dans un modèle de cellules en culture stimulées par une endotoxine et in vivo chez le rat septique. Nous avons ensuite caractérisé l’activation cellulaire du choc septique chez l’homme, en utilisant les MPs circulantes comme témoins de la dysfonction du compartiment vasculaire, puis montré la place des MPs comme cibles thérapeutiques potentielles au cours du choc septique, par leur modulation pharmacologique dans un modèle de choc septique chez le rat.Nous montrons ainsi l’intérêt des MPs comme un nouvel outil dans l’exploration de nouvelles pistes physiopathologiques du choc septique et comme cibles pharmacologiquement modulables à des fins éventuellement thérapeutiques. / Septic shock is characterized by an intense cell activation marked by an excessive generation of microparticles (MPs), released into the extracellular space after plasma membrane remodeling. MPs take part in cardiovascular dysfunction and coagulopathy of septic shock. We investigated the role of circulating MPs as pathogenic markers, by studying the effects of exogenous fatty acids on plasma membrane remodeling and MP generation, in vitro with cultured cells stimulated by an endotoxin and and in vivo in septic rats. We have then characterized the cellular activation of septic shock in humans, using circulating MPs as evidence of vascular dysfunction and shown the place of MPs as potential therapeutic targets, through their pharmacological modulation in a rat model of septic shock.We have therefore shown the interest of MPs as a new tool to explore septic shock pathophysiology and as therapeutic targets than can be pharmacologically modulated.

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Poly(3-hydroxybuttersäure-co-3-hydroxyvaleriansäure), PHBV, ist ein Copolyester, der auf biologischem Weg durch Bakterien herstellbar und ein steifes sowie relativ festes Polymer ist. Seine Biokompatibilität und biologische Abbaubarkeit weckt das Interesse für diverse Anwendungen in Pharmazie und Medizin. PHBV reagiert mit Abbau empfindlich auf zugleich thermische und mechanische Belastungen, was ein Problem für die Verarbeitung darstellt. Produkte aus PHBV aus einmal geschmolzenem und verarbeitetem Pulver sind hochkristallin. Daher ist das Material spröde. Ferner wirkt sich die hohe Kristallinität sowie eine große Änderung der Dichte beim Abkühlen der Schmelze nachteilig auf die Spinnbarkeit des Materials aus. Nach dem Passieren der Spinndüse ziehen sich die Spinnfäden zusammen, was die Gefahr eines Fadenrisses beim Spinnen erhöht. Aufgrund der relativ hohen Kristallinität des Materials und einer verzögerten Kristallisationskinetik bei gesponnenen Polymerfäden kommt es zur Nachkristallisation in einem erheblichen Ausmaß, die Fäden verkleben nach dem Aufwickeln auf den Galetten und reißen beim Abwickeln. Zur Behebung der Nachteile wurden Verarbeitungsbedingungen vor allem bei Schmelzspinnprozessen mit der Kolbenspinnanlage und bei Mischungsprozessen optimiert. Die Polymermischungen und ?verbundstoffe enthalten kugelförmige Mikropartikel verschiedener Morphologie, die zuvor synthetisiert und charakterisiert wurden. Vor allem mit Vinylgruppen modifizierte Silikat-Submikropartikel mindern die Sprödigkeit von PHBV.

The local release of complexed siRNA from biomaterials opens precisely targeted therapeutic options. In this study, complexed siRNA was loaded to gelatin microparticles cross-linked (cGM) with an anhydride-containing oligomer (oPNMA). We aggregated these siRNA-loaded cGM with human mesenchymal stem cells (hMSC) to microtissues and stimulated them with osteogenic supplements. An efficient knockdown of chordin, a BMP-2 antagonist, caused a remarkably increased alkaline phosphatase (ALP) activity in the microtissues. cGM, as a component of microtissues, mineralized in a differentiation medium within 8–9 days, both in the presence and in the absence of cells. In order to investigate the effects of our pre-differentiated and chordin-silenced microtissues on bone homeostasis, we simulated in vivo conditions in an unstimulated co-culture system of hMSC and human peripheral blood mononuclear cells (hPBMC). We found enhanced ALP activity and osteoprotegerin (OPG) secretion in the model system compared to control microtissues. Our results suggest osteoanabolic effects of pre-differentiated and chordin-silenced microtissues.

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Tesis por compendio / [ES] La presente tesis doctoral titulada "Sistemas de liberacio'n controlada de fa'rmacos diseñados para mejorar el tratamiento de Enfermedad Inflamatoria Intestinal" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación in vivo de distintos sistemas de liberación controlada de fármacos en colon (CDDS, por sus siglas en inglés) utilizando como soporte micropartículas de silice mesoporosa, funcionalizadas con puertas moleculares. En conclusión, los estudios realizados demuestran que los materiales de silice mesoporosa, en combinación con puertas moleculares sensibles a estímulos específicos, tienen un gran potencial para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos en el colon, dirigidos a mejorar el arsenal terapéutico disponible para el tratamiento de EII. La posibilidad de adaptar o personalizar la carga y las puertas moleculares hace que estos soportes de sílice mesoporosa sean una opción interesante para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos en diferentes aplicaciones biomédicas. Finalmente, esperamos que los resultados obtenidos en esta tesis doctoral sirvan de inspiración para el desarrollo de sistemas de liberación controlada de fármacos innovadores y cada vez más inteligentes, para su aplicación tanto en medicina como en otras áreas. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Sistemes d'alliberament controlat de farmacs dissenyats per a millorar el tractament de Malaltia Inflamatoria Intestinal" se centra en el disseny, preparacio, caracteritzacio i avaluacio in vivo de diferents sistemes d'alliberament controlat de farmacs en colon (*CDDS, per les seues sigles en angles) utilitzant com a suport microparticules de si'lice mesoporosa, funcionalitzades amb portes moleculars. En conclusio, els estudis realitzats demostren que els materials de si'lice mesoporosa, en combinacio amb portes moleculars sensibles a estimuls especifics, tenen un gran potencial per al desenvolupament de nous sistemes d'alliberament controlat de farmacs en el colon, dirigits a millorar l'arsenal terapeutic disponible per al tractament de MII. La possibilitat d'adaptar o personalitzar la carrega i les portes moleculars, fa que aquests suports de silice mesoporosa siguen una opcio interessant per al desenvolupament de nous sistemes d'alliberacio controlada de farmacs en diferents aplicacions biomediques. Finalment, esperem que els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral servisquen d'inspiracio per al desenvolupament de sistemes d'alliberament controlat de farmacs innovadors i cada vegada mes intel·ligents, per a la seua aplicacio tant en medicina com en altres arees. / [EN] This PhD thesis entitled "Smart drug delivery systems designed to improve Inflammatory Bowel Disease therapy" is focused on the design, synthesis, characterization and in vivo evaluation of several Colon Drug Delivery Systems (CDDS) using hybrid mesoporous silica microparticles as scaffolds containing molecular gates. In conclusion, the studies shown in this Thesis demonstrate that mesoporous silica materials in combination with responsive molecular gates have great potential in the design and preparation of new CDDS to improve the therapeutic options available for IBD. The possibility to adapt the cargo and the molecular gate makes mesoporous silica support especially appealing for similar controlled drug delivery applications in the biomedical field. We hope that the obtained results could inspire the development of new innovative smart drug delivery systems in this or other fields. / We thank the Spanish Government (projects MAT2015-64139-C4-1-R and AGL2015-70235-C2-2-R (MINECO/FEDER)) and the Generalitat Valenciana (project PROMETEOII/2014/047) for support. AHT thanks to the Spanish MEC for his FPU grant. We thank the Generalitat Valenciana (Project PROMETEO2018/024) / Hernández Teruel, A. (2019). Smart drug delivery systems designed to improve Inflammatory Bowel Disease therapy [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/129863 / Compendio

Ce travail a été mené afin d’étudier l’effet du FGF 2 et du TGF-β1 sur les étapes précoces de la régénération dentinaire en utilisant la micro-encapsulation de ces facteurs dans une matrice pour les protéger et contrôler leur libération et ensuite l’application des microparticules obtenues en coiffage pulpaire direct dans un modèle de culture de dents entières. Ce travail consiste d’abord à l’optimisation des moyens techniques mis en oeuvre pour réaliser l'encapsulation du TGFβ1, FGF-2 à l'aide de l'acide poly (lactique-glycolique) PLGA. Les études de la caractérisation colloïdal et physico chimique des microparticules montre que les microparticules gardent leurs caractéristiques physicochimiques après séchage et resuspension dans l’eau. La procèdes optimisé a été ensuite utilisé pour encapsuler les facteurs de croissance. L’encapsulation de FGF-2 et TGF-β1 a été obtenue avec une taille, une efficacité d’encapsulation et une profile de libération adaptés au type d’application choisi. Les études biologiques ne montrent aucun effet toxique des particules sur les fibroblastes pulpaires. Les facteurs de croissance ont gardé leur activité biologique spécifique. Un modèle de culture de dent entier humain a été utilisé pour réaliser l’application de nos microparticules comme un matériau de coiffage dentaire pour confirmer leurs activités biologiques ex-vivo. Ces microparticules peuvent être utiles dans les études des étapes précoces de la régénération dentinaire, l'activation et la migration des cellules progénitrices de la pulpe dentaire / The purpose of this work was to investigate the effect of FGF 2 and TGF-β1 on the early steps of dentin regeneration using microencapsulation of theses factors into a microparticles matrix to ensure growth factors protection and to provide bioactive sustained release in contact with dental pulp cells and then the application of the obtained microparticles in direct pulp capping using a culture model of entire tooth. This work involves the optimization of technical means used to achieve encapsulation of TGFβ1, FGF-2 using the poly (lactic-glycolic acid) PLGA. Physicochemical and colloidal characterization of microspheres shows that the microparticles retain their physicochemical characteristics after drying and re-suspended in water. The double emulsion method was used to separately encapsulate (FGF-2) and (TGFβ1). Microparticles morphology, loading, shelf life, potential toxicity and release kinetics were studied. Then the proliferation of dental pulp cells was examined in contact with microparticles. Biological studies show no toxic effect of particles on pulp fibroblasts. Growth factors have kept their specific biological activity. A culture model of human entire tooth was used to achieve the application of microparticles as a dental direct capping material to confirm their biological activities ex vivo. These microparticles can be useful in studies of early steps of dentin regeneration, activation and migration of progenitor cells in dental pulp