Le Saccharopolyspora rectivirgula (SR) est le principal agent responsable du Poumon du fermier, une forme d'alvéolite allergique extrinsèque. Des modèles expérimentaux ont permis de mieux comprendre cette maladie qui est caractérisée par une réponse immune exacerbée et une lymphocytose pulmonaire marquée. Des cofacteurs, tels l'infection virale, sont probablement nécessaires au développement de la maladie puisque la majorité des sujets exposés demeurent asymptomatiques. Par contre, les mécanismes expliquant le maintient de la tolérance à l'antigène chez ces individus ou le développement de la maladie chez les patients sont inconnus. L'objectif premier de ce projet de doctorat était donc d'examiner le rôle potentiel des cellules T régulatrices (Trég) dans le contrôle de la réponse immune dans l'alvéolite chez la souris et chez l'humain. Chez la souris, nos résultats démontrent que, des expositions répétées à une préparation antigénique de SR induisent des Trég capables de supprimer la prolifération de cellules T activées. Des données similaires ont été obtenues chez les sujets asymptomatiques ce qui pourrait expliquer la réponse tolérante retrouvée chez ces individus. Notre modèle murin démontre également qu'une infection virale altère cette tolérance à l'antigène. À la suite d'une infection au virus Sendai, les Trég ne peuvent inhiber la prolifération de cellules T activées et ne contrôlent plus l'inflammation causée par des expositions subséquentes au SR. Des Trég non-fonctionnelles sont également observées chez les patients. Au cours de nos recherches, nous avons remarqué que la stimulation de la réponse immune par un lysat de SR protège contre une infection mortelle au virus Sendai. Nous avons caractérisé cet effet antiviral et démontré qu'une seule instillation d'une préparation antigénique de SR (200 pg) administrée de 24 à 120 heures avant l'infection virale protège efficacement le système pulmonaire en diminuant le nombre de cellules inflammatoires. Cette protection est efficace pendant une semaine. Cette thèse a donc permis de constater que l'inhalation de SR, selon l'historique des expositions et des co-infections, peut soit induire l'alvéolite ou générée une protection efficace contre l'infection virale.

Les pneumopathies acquises sous ventilation mécanique (PAVM) sont responsables d'une mortalité élevée. La nébulisation d'antibiotiques permet d'améliorer l'efficacité de leur traitement. Pour autant, aucune donnée pharmacocinétique portant sur la colistine et la gentamicine ne permet de recommander un schéma posologique particulier.Nous avons comparé les propriétés pharmacocinétiques plasmatique et intra-pulmonaire de la colistine (administrée sous forme de prodrogue, le colistiméthate sodique ou CMS) et de la gentamicine selon le mode d'administration (nébulisation ou perfusion intraveineuse) chez des patients de réanimation présentant une PAVM.Les concentrations intra-pulmonaires de colistine et de gentamicine étaient, respectivement, de 10 à 40 et 50 à 70 fois supérieures, après nébulisation, à celles retrouvées après administration d'une même dose par voie intraveineuse. La nébulisation permettrait également de limiter le risque de toxicité systémique avec une biodisponibilité inférieure à 10%.En assurant de fortes concentrations intra-pulmonaires et un faible passage systémique, la nébulisation de CMS et de gentamicine pourrait être une bonne alternative à leur administration intraveineuse dans le traitement des PAVM. / Ventilator-associated pneumonia (VAP) is associated with high mortality. Nebulization of antibiotics improves outcome of patient with VAP. However, pharmacokinetic data concerning colistin and gentamicin allowing for optimal dosing regimen recommendation are lacking.We compared systemic and pulmonary concentrations of colistin (administered as an inactive prodrug, colistin methanesulfonate or CMS) and gentamicin according to the route of administration (nebulization and intravenous infusion) in critically ill patients with VAP.Intra-pulmonary concentrations of colistin and gentamicin were 10 to 40-fold and 50 to 70-fold much higher after nebulization than after the same dose by intravenous route, respectively. Nebulization has also the theoretical potential advantage to improve patients' safety in relation to the colistin biodisponibility lower than 10%.With high intra-pulmonary concentrations and very low systemic absorption, CMS and gentamicin nebulization may be good alternatives to intravenous infusion for VAP treatment.

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Paris 12 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 86-92.

La teicoplanine est utilisée par voie intraveineuse (IV) dans le traitement de la pneumonie acquise sous ventilation mécanique (PAVM) à Staphylocoque aureus méticilline résistant. Nous avons évalué la faisabilité et les bénéfices de la nébulisation de teicoplanine en ventilation mécanique (VM) par rapport à la voie IV. L’administration d’un aérosol de teicoplanine chez le rat a permis d’obtenir des concentrations pulmonaires 48 fois supérieures à celles après IV et des concentrations plasmatiques inférieures à celles après IV. Après avoir mesuré l’influence des nébuliseurs sur les paramètres ventilatoires du respirateur, nous avons sélectionné le nébuliseur Aeroneb Pro®. Les propriétés bactériologiques de l’antibiotique ne sont pas altérées par le nébuliseur et l’exposition d’un modèle d’épithélium pulmonaire in vitro à des doses 100 fois supérieures à celles utilisées en IV n’a pas montré de cytotoxicité. L’étude réalisée sur la nébulisation de teicoplanine chez le porc en VM a montré un dépôt pulmonaire moyen de 18,1%. En conclusion, la nébulisation de teicoplanine pourrait etre envisagée comme une nouvelle arme thérapeutique dans la PAVM. / Nebulization of teicoplanin should be an alternative way of administration in Ventilator-associated pneumonia (VAP) caused by Methicillin-resistant staphylococcus aureus. We assessed the faisibility and advantages of nebulization of teicoplanin in mechanical ventilation. After a nebulization of teicoplanin in a rat model, the lung concentrations were more than 48 times higher than the lung concentrations following intravenous administration. In the next study, we used an Aeroneb Pro® nebulizer selected according to its safe properties with ventilator which was evaluated in a bench study. Any cytotoxicity was observed with high doses of teicoplanin and nebulization did not affect its pharmacological properties. In mechanically ventilated piglets, teicoplanin was administered efficiently by nebulization wih an aerosol delivery of 18.1% [16.3-27.0]. Pharmacokinetic parameters are particularly consistent with this time-dependent antibiotic and emphasize the potential of airways delivery of teicoplanin. In conclusion, nebulization of teicoplanin adds a further challenge to the development of aerosol therapy of antibiotics in VAP.

La broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) est une maladie inflammatoire chronique des voies aériennes dont le facteur de risque principal est l’exposition chronique à la fumée de cigarette. L’histoire de la maladie est fréquemment associée à une colonisation bactérienne des voies aériennes et ponctuée d’épisodes aigus d’exacerbation de la maladie associés à une morbi-mortalité importante. Ces exacerbations sont principalement d’origine infectieuses et plus particulièrement, associées à une bactérie dans 50 % des cas, majoritairement Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae et Moraxella catarrhalis. Le contrôle de ces infections bactériennes implique en particulier une réponse immunitaire de type Th17 efficace. Cette immunité Th17 médiée principalement par les cytokines IL-17A et IL-22 est impliquée dans la physiopathologie de la BPCO mais n’a été que peu étudiée dans le contexte des exacerbations. Notre hypothèse est que la réponse Th17 aux pathogènes est altérée dans la BPCO, mécanisme qui serait impliqué dans la susceptibilité aux infections respiratoires observée chez les patients.Différentes approches ont été utilisées pour tester cette hypothèse. Tout d’abord, une approche ex vivo, à partir de cellules mononucléées circulantes (PBMC) de patients atteints de BPCO comparées à celles issues de sujets sains non fumeurs et de sujets fumeurs sans obstruction bronchique, montrant un défaut de production par les PBMC des cytokines IL-17A et IL-22 mais également des cytokines IL-6 et IL-23 produites par les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) et impliquées dans l’activation de cette immunité Th17, en réponse à une activation par S. pneumoniae. Ensuite, une approche in vitro, avec un modèle de cellules dendritiques dérivées de monocytes (MDDC) exposées à la fumée de cigarette. Ces MDDC présentaient un défaut de maturation, de production de cytokines pro-Th17 et de leur capacité à activer une réponse Th17 lymphocytaire en réponse à S. pneumoniae. Enfin, une approche in vivo, utilisant un modèle murin de souris exposées de façon chronique à la fumée de cigarette confirmant ces résultats avec un défaut de réponse IL-17A et IL-22 mais également de production des cytokines pro-Th17 IL-1β et IL-23 par les CPA en réponse à S. pneumoniae. Dans ce modèle, l’apport d’IL-22 permettait d’améliorer la clairance bactérienne et de réduire les lésions pulmonaires, suggérant des possibilités thérapeutiques pour améliorer la prise en charge de ces exacerbations infectieuses.Ces trois approches permettent d’apporter des arguments forts en faveur d’un défaut de réponse Th17 au cours des exacerbations bactériennes de la BPCO, hypothèse confortée par d’autres travaux de notre équipe montrant dans le modèle murin d’exposition chronique à la fumée de cigarette la présence d’un défaut de production d’IL-22 dans la réponse à Haemophilus influenzae. Ces travaux qui doivent maintenant être d’une part, confirmés par une étude clinique incluant des patients atteints de BPCO en exacerbation, et d’autre part, complétés pour préciser l’impact sur les cellules lymphoïdes innées productrices de ces cytokines et sur la réponse de l’épithélium bronchique à l’infection, ouvrent la voies à des perspectives thérapeutiques dans la prise en charge de ces exacerbations bactériennes. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a chronic inflammatory disease of the airways mainly due to chronic exposure to cigarette smoke. Evolution of the disease is often associated with bacterial colonization of the airways and punctuated by acute exacerbation of the disease with a frequent related morbi-mortality. These exacerbations are mainly due to infection and almost 50 % are associated with bacteria, often Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae and Moraxella catarrhalis. Th17 immune response is particularly involved in control of bacterial infection and is principally mediated by IL-17A and IL-22 cytokines. This Th17 inflammation is involved in COPD physiopathology but there is paucity of data focusing on this immune response during COPD exacerbations. Our hypothesis is that Th17 immune response to pathogens is defective in COPD leading to airways infection susceptibility.We have tested our hypothesis by different approaches. First, the ex vivo responses to Streptococcus pneumoniae of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from COPD patients, healthy non smokers and healthy smokers were compared showing decreased production of IL-17A and IL-22 but also of pro-Th17 cytokines IL-6 and IL-23 which are produced by antigen presenting cells (APC). Second, we used an in vitro model of monocyte-derived dendritic cells (MDDC) exposed to cigarette smoke showing a defective MDDC maturation, pro-Th17 cytokines production and ability to promote T-cells Th17 response, in response to S. pneumoniae. Finally, an in vivo murine model of mice chronically exposed to cigarette smoke showing defective production of IL-17A and IL-22 but also of pro-Th17 cytokines IL-1β and IL-23 produced by APC, in response to S. pneumoniae. In this model, supplementation with IL-22 restored bacterial clearance and limited lung alterations suggesting therapeutic opportunities to improve infectious COPD exacerbation management.Altogether, these results strengthen our hypothesis of a defective Th17 immune response during bacterial COPD exacerbations. They are comforted by other studies in our team showing a defective IL-22 production in response to Haemophilus influenzae in our in vivo model of mice chronically exposed to cigarette smoke. Now we have to confirm these results in a clinical trial including COPD patients in exacerbation and to further explore the impact on innate lymphoid cells, which produced these cytokines, and on the innate immune response of epithelial cells to infection, in order to develop new infectious COPD exacerbation therapeutics.

En réanimation, les facteurs de risque d’infection à bactéries résistantes sont nombreux et il est nécessaire d’instaurer une antibiothérapie rapide et adéquate. Cela conduit donc souvent au choix empirique d’antibiotiques à large spectre. Ce travail de thèse regroupant quatre études porte sur les éléments de ce choix. Dans la première étude, les critères de "pneumopathie associée aux soins" sont discutés. Dans la seconde, il est rapporté que le traitement antibiotique prescrit au début du séjour en réanimation est associé à l’acquisition de Pseudomonas aeruginosa. Dans le diagnostic d’une pneumopathie acquise sous ventilation, la troisième étude décrit une technique rapide d’antibiogramme permettant une désescalade antibiotique plus précoce. La néphrotoxicité des aminoglycosides dans le traitement empirique des patients en sepsis sévère est présentée dans la dernière étude. Ces travaux participent à la bonne gestion des antibiotiques à la phase empirique du traitement des infections sévères en réanimation. / Intensive care units (ICU) are a niche for risk factors of infection due to multidrug resistant bacteria. ICU patients are in a need for a rapid and adequate antibiotic therapy. This leads ICU physicians to use empirical broad spectrum antibiotics. This thesis comprises four studies which focus on the empirical step of the treatment. In the first study, the criteria for "health-care-associated pneumonia" are discussed. The second shows that the antibiotic selection pressure administered early during the ICU stay could lead to Pseudomonas aeruginosa acquisition. In the third study, a rapid direct specimen testing method was assessed for ventilator-associated pneumonia diagnosis in order to hasten antibiotic de-escalation. Finally, a review on aminoglycosides’ nephrotoxicity in the severe sepsis setting represents the fourth study. These studies bring a loop forward into the understanding of the antibiotic stewardship of patients with severe sepsis, with particular focus on the empirical antibiotic treatment.

Les complications respiratoires restent la première cause des complications postopératoiresen chirurgie thoracique oncologique. Le développement des ces complications sont le plussouvent de nature infectieuse. Leur fréquence reste élevée (30 %) et représente la premièrecause de mortalité hospitalière. Des données récentes suggèrent que ces complicationsrespiratoires soient liées à une colonisation périopératoire des voies aériennes. Plusieurstravaux fondés sur l’analyse phénotypique de mise en culture traditionnelle démontrentl’existence d’une colonisation bronchique proximale chez près de 40 % des malades.Néanmoins, les liens entre colonisation et complications respiratoires restent controversés.Une des principales limites demeure les méthodes de cultures employées qui ne permettentl’identification que d’une faible partie (< 1%) des espèces microbiologiques potentiellementexistantes dans la biosphère. Nous avons formulé l’hypothèse que des techniques debiologie moléculaire d’amplification universelle des ADN présents dans les échantillonssuivies du clonage des produits de PCR et du séquençage de ces clones, appliquées à deséchantillons obtenus des bronches distales et de biopsies pulmonaires, permettraientl’identification de pathogènes bactériens, viraux ou émergents. Nos résultats suggèrent quel’identification précise et exhaustive de ces colonisations ne peut être réalisée que par uneapproche moléculaire moderne, innovante et systématique. Cette approche permetd’envisager, d’une part, un lien plus précis entre colonisation et complications respiratoires etd’autre part, l’identification de pathogènes difficilement cultivables ou émergents. / Postoperative respiratory complications remain the most frequent and seriouscomplications, as well as being the primary cause of hospital death after thoracic oncologicsurgery. Their incidence is relatively high and concern near 30 % of patients submitted forsurgery. These complications are notoriously infectious and airways colonizations (AWC)have been suggested to be an essential first step in the pathogenesis of this respiratorymorbidity. Previous studies have documented that AWC are presents in near 40 % of cases.However, correlation between AWC and respiratory complications remains controversial.One of the limits is the traditional phenotypic methods of cultures that precludes for definitiveconclusions when considering that majority of microbiological species required modern andinnovating techniques of culture to be identified. Recent data have demonstrated that 99% oforganisms seen microscopically are not cultivated by routine techniques and requiredmolecular techniques to be identified. We have postulated that instead of culture test,molecular detection (DNA genes amplification and sequencing of the bacterial 16S ribosomalRNA) applied to distal bronchial samples or to lung biopsies, should allow identifyingbacteria, virus or emerging pathogens. Our results suggest that molecular cultureindependenttechniques applied in the context of AWC will provide in the future a greatopportunity to precise correlation between colonization and respiratory complications and tothe other hand, to discover new and/or emerging pathogens that are currently unknown.

La BPCO se traduit rapidement par l'apparition d'une susceptibilité aux infections liées aux atteintes des mécanismes de défense du poumon. Les travaux antérieurs de l’équipe montrent qu'une altération de la réponse IL-17/IL-22 et de la fonction des cellules dendritiques (DC) participe au développement de l’exacerbation de la BPCO par les bactéries. Les mécanismes responsables de ce défaut de réponse ne sont pas élucidés. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux points suivants :1-Mécanismes cellulaires responsables du défaut de production d'IL-17 et d'IL-22 au cours de l'infection.Les cellules présentatrices d'antigène (APC) et en particulier, les DC jouent un rôle essentiel dans la réponse antimicrobienne, par leur fonction de phagocytes et par l’activation et la polarisation de cellules immunitaires innées et adaptatives. Sur des modèles murins d’exacerbation de la BPCO par Streptococcus pneumoniae ou Haemophilus influenzae non typable (NTHi), nous avons réalisé des tris de macrophages, DC et monocytes inflammatoires du poumon par cytométrie en flux. Ces analyses montrent que les cellules APC pulmonaires présentent des altérations fonctionnelles aboutissant à une limitation de leur capacité à polariser la réponse Th17 de Lymphocytes T CD4+. Une analyse transcriptomique est également effectuée sur les ARN des APC triées afin de préciser les altérations fonctionnelles de ces cellules par rapport aux souris contrôles.2-Rôle des cytokines IL-20 dans la susceptibilité à l'infection et l'exacerbation de la BPCO Myles et al ont montré en 2013 que les cytokines IL-20 (IL-19, IL-20 et IL-24) jouent un rôle délétère dans la réponse immunitaire cutanée contre Staphylococcus aureus par un mécanisme impliquant une inhibition indirecte d’IL-17 produite par les cellules T. La fonction des DC peut être affecté par l'environnement cytokinique. Comme les cytokines IL-20 sont surexprimées chez les souris BPCO, notre objectif a été de définir leur rôle au cours de l'exacerbation de la BPCO et l'impact de ces cytokines sur les DC dans ce contexte.Dans notre modèle d’exacerbation de la BPCO, nous avons bloqué cette voie en neutralisant l'IL-20RB qui est commune aux 2 récepteurs de ces cytokines afin d’étudier leur impact sur l'exacerbation et sur la réponse immune associée, notamment la réponse IL-17/IL-22. En parallèle, nous avons analysé la modulation de la fonction des DC humaines par ces cytokines dans un contexte d'infection bactérienne. Nos résultats montrent que le traitement avec l'anticorps bloquant anti-IL-20RB permet de bloquer le développement de l'exacerbation de la BPCO en diminuant la charge bactérienne et l'inflammation associée. Cet effet est associé à une diminution importante de la mobilisation des DC dans le poumon mais sans affecter sur la réponse IL-17/IL-22. In vitro, les cytokines IL-20 sont produites par les DC dans un contexte infectieux. De plus, ces cytokines sont capables de diminuer l'activation des ces cellules par les bactéries et de réduire leur capacité à activer les Lymphocytes T dans ce contexte.3-Capacité d'un immunostimulant à restaurer la réponse IL-17/IL-22, et à limiter le développement de l'exacerbation.L’utilisation d’immunostimulant dont la flagelline (agoniste du TLR-5, principale composante du flagelle bactérien) est souvent proposé comment pouvant promouvoir la réponse immunitaire des muqueuses et en particulier la réponse IL-17/IL-22. Nous avons analysé la capacité de cet agoniste du TLR-5 à améliorer la réponse à S. pneumoniae et NTHi dans notre modèle d’exacerbation de la BPCO.Le traitement par la flagelline permet de limiter les conséquences de l'infection bactérienne chez les souris BPCO en diminuant l'inflammation et les lésions pulmonaires associées. L'effet de ce ligand de TLR est au moins en partie dépendant de la production d'IL-22._A terme, ces données permettent d'envisager de nouvelles options thérapeutiques pour le traitement des exacerbations de la BPCO. / Patients with COPD often presented a susceptibility to respiratory infections. Previous works in our lab have showed that a defect of IL-17/IL-22 response and an altered dendritic cell (DC) function is involved in COPD exacerbation with bacteria. However, the mechanism responsible for this defect is not elucidated yet. In order to better define these mechanisms and to develop new therapeutic approaches against COPD exacerbation, we focused on the following points during this PhD project:1-Cellular mechanisms responsible of the defect of IL-17 and IL-22 production during infection in COPD.Antigen presenting cells (APC) particularly, DC are essential in antimicrobial immune response since they are professional phagocytes able to engulf and kill bacteria, but also by their essential role in the polarization of innate and adaptive immune responses. We worked on COPD exacerbation mice model infected with Streptococcus pneumoniae or Nontypeable Haemophilus influenzae (NTHi). APC including macrophages, DC and inflammatory monocytes were sorted by flow cytometry for phenotype and functional analysis. We found an altered function of these lung APC showing limited capacity of Th17 polarization. Transcriptional analysis on total RNA from sorted APC is performed to decipher the mechanisms involved in this functional alteration regarding to control mice.2-The role of IL-20 cytokines in the susceptibility to infection during COPD exacerbation.Myles et al showed in 2013 that IL-20 cytokines (IL-19, IL-20 and IL-24) are deleterious in skin immune response against Staphylococcus aureus. Indeed, these IL-20 cytokines indirectly inhibited IL-17 produced by T cells. The function of DC is also controlled by the presence of cytokines in the microenvironment. Because IL-20 cytokines are overexpressed in COPD, we aimed to determine their role during COPD exacerbation and the impact on DC.We used IL-20RB (common subunits of the 2 receptors) neutralizing antibodies to blocked IL-20 cytokines in COPD exacerbation mice model. We analyzed the impact of this treatment on the immune response, more particularly IL-17/IL-22 response. In addition, we analyzed the modulation of human monocyte derived DC (MDDC) function by IL-20 cytokines in the context of bacterial infection.Our results shows that treatment with IL-20 RB neutralizing antibodies limited COPD exacerbation by reducing the bacterial burden and the associated inflammatory response. This process was associated to reduced number of DC in the lung without impacting IL-17 and IL-22 production. In vitro, MDDC produced IL-20 cytokines upon bacterial infection. Additionally, these cytokines impaired MDDC activation following bacterial infection, which was associated to a reduced capacity of MDDC to activate T lymphocytes.3-The possibility to restore IL-17 and IL-22 response with immuno-stimulants in order to limit the development of COPD exacerbation.Flagellin (a TLR-5 agonist, the main component of bacterial flagellum) is an immuno-stimulant often used to promote mucosal immune response. This activity is related to its ability to promote IL-17 and IL-22 production. In this PhD work, we analyzed the capacity of this TLR-5 agonist to improve the immune response during S. pneumoniae and NTHi infection in COPD exacerbation mice model.Flagellin treatment reduced the bacterial burden and limited the consequences of bacterial infection in COPD mice, by lowering the inflammation and the associated lung remodeling. We also found that the immunomodulatory effect of flagellin was at least partially IL-22 dependent.Finally, these data allow to identify new therapeutic tools potentially useful for the treatment of COPD exacerbations.