Le Spina Bifida est une maladie congénitale rare due à anomalie de fermeture du tube neural ayant des conséquences physiques et fonctionnelles multiples. La prise en charge des séquelles digestives du Spina Bifida ne fait l’objet d’aucun consensus national ou international. Les objectifs de cette thèse translationnelle étaient de caractériser les plaintes anorectales des patients adultes ayant un Spina Bifida, d’en préciser les mécanismes physiopathologiques sous-jacents à partir des données de la manométrie anorectale et du barostat rectal et en étudiant les fonctions de la barrière épithéliale intestinale. Les plaintes anorectales des patients adultes ayant un Spina Bifida représentent leur deuxième plainte en terme de fréquence et sont l’incontinence fécale, et la constipation. Ces troubles peuvent évoluer au cours du temps ce qui justifie un suivi digestif au long cours. Le niveau lésionnel neurologique n’est ni associé aux troubles digestifs ni à à leur évolution. Les patients ayant un Spina Bifida ont une atteintede la fonction anale (défaut de contraction) et des fonctions rectales (diminution du tonus et de la compliance rectale). Ils ont également une hyperperméabilité paracellulaire et une diminution de la densité du tissu conjonctif; ces 2 anomalies étant corrélées entre elles. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire était négativement corrélée avec la compliance rectale. Enfin, les patients ayant un Spina Bifida ont une augmentation de l’expression de TGFBeta1. Les anomalies des fonctions anorectales et de la barrière épithéliale intestinale pourraient être des cibles thérapeutiques potentielles dans la prise en charge des troubles anorectaux des patients adultes ayant un Spina Bifida. / Spina Bifida is a rare congenital disorder caused by an abnormal neural tube closure with multiple physical and functional consequences. The management of the digestive disorders of Spina Bifida is not consensual. The objectives of this present work were to characterize the anorectal complaints of adult patients with Spina Bifida, to specify the underlying pathophysiological mechanisms from the data of anorectal manometry and rectal barostat and to study the functions of the intestinal epithelial barrier. The anorectal complaints of adult patients with Spina Bifida represent their second complaint and are faecal incontinence and constipation. These disorders can change over time which justifies long-term digestive follow-up. The level of neurological lesion is neither associated with digestive disorders nor with their evolution. Patients with Spina Bifida have impaired anal function (lack of contraction) and rectal function (decreased tone and rectal compliance). They also have paracellular hyperpermeability and decreased connective tissue density ; these 2 anomalies are interrelated. The increase in paracellular permeability was negatively correlated with rectal compliance. Finally, patients with Spina Bifida have an increased expression of TGFBeta1. Abnormalities of anorectal function and intestinal epithelial barrier may be potential therapeutic targets in the management of anorectal disorders in adult patients with Spina Bifida.

Le développement de nanomédicaments capables de contrecarrer les propriétés biopharmaceutiques défavorables de l'amphotéricine B (AmB) représente un enjeu important. L'AmB est en effet une molécule très efficace pour le traitement des infections fongiques systémiques et aussi pour la leishmaniose, mais difficile à formuler efficacement, quelle que soit la voie d'administration. Cette molécule particulièrement hydrophobe souffre de limitations importantes en raison de sa tendance prononcée à l'agrégation dans les conditions physiologiques. La première partie de cette thèse a consisté à vérifier l'hypothèse selon laquelle le degré d'agrégation de l'AmB pourrait avoir un fort impact sur certaines de ses propriétés biopharmaceutiques et pharmacocinétiques. Dans cet objectif, l'albumine a été utilisée pour produire avec l'AmB des complexes de taille contrôlée. Les caractéristiques morphologiques des objets colloïdaux formés ont été déterminées par spectroscopie UV-Vis et par dichroïsme circulaire. Ainsi, l'impact de l'état de l'agrégation sur la perméabilité intestinale d'une part et la reconnaissance éventuellement des agrégats par le système immunitaire d'autre part a été étudié. La deuxième partie de ce travail a été axée sur le développement des micro et nanotransporteurs destinés à surmonter la barrière d'absorption élevée contre AmB après son administration orale. À cet effet, des micro- et nano-émulsions chargées en AmB ont été préparée afin d'estimer leur capacité à améliorer la perméabilité de l'AmB au travers de l'épithélium digestif de rat. Le modèle de la Chambre d’Ussing a été utilisé à cet effet. Aucun passage de l’AmB n'a pu être détecté dans chacune des conditions expérimentales testées. Toutefois, les données électrophysiologiques ont montré une diminution de la viabilité des tissus, attribuable à la grande toxicité de l'AmB, et dépendante de l'état d'agrégation de l'AmB lorsque ces objets sont au contact avec le tissu. Ces essais de perméation menés sur des tissus sains au niveau jéjunal suggèrent que le transport de l'AmB par les voies paracellulaire et/ou transcellulaire est sans doute marginal. Cependant, la littérature rapporte que qu'une absorption par voie orale de l'AmB, bien que peu importante, peut être observée in vivo. Ceci suggère donc que d'autres voies d'absorption pourraient être mises en oeuvre, parmi lesquelles la capture d'agrégats d'AmB au niveau des plaques de Peyer et l'accès à la voie lymphatique pourraient représenter des voies d'absorption alternatives. Enfin, l'emploi d'un autre système de transporteur conçu pour atteindre le colon et assurer la délivrance colonique grâce à l'action enzymatique bactérienne locale a été envisagé. Dans cet objectif, un biopolymère naturel et dégradable par des enzymes, le xylane, a été sélectionné. Le xylane est un polysaccharide présent dans les grains, de céréales et de plantes angiospermes qui est spécifiquement dégradé dans la région du côlon, grâce à l'action enzymatique du microbiote. Pour cela, un procédé original de préparation de particules a été mis en oeuvre consistant tout d'abord à produire une émulsion eau-dans-eau de xylane en présence de PEG, suivie d'une phase de réticulation du xylane au moyen du trimétaphosphate de trisodium. La méthode a permis la production de nano et de microparticules allant de 380 nm à 4,5 μm et les paramètres contrôlant le processus ont été identifiés. Ce processus, respectueux de l'environnement et ne nécessitant pas l'emploi de solvants organiques, pourrait être appliqué à la délivrance colonique de AmB. / This thesis is part of the development and evaluation of nanomedicines potentially able to overcome unfavorable biopharmaceutical properties of amphotericin B (AmB), a highly effective molecule used for the treatment of systemic fungal infections and leishmaniasis, but difficult to formulate efficiently, whatever the route of delivery. It is believed that this hydrophobic molecule suffers from severe limitations due to its prounounced tendency to aggregate under physiological conditions. The first part of the thesis was driven on the hypothesis that the degree of aggregation of AmB could have a strong impact on some of its pharmacokinetics properties. For this purpose albumin has been used to produce controlled complexes between albumin and AmB in order to control AmB aggregation states. The morphological characteristics of the resulting colloidal objects have been carefully characterized by UV-Vis spectroscopy and circular dichroism. Furthermore, the impact of aggregation state on both the intestinal permeability and a possibly expected recognition of the aggregates by the immunological system were investigated. The second part of this work was focused on the development of micro- and nanocarriers intended to overcome the absorption barrier raised against AmB after oral delivery. For this purpose, AmB was loaded into micro- and nanoemulsions to evaluate a possible permeability enhancement effect through the intestinal membrane, which was evaluated in ratas using the Ussing chamber model. No detectable permeation was seen in any of the experimental conditions. However, the electrophysiological data showed tissue viability losses due to the strong toxicity of AmB, that were dependent on the agregation state of AmB when in contact with the tissue. It was also concluded from detailed permeation experiments in healthy tissues that paracellular and transcellular routes were likely to be only marginal pathways when oral absorption are observed in vivo, as reported in the literature. The likeness of other possible absorption pathways, including Peyer's patches capture and lymphatic pathway implication for agregated particles has been discussed. Finally, another particulate system intended for colonic delivery and based on xylan, a natural and enzymatically degradable biopolymer, has been investigated. Xylan is a polysaccharide present in grains, cereals and angiosperm plants that is specifically degraded on colon region, by the microbiota. An original process consisting in a water-in-water emulsion of xylan in presence of PEG followed by a crosslinking phase using trisodium trimetaphosphate has been developed, making possible the production of xylan-based biocompatible micro- and nanospheres ranging from 380 nm to 4.5 μm, depending on the parameters in the process. This eco-friendly process is free of harmful solvents and has potential application for the delivery of AmB at the colonic level.

Les S-nitrosothiols (RSNO) comme le S-nitrosoglutathion (GSNO) sont des donneurs de monoxyde d’azote (NO) prometteurs pour le traitement des maladies cardiovasculaires. Cependant, ce sont des candidats médicaments peu stables. Précédemment, des nanoparticules chargées en GSNO (GSNO-NP) ont été incluses dans une matrice d’alginate/chitosan. Les particules composites ainsi produites avaient une bonne encapsulation et une libération prolongée de GSNO. De plus, leur administration orale à des rats produisait un stock de NO au niveau de la paroi de l’aorte. Elles avaient cependant plusieurs limitations : préparation et caractérisation longues, manque de stabilité et de reproductibilité. Ce travail avait donc trois objectifs : (1) déterminer le mécanisme d’absorption intestinale des RSNO non formulés ; (2) évaluer la capacité des RSNO non formulés à créer un stock vasculaire de NO ; 3) optimiser la formulation de GSNO. Nous avons montré, dans un modèle in vitro de barrière intestinale, que la perméabilité intestinale de GSNO, S-nitroso-N-acétylcystéine (NACNO) et S-nitroso-N-acetylpénicillamine (SNAP) se fait par un mécanisme passif, principalement par voie transcellulaire (également paracellulaire pour SNAP), avec une perméabilité moyenne. Après avoir traversé la barrière intestinale, les RSNO atteindront les vaisseaux sanguins. Pour comparer leur capacité à former un stock vasculaire de NO dans des aortes (avec endothélium intact ou retiré), nous avons quantifié le stock, vérifié sa biodisponibilité pour la vasorelaxation et évalué son impact sur une vasoconstriction induite par la phénylephrine (PHE). L’incubation des aortes avec les RSNO augmente le stock basal de NO par un facteur trois à cinq. Ce stock est mobilisable pour induire la vasorelaxation et efficace pour diminuer la réactivité vasculaire à la PHE (NACNO>GSNO = SNAP), seulement dans les aortes dont l’endothélium a été retiré. Comme la perméabilité intestinale des RSNO est moyenne, l’intégration du GSNO dans une formulation appropriée est nécessaire. Vu l’impossibilité de résoudre les problèmes liés aux particules composites, le protocole de production des GSNO-NP a été modifié pour produire des microparticules (deux types selon l’état liquide ou solide de GSNO dans la phase interne de l’émulsion). Les deux types de microparticules avaient une libération de GSNO ralentie par rapport aux GSNO-NP. Les nano- comme les micro-particules ont pu être stabilisées par lyophilisation, et amélioraient la perméabilité intestinale de GSNO (jusqu’à une forte perméabilité avec les microparticules). Par conséquent, une administration orale de nano/microparticules chargées en GSNO/RSNO pourrait représenter une nouvelle approche thérapeutique pour les maladies cardiovasculaires. / S-nitrosothiols (RSNOs) such as S-nitrosoglutathione (GSNO) are promising nitric oxide (NO) donors for cardiovascular diseases treatment. However, they are poorly stable drug candidates. In previous studies, GSNO-loaded nanoparticles (GSNO-NP) were embedded into an alginate/chitosan matrix. Resulting nanocomposite particles showed high encapsulation and sustained release of GSNO, and led to the formation of a NO store in the wall of aorta after a single oral administration to rats. However, these nanocomposite particles have several limitations such as time-consuming preparation, lack of both stability and reproducibility. This thesis work aimed at: 1) Elucidate the mechanism of free RSNOs intestinal absorption; 2) Evaluate ability of free RSNOs to form a vascular NO store; 3) Optimize the GSNO formulation. In this study, we showed that the intestinal permeability (in vitro model of intestinal barrier) of GSNO, S-nitroso-N-acetylcysteine (NACNO) and S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP) was a passive diffusion, following the transcellular pathway (and also the paracellular way for SNAP) and belonging to the medium permeability class. After crossing the intestinal barrier, RSNOs will reach the vasculature. In order to compare the ability of free RSNOs to form a vascular store of NO either in endothelium-intact or endothelium-removed aortae, we quantified the store, verified its bioavailability for vasorelaxation and evaluated its impact on phenylephrine (PHE)-induced vasoconstriction. Incubation with RSNOs increased the basal NO store three to five times. This store is still bioavailable to induce vasorelaxation and efficient to induce vascular hyporeactivity to PHE (NACNO> GSNO = SNAP) only in endothelium-removed aortae. As intestinal permeability of RSNOs was in the medium class, the integration of GSNO into an appropriate delivery system is essential. Limitations of previously developed nanocomposites particles were impossible to bypass so the production process of GSNO-NP was modified (liquid or solid GSNO in the internal phase of the emulsion) to produce microparticles. Both kinds of microparticles exhibited a slower release of GSNO than GSNO-NP. Nano-and micro-particles were stable after lyophilization and presented an enhancement of GSNO intestinal permeability (up to high permeability class for microparticles). Thus, oral administration of GSNO/RSNO loaded nano/micro particles seems to be a promising avenue for the treatment of cardiovascular diseases.

Contexte : La malnutrition aiguë sévère (MAS) est un problème majeur de santé publique dans lemonde et affecte 17 millions d’enfants âgés de moins de 5 ans. La MAS induit une perte de poidsrapide, souvent associée à une dysfonction entérique environnementale (DEE). La DEE se caractérisepar une augmentation de l’inflammation, de la perméabilité intestinale, une diminution de la taille des villosités et de l’absorption des nutriments. La DEE peut ainsi limiter l’efficacité des protocolesde stabilisation et de re-nutrition chez l’enfant dénutri.L’objectif de cette thèse a été de développer un modèle de dénutrition avec entéropathie pour évaluer des laits thérapeutiques enrichis en nutriments ciblant la fonction de barrière intestinale.Résultats : Lors de la phase de développement du modèle, plusieurs approches ont été testées comme la restriction calorique, le régime hypoprotéiné, l’utilisation de lipopolysaccharides et de l’indométacine. Seule la combinaison d’un gavage quotidien d’indométacine pendant une semaine chez des souris dénutries par un régime pauvre en protéines a permis de développer un retard de croissance associé à une entéropathie. Suite à la validation de ce modèle, nous avons évalué la supplémentation du lait thérapeutique F-75 avec de la glutamine, de la leucine, de la gomme arabique et des levures séléniées. La glutamine et la leucine améliorent la fonction de barrière intestinale. Dans nos conditions expérimentales, l’enrichissement du lait thérapeutique avec la glutamine et la leucine combinés a eu des effets limités sur la fonction de barrière. La gomme arabique et les levures séléniées ont des propriétés prébiotiques et probiotiques et exercent des effets bénéfiques sur la barrière intestinale. L’enrichissement du lait thérapeutique avec l’association de ces deux composés permet d’inhiber l’inflammation intestinale et d’augmenter l’abondance de bactéries bénéfiques comme Faecalibacterium prausnitzii.Conclusion : Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de développer un nouveau modèle de dénutrition avec entéropathie. Le lait thérapeutique enrichi en gomme arabique et levures séléniées exerce des effets bénéfiques sur la fonction de barrière intestinale dans notre modèle. / Background : Severe acute malnutrition (SAM) is a global health issue affecting 17 million children under the age of 5. SAM induces rapid weight loss and is often associated with environmental enteric dysfunction (EED). EED is characterized by intestinal hyperpermeability and inflammation, villus blunting and nutrient malabsorption. EED might, therefore, limit stabilization and re-nutrition protocol efficacy. Objectives : This thesis aimed to develop an undernutrition model with enteropathy to evaluate the effect of a therapeutic milk enriched with nutrients on gut barrier function. Results : During preclinical model development, several approaches were tested: calorie restriction, low-protein diet, use of lipopolysaccharides and indomethacin. Only daily indomethacin gavage during one week in protein-energy undernourished mice induced growth faltering associated with enteropathy. After preclinical model validation, we evaluated the effect of therapeutic milk supplemented with glutamine, leucine, gum arabic and/or selenium-enriched yeast on gut barrier function. Glutamine and leucine induce beneficial effects on gut barrier function. In ourexperimental conditions, therapeutic milk enriched with a combination of glutamine and leucine had a limited impact on this parameter. Gum arabic and selenium-enriched yeasts have prebiotic and probiotic properties on gut barrier function. Therapeutic milk supplemented with gum arabic and selenium-enriched yeast inhibited intestinal inflammation and enhanced specific bacteria abundance such as Faecalibacterium prausnitzii.Conclusion : The studies conducted during this thesis permitted to develop a new model of undernutrition with enteropathy. Therapeutic milk enriched with arabic gum and selenium-enriched yeast triggered beneficial effects on gut barrier function in our preclinical model.

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH. / Interleukin IL-18 (IL-18), a member of the IL-1 family, is a multifunctional pro-inflammatory cytokine. It is known to be produced by monocytes, macrophages, dendritic cells, keratinocytes and the adrenal cortex in the human body. This cytokine is produced as an inactive precursor protein, which is cleaved into mature form by activated caspase-1. The caspase itself exists as an inactive precursor in human cells and requires inflammasomes assembly for its activation. IL-18 has been shown to play a key role in mediating different inflammatory conditions. Our laboratory and others have shown that HIV infection is accompanied with increased circulating levels of IL-18 along with decreased levels of its antagonist IL-18 Binding Protein (IL-18BP). In this thesis, we show that IL-18 is also produced and secreted by human platelets upon activation. The platelets also contain components of the inflammasome. They assemble and activate caspase-1 and process the precursor IL-18 into its mature form during the platelet activation process. The cytokine is synthesized in platelets de novo upon activation. Contrary to IL-18, the platelets constitutively express pre-formed IL-18BP, and release it constitutively as well as upon activation. Both IL-18 and IL-18BP colocalized with CD63, a marker for the platelet α granules. Platelet-released IL-18 constitutes the main source of this cytokine in the human circulation in healthy individuals. We found decreased amounts of this cytokine in the platelet lysates in HIV-infected individuals as compared to the healthy ones. On the other hand, its concentrations were increased in the serum and platelet-poor plasma in infected individuals. Similar findings were obtained with IL-18BP in platelet lysates from healthy and HIV-infected individuals. However, lower amounts of this IL-18 antagonist were found in the serum and platelet-poor plasma from HIV-infected individuals compared with the healthy ones. Our findings have important implications for chronic inflammatory disease conditions in which increased IL-18 activities play a pathogenic role. HIV is also accompanied by intestinal inflammation and decreased intestinal integrity as measured by mucosal repair, regeneration and permeability. However, little is known concerning the relation between high level of IL-18 associated to HIV infection and intestinal permeability. In this thesis, we demonstrate the role of HIV and its protein Tat in increasing IL-18 production in two intestinal epithelial cell lines (HT29 and Caco2) and decreasing IL-18BP. IL-18 induces epithelial barrier hyperpermeability by disrupting both tight and adherens Junctions by modulating expression and distribution of occludin, claudin-2 and beta-catenin. Disorganization of F-actin was also observed within the cells upon incubation with treated by IL-18. Upon prolonged incubation, IL-18 caused intestinal cells death and induced apoptosis by activating caspase-1 and caspase-3. Interestingly, the plasma levels of lipopolysaccharide in three different categories of HIV-infected patients (ART-naïve, ART-treated and Elite controllers) correlated with their IL-18 plasma levels. Finally we investigated the signaling pathway through which IL-18 induces increased intestinal permeability. Briefly, our studies identified platelets as an important source of IL-18, and their activation in HIV infection contributes to enhanced concentrations of the cytokine. The virus also induces increased production of the cytokine from intestinal epithelial cells. Increased biological activities of the cytokine contribute towards AIDS pathogenesis by increasing intestinal permeability and causing death of intestinal cells. The cytokine may serve as a molecular target for delaying AIDS progression and reducing low-grade chronic inflammation in HIV infection.

Si les modifications dans l’expression et les propriétés des mucines ont été largement décrites dans la physiopathologie des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, la caractérisation structurale et fonctionnelle de la barrière de mucus reste parcellaire dans le contexte micro-inflammatoire du syndrome de l’intestin irritable (SII). Par ailleurs, certains traitements probiotiques préviennent la rupture de l’intégrité de la barrière épithéliale intestinale, provoquée en conditions de stress mais peu de travaux décrivent leur influence sur les modifications de la structure du mucus, induites par le stress. Cette étude a comme objectifs d’évaluer chez le rat (i) si un stress chronique modifie le nombre de cellules à mucus et l’expression de la mucine Muc2, ainsi que la nature biochimique des mucines secrétées au niveau de l’iléon et du côlon, et plus particulièrement les O-glycanes, (ii) si un traitement probiotique (Lactobacillus farciminis) prévient les modifications du mucus potentiellement induites, (iii) si les effets observés sont en lien avec la capacité de colonisation in vivo de L. farciminis.Méthodes. Des rats Wistar mâles ont reçu L. farciminis ou une solution saline. Les animaux ont été soumis au stress d’évitement passif de l’eau (WAS) pendant 1h/jour ou à un stress fictif (contrôle), pendant les 4 derniers jours des traitements. Différents prélèvements ont été effectués au niveau de l’iléon et du côlon pour (i) des analyses sur coupes (immuno-marquage, nombre de cellules à mucus) et (ii) la détermination du profil de O-glycosylation des mucines. La morphologie de la couche de mucus a été évaluée par microscopie à force atomique (AFM). L. farciminis a été visualisé par "Fluorescence in situ Hybridization", confirmée par qPCR et son adhésion à la muqueuse a été déterminée par une méthode ex situ. La perméabilité paracellulaire et la sensibilité viscérale ont été évaluées.Résultats. Le WAS ne modifie pas le nombre de cellules à mucus ni l’expression de la mucine Muc2 aux niveaux iléal et colique. L’analyse par spectrométrie de masse a révélé que le stress induit des altérations de la O-glycosylation des mucines. Une augmentation marquée du degré de complexité des structures glycaniques a été observée, se traduisant par l’apparition de chaînes polylactosaminiques, sans modification toutefois du taux de sialylation et de sulfatation des mucines. La couche de mucus en condition de stress, observée par AFM, présente une morphologie aplatie et moins cohésive. L'hypothèse serait que les modifications structurales des O-glycanes influencent les interactions physico-chimiques entre les fibres de mucines, impactant de manière négative l’intégrité de la barrière de mucus. Cette altération de la couche de mucus s'accompagne d'un défaut de la barrière épithéliale et d'une hypersensibilité viscérale. L’administration de la souche probiotique prévient ces changements provoqués par le WAS. L. farciminis a été retrouvé au sein de l’iléon et du côlon. Par ailleurs, la présence de "Segmented Filamentous Bacteria" (SFB) a été mise en évidence, par FISH et microscopie électronique, au niveau de l’iléon sur l'ensemble des animaux testés. Le traitement par L. farciminis induit une diminution de la population des SFB aussi bien chez les animaux contrôles que stressés. Conclusion. Nous avons montré qu’un stress chronique chez le rat, outre les modifications fonctionnelles de l'épithélium intestinal (hyperperméabilité intestinale et hypersensibilité viscérale), altère la structure O-glycanique des mucines sans affecter l’expression de Muc2. Ces altérations se traduisent par une perte des propriétés cohésives de la couche de mucus. La souche probiotique L. farciminis, en prévenant l’ensemble des modifications induites par le stress, contribue au renforcement de la fonction barrière de l'intestin. Cette étude fournit un argumentaire complémentaire pour l’utilisation de cette souche dans le traitement du SII. / Background. Despite a large body of literature incriminating mucus alterations in the pathogenesis of Intestinal Bowel Diseases (IBD), structural and physical changes in the mucus layer remain poorly understood in the micro-inflammatory context of Irritable Bowel Syndrome (IBS). Moreover, some probiotic treatments prevent stress-induced intestinal epithelial barrier impairment but little is known about their influence on intestinal mucin structural modifications and mucus properties induced by stress. Thereby, this study aimed at evaluating whether (i) a chronic stress modified the number of gut goblet cells and Muc2 expression, nature of secreted mucins in both ileum and colon and more particularly mucin O-glycosylation, (ii) L. farciminis treatment prevented these alterations and (iii) observed effects were related to the in vivo colonization capacity of L. farciminis.Methods. Wistar rats received orally L. farciminis (1011 UFC/day) or vehicle (NaCl 0.9% (w/v)) for 14 days. From day 10 to day 14, they were submitted either to sham (control) or 4-day Water Avoidance Stress (WAS) during 1 hour per day. After sacrifice, different samples (tissues, mucosa) were collected in both ileal and colonic regions for (i) histological analyses (Muc 2 immunohistochemistry, number of goblet cells by Periodic Acid Schiff/Hemalun) and (ii) O-glycosylation profile by mass spectrometry after mucin extraction and purification. In parallel, the morphology of the mucus layer was evaluated by atomic force microscopy. Spatial localization of L. farciminis was assessed by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), confirmed by qPCR. Mucosal adhesion of L. farciminis was determined by an ex situ method. In complement, intestinal paracellular permeability and visceral sensitivity were measured.Results. WAS did not modify neither the number of intestinal goblet cells nor Muc2 expression in both ileum and colon. In contrast, the mass spectrometry analysis demonstrated that O-glycosylation of mucins was strongly affected by WAS. Indeed, a strongly increase in the complexity degree of O-glycan structures was observed in both ileum and colon, with the appearance of elongated polylactosaminic chains (repetition of the disaccharidic unit composed of galactose and N-acetylglucosamine), without modifications of mucin sialylation and sulfation. Under stress conditions, the mucus layer, observed by atomic force microscopy, showed a flattened morphology, probably indicative of a loss in its cohesive properties. We hypothesized that O-glycan structural modifications influence physico-chemical interactions between mucins fibers. Stress also induced intestinal hyperpermeability and visceral hypersensitivity. The mucus layer alteration was, thus, in relation with epithelial barrier impairment and visceral hypersensitivity. L. farciminis administration prevented WAS-induced functional, biochemical and physical changes of mucus. The presence of L. farciminis in the ileum and colon was detected by FISH and qPCR, albeit with quantitative and qualitative differences in the colonization capacity within these two intestinal compartments. Furthermore, the presence of Segmented Filamentous Bacteria (SFB) was shown in the ileum whatever the conditions under study. L. farciminis reduced the SFB population level in both control and stressed animals.Conclusion. Chronic stress induced functional changes (intestinal hyperpermeability and visceral hypersensitivity) in rats, as well as a shift in mucin O-glycosylation rather than changes in mucin expression. Intestinal mucin O-glycan modifications resulted in a loss of mucus layer cohesive properties. L. farciminis treatment prevented impairment of both intestinal epithelial and mucus barriers, reflecting an enhancement of the protective barrier function. These results confirm that L. farciminis is a valuable probiotic in the IBS management.

L’obésité est associée à un état inflammatoire chronique de bas grade ainsi qu’à descomplications métaboliques secondaires telles que l’insulino-résistance, l’intolérance au glucose etla stéatose hépatique. La composition bactérienne intestinale semble tenir une place importantedans l’apparition de ces complications. Il a en effet été montré qu’une altération du microbiote parun régime obésogène était associée à une endotoxémie métabolique caractérisée par uneaugmentation des concentrations circulantes de lipopolysaccharides bactériens. Les AGPI enn-3 possèdent des propriétés anti-obésogènes et anti-inflammatoires qui pourraient passer par unemodulation du microbiote intestinal et une prévention de l’endotoxémie métabolique. Nous avonsmontré que des souris transgéniques fat-1, présentant des teneurs tissulaires en AGPI enn-3 élevées, soumises durant 18 semaines à un régime obésogène, étaient résistantes à l’obésité etaux troubles métaboliques associés. Ces animaux présentent un maintien de la fonction barrièreintestinale et une prévention de l’endotoxémie métabolique. De plus, une analyse du microbiotecaecal révèle une augmentation du phylum Akkermansia. Enfin, nous avons montré qu’un transfertde matériel fécal de souris fat-1 à des souris sauvages maintenues sous régime obésogène protègeces dernières du développement d’une obésité et des comorbidités associées. Ainsi, uneaugmentation de la teneur en Akkermansia au niveau intestinal par les AGPI en n-3, peutreprésenter une stratégie intéressante de prévention de l’obésité, ainsi que de l’insulino-résistance,l’intolérance au glucose et la stéatose hépatique qui lui sont associées. / Obesity is associated with chronic low-grade inflammatory state and secondary metabolicdisorders, such as insulin-resistance, glucose intolerance and hepatic steatosis. Gut microbiotaseems to play an important role in these obesity features. Moreover, microbiota dysbiosis has beenshown to be associated with increased systemic lipopolysaccharides levels, called metabolicendotoxemia. N-3 PUFAs are anti-obesity and anti-inflammatory molecules able to modulate gutmicrobiota and prevent metabolic endotoxemia. We showed that fat-1 transgenic mice,endogenously synthetizing n-3 PUFAs, resist to obesity development and comorbidities whensubmitted to diet-induced obesity for 18 weeks. These mice exhibit a maintained intestinal barrierfunction and a prevention of metabolic endotoxemia. Moreover, cecal microbiota analysis revealedan increase of Akkermansia phylum. Microbiota transplantation of fat-1 mice to wild type micewas shown to exert protective effects against diet-induced obesity and associated disorders. Thus,increasing gut microbiota Akkermansia population by appropriate n-3 PUFAs may represent apromising strategy to prevent obesity, insulin-resistance, glucose intolerance and hepatic steatosis.

L’administration par voie orale des médicaments reste encore de nos jours la voie royale de la prise des médicaments car moins onéreuse et plus adaptée au confort du patient. Mais cette voie reste toujours inaccessible pour certains médicaments comme les médicaments biologiques et les bio similaires voir certains anticancéreux et antirétroviraux.Le but de ce travail est d’améliorer la biodisponibilité par voie orale des médicaments à faible biodisponibilité par la mise au point d’un promoteur d’absorption. Pour y arriver nous avons adopté comme stratégie de développer un promoteur qui agit à la fois sur le passage passif et sur le passage actif des médicaments. Les études in vitro ont été réalisées en chambre de perméation d’Ussing adaptées par la société Biomécatronics SAS (BéthuneFrance). Dans la première partie de ce travail (Brevet), nous avons montré que l’utilisation d’une composition pharmaceutique et/ou diététique comprenant un extrait de plante(Hibiscus sabdariffa) pouvait augmenter la biodisponibilité in vitro des médicaments et des xénobiotiques qui passent par la voie paracellulaire comme le cisplatine (21 fois),l’oxaliplatine (11fois), la fluorescéine isothiocyanate-Dextran 4000 (3 fois), mais également les médicaments connus pour leur transport actif par la voie transcellulaire comme l’Efavirenz (7 fois) et l’Atazanavir (4 fois). Dans la seconde partie de ce travail, nous avons cherché à vérifier si notre promoteur d’absorption des médicaments a un effet sur la couche de mucus intestinale.Cette couche peut être un facteur limitant de passage des médicaments au travers de la barrière intestinale.Dans un premier temps (article 1), nous avons induit l’augmentation de la couche mucus au niveau du colon de rat après un prétraitement pendant une semaine avec le métronidazole. Puis nous avions confirmé (article 2) que l’administration par voie orale de deux antibiotiques le Cotrimoxazole (CTX) et le métronidazole (MTZ) pendant une semaine augmente la couche de mucus au niveau du côlon ; aussi nous avons montré qu’il existe une relation entre l’augmentation de la couche de mucus et la diminution de la conductance qui est l’index de transport passif des ions, des électrolytes et de certaines molécules à faibles poids moléculaires.De plus l’augmentation de la couche de mucus au niveau de l’intestin est responsable de la diminution du passage transépithélial des deux antirétroviraux dont l’utilisation est recommandée en première ligne par l’OMS (le.Ritonavir et l’Atazanavir) surles sujets porteurs du VIH (virus de l’immunodéficience humain). Après les traitements auMTZ et au CTX la sécrétion de l’Atazanavir augmente respectivement dans le côlon proximal de 2 et 4 fois et dans le côlon distal de 3 et 5 fois. On obtient également une sécrétion du Ritonavir de 5 et 10 fois dans le proximal et de 2 et 5 fois plus dans le distal.Le travail se poursuit par l’étude de l’effet de notre promoteur d’absorption des médicaments sur la couche de mucus intestinal.En conclusion, ce travail montre que l’on peut augmenter la biodisponibilité in vitroen utilisant les promoteurs de l’absorption des xénobiotiques qui agissent à la fois au niveau du transport passif et actif. / Oral dosing is still seen as the silver bullet of drug administration, as it is cheaper andbetter adapted to patient comfort. However, oral route is still inaccessible to many drugssuch as biologics and biosimilars respectively certain anticancer drugs and antiretrovirals(ARV).The aim of this present study was to find new drugs enhancers that improve the oralbioavailability of drugs and xenobiotics. All the studies were realized in vitro using Ussingchambers technic. To achieve the set objective we used the strategy to develop drugenhancer which can modulate at the same time transcellular and paracellular pathways.In the first part of this study (patent) we have shown that the use of a pharmaceutical and /or a dietetic formulation containing a plant extract (Hibiscus sabdariffa) could increase thebioavailability in vitro in rats not only of cisplatin (21 fold), oxaliplatin (11 fold) andFluorescein Isothiocyanate-Dextran 4000 (FD4, 3 fold). All that drugs were transportedthrough intestinal barrier using paracellular pathway. In addition the study showed thatthis formulated enhancer can increased the bioavailability of Efavirenz (7 fold) andAtazanavir (4 fold) which are active transported.In order to assess the effect of new drugs enhancer on mucus thickness that limits thetransport of xenobiotic through intestinal barrier, we decide to evaluate his effect on passiveand active transport of drugs.In the second part of this study we have shown that after a week of pre-treatment of ratswith Metronidazole (MTZ, publication 1) and Cotrimoxazole (CTX, publication 2), the twomost commonly used antibiotics in the prophylaxis against opportunistic infections in HIV /AIDS, both increase colonic mucus thickness that affect directly passive intestinalpermeability by reducing conductance an index of passive transport through intestinalepithelium. In addition those antibiotics also entail a change in the transepithelialconductance and ARV fluxes. After MTZ and CTX treatment the secretion of Atazanavir(ATZ) increases respectively in the proximal colon by 2 to 4 fold and in the distal colon by 3to 5 fold respectively. Ritonavir (RTV) is poorly absorbed in control, after a week of pretreatmentwith MTZ and CTX one rather notices a secretion of RTV 5 to 10 fold higher in theproximal and 2 to 5 fold higher in the distal colon. The next study will be conducted toevaluate the effect of new drugs enhancer on mucus thickness layer.In conclusion, oral bioavailability of drugs and xenobiotics can be enhanced bypharmaceutical composition that contains herbal extract which increase passive and activetransport of drugs through intestinal barrier.

No description available.

.La consommation journalière de fructose est en augmentation croissante, jusqu'à plus de 50g par jour aux Etats-Unis et en Europe de l'Ouest. Le fructose est de plus en plus incorporé dans les boissons, les produits laitiers et les conserves, les produits cuisinés ou transformés. Le fructose peut déclencher ou aggraver les symptômes digestifs chez des volontaires sains, mais aussi dans le syndrome de l'intestin irritable. Le rôle de l'hypersensibilité viscérale dans le déclenchement des symptômes, lié à la prise de fructose a été suspecté mais n'a jamais été évalué. La prévalence de la malabsorption du fructose était mal documentée chez les patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, principalement en raison de l'hétérogénéité des méthodes diagnostiques. Le premier objectif de ce travail a été de définir, dans une population de patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, la prévalence de la malabsorption du fructose. Notre test de malabsorption du fructose a été défini par une dose de charge de 25g. Chez nos patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable, 22% présentaient une malabsorption du fructose. Les patients jeunes et de sexe masculin étaient plus à risque de malabsorption du fructose. Nous avons également étudié l'association de la malabsorption du fructose avec d'autres anomalies physiopathologiques connues dans le syndrome de l'intestin irritable. Nous n'avons pas retrouvé d'association entre la présence d'une inflammation digestive et la présence ou non d'une malabsorption du fructose. En revanche, une association a été retrouvée entre malabsorption du fructose et hypersensibilité viscérale. L'efficacité du régime appauvri en fructose dans le syndrome de l'intestin irritable est connue. L'existence ou non d'une malabsorption du fructose associée pourrait être un facteur prédictif d'efficacité d'un tel régime. Le deuxième objectif de ce travail a été de déterminer si le test de dépistage de la malabsorption au fructose permettait de prédire l'efficacité du régime appauvri en fructose sur les symptômes digestifs des patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable. Les résultats de notre étude ont confirmé l'efficacité du régime appauvri en fructose dans le syndrome de l'intestin irritable. En revanche, la présence ou non d'un test respiratoire au fructose positif n'impactait pas l'efficacité du régime. Le dernier objectif de ce travail était de modéliser la malabsorption du fructose sur des modèles murins, pour permettre d'identifier les mécanismes physiopathologiques sous-jacents. La modélisation sur 3 modèles murins de malabsorption du fructose (par régime riche en fructose, par délétion des gènes codant les transporteurs du fructose GLUT5 et GUT2) permettait d'induire une hypersensibilité viscérale associée à une augmentation de la perméabilité intestinale, deux anomalies déjà rapportées dans le syndrome de l'intestin irritable. L'étude des mécanismes physiopathologiques sous-jacents a permis d'écarter l'implication d'une inflammation de bas grade qui n'était pas retrouvée chez nos souris. L'augmentation d'activité élastase dans les selles de souris avec malabsorption du fructose était associée à l'hypersensibilité viscérale. Or il a déjà été démontré que l'activité protéasique pouvait être responsable d'une hypersensibilité viscérale et d'une augmentation de la perméabilité intestinale. Les récepteurs associés à la protéase-2 sont connus pour être associés à l'hypersensibilité viscérale et l'augmentation de la perméabilité intestinale. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail soulignent le rôle de la malabsorption du fructose, qui entraine la survenue d'une hypersensibilité viscérale et d'une augmentation de la perméabilité intestinale, dans le syndrome de l'intestin irritable. Un régime appauvri en fructose n'améliore pas de manière ciblée les symptômes des patients souffrant d'un syndrome de l'intestin irritable avec malabsorption du fructose. / Fructose intake has increased by up to 50 g per day in the USA and Western Europe. Fructose is increasingly incorporated in beverages, dairy products and canned, baked or processed foods worldwide. Fructose has been shown to trigger or worsen digestive symptoms not only in healthy volunteers, but also in patients with irritable bowel syndrome. The involvement of visceral hypersensitivity has been suspected but has never been assessed. The prevalence of fructose malabsorption in patients with irritable bowel syndrome in Western Europe remains poorly documented, due to the heterogeneity of available tests. Therefore, the first objective of this present work was to assess the prevalence of fructose malabsorption in patients with irritable bowel syndrome. We assessed fructose malabsorption with a fructose breath test, after a 25 g load. We systematically ruled out small intestinal bacterial overgrowth which could promote false positive. In our irritable bowel syndrome patients, 22% had fructose malabsorption. Young, male patients were more likely to have fructose malabsorption. We also assessed the association between fructose malabsorption and other abnormalities. We did not observe any association between low-grade inflammation (with faecal calprotectin dosage) or fructose malabsorption. In contrast, an association between fructose malabsorption and visceral hypersensitivity was evidenced. Low fructose diet is known to improve symptoms in patients with irritable bowel syndrome. The presence of fructose malabsorption could be predictive of the efficacy of a low fructose diet. The second objective of this work was to determine if an abnormal fructose breath test was a predictor of symptomatic response to low fructose diet in irritable bowel syndrome. Our study has confirmed the efficacy of low fructose diet on irritable bowel syndrome. However, the results of the fructose breath test had no impact on its efficacy. One explanation for this result could be the presence of other abnormalities (including visceral hypersensitivity) that were not addressed only with a diet. The last objective of this work was to model fructose malabsorption in mice, in order to identify the underlying mechanisms. We used three models of fructose malabsorption (high fructose diet, invalidation of GLUT5 and GLUT2 coding gene). In these models, fructose malabsorption induced visceral hypersensitivity and increased intestinal permeability, the two abnormalities being reported in irritable bowel syndrome. In our models, there was no low-grade inflammation. Increased elastase activity in mice faeces was associated with visceral hypersensitivity. Protease-activated receptor-2 is known to be associated with visceral hypersensitivity and increases intestinal permeability. Further works are warranted to determine the involvement of protease-activated receptor-2 in fructose malabsorption-associated visceral hypersensitivity. The results of this work underlined the role of fructose malabsorption in irritable bowel syndrome, in the onset of visceral hypersensitivity and increased intestinal permeability. A low fructose diet is not helpful to improve symptoms of irritable bowel syndrome with fructose malabsorption.