Cette thèse s’inscrit dans le projet OxHelease (ANR-TecSan 2011) qui vise à étudier l’impact de l’inhalation de l’hélium-oxygène sur la ventilation, l’oxygénation sanguine, le dépôt d’aérosol dans l’asthme et l’emphysème. Dans ce cadre, ce travail de thèse a consisté à mettre au point des méthodes d’imagerie par résonance magnétique pour quantifier les dépôts d’aérosols chez le rat. L’administration de médicaments par voie inhalée est une approche possible pour le traitement des maladies pulmonaires comme les broncho-pneumopathies chroniques obstructives. C’est également une voie intéressante pour l’administration systémique de médicaments en raison d’un transfert potentiellement rapide dans le sang. Néanmoins, le transport et les dépôts de particules dans les poumons sont complexes et difficiles à prédire, à cause de la dépendance de nombreux paramètres, tels que le protocole d’administration, la morphologie des voies aériennes, le profil respiratoire, ou encore les propriétés aérodynamiques du gaz et des particules. Pour mieux maîtriser cette voie d’administration de médicaments, des outils d’imagerie peuvent être utilisés. L’IRM est moins conventionnelle que d’autres approches pour caractériser le poumon, mais les progrès techniques et les multiples mécanismes de contraste exploitables peuvent être mis à profit pour ce faire.Pour obtenir un signal exploitable du parenchyme pulmonaire chez le rat, une séquence IRM à temps d’écho court a été mise en place sur un système clinique à 1,5 T. Cette technique a été combinée à une administration de courte durée d’un aérosol de chélate de Gadolinium en respiration spontanée. Le mécanisme de contraste principal utilisé est la modification du temps de relaxation longitudinale induisant un rehaussement du signal et qui permet d’estimer la concentration locale avec une résolution spatiale de (0,5 mm)3 et temporelle de 7,5 min permettant également de suivre l’élimination pulmonaire au cours du temps. La sensibilité de cette approche (seuil de détection de l’ordre de 20 µM) a été déterminée et pour cela des méthodes d’analyses spécifiques globales et locales incluant des segmentations, des analyses de distributions et des statistiques ont été développées. Après validation sur des rats sains, pour lesquels un rehaussement moyen de 50%, une distribution homogène de dépôt et une dose totale relativement faible (~1 µmol/kg de poids corporel) ont été observés, cette modalité d’imagerie a pu être appliquée chez des modèles asthmatiques et emphysémateux qui ont montrés des différences significatives de certains paramètres comme l’homogénéité des dépôts ou la cinétique d’élimination. Par ailleurs, des résultats préliminaires de mise en place d’une étude multimodale, où l’IRM est comparée à la tomodensitométrie et à l’imagerie nucléaire sur les mêmes animaux a été effectuée. Enfin, dans une optique d’évaluation de la faisabilité d’approches quantitatives par IRM, un système double noyaux proton-fluor pour déterminer la sensibilité de l’imagerie de gaz et d’aérosols fluorés a été implémenté et testé sur des rats.Ces approches par IRM ouvrent des perspectives pour permettre la caractérisation in vivo des dépôts de particules inhalées dans des conditions d’administration variées et leur sensibilité suggère un transfert potentiel chez l’homme / This PhD thesis is part of the OxHelease project (ANR-TecSan 2011) that aims to study the impact of helium-oxygen inhalation on ventilation, blood oxygenation, and aerosol deposition in chronic obstructive respiratory diseases, such as asthma and emphysema. In this context, this work consisted of developing magnetic resonance imaging methods to quantify aerosol deposition in rat lung.The inhalation of pharmaceutical aerosols is an attractive approach for the treatment of lung diseases such as chronic obstructive pulmonary diseases. This is also an interesting route for the treatment of systemic disorders with the potentially fast drug transfer into circulation. However, the transport and the deposition of particles within the lungs are complex and difficult to predict, since deposition patterns depend on a number of parameters, such as administration protocols, airway geometries, inhalation patterns, and gas and aerosol aerodynamic properties. Thus, understanding drug delivery through the lungs requires imaging methods to quantify particle deposition. MRI is less conventional than other approaches for lung characterization, but the technical advances and the multiple contrast mechanisms render lung imaging more feasible.To obtain exploitable signal from the lung parenchyma of the rat, an ultra-short echo (UTE) sequence was implemented on a 1.5 T clinical system. This technique was combined with a Gadolinium-based aerosol nebulization of short duration in spontaneously breathing rats. The main contrast mechanism used here is the modification of the longitudinal relaxation time yielding signal enhancement and allowing to assess the local concentration with a spatial resolution of (0.5 mm)3 and a temporal resolution of 7.5 min enabling to quantitatively follow up lung clearance. The sensitivity of this approach (with a detection limit close to 20 µM) was determined. To do so several specific processing methods were developed for local and total lung evaluation, including segmentation, distribution analysis and statistics. After validation in the healthy rats, for which a signal enhancement of 50% on average, a homogenous distribution of deposition and a relatively low total deposited dose (~1 µmol/kg body weight) were observed, this imaging modality could be applied in asthmatic and emphysematous animal models. Significant differences were obtained such as homogeneity of deposition or clearance. Moreover, preliminary results of a multimodal study, in which MRI was compared with computed tomography and with nuclear medicine imaging in the same animals, were obtained. Finally, in order to evaluate the feasibility of other potential quantitative MRI approaches, a dual-nuclei proton/fluorine system was implemented and tested in rats for determining the sensitivity of fluorine-based gas and aerosol imaging.These MRI strategies may be applied for the in vivo characterization of particle deposition inhaled under variable administration conditions. Their sensitivity suggests a feasible translation to human.

La fraction d'éjection du ventricule droit (FEVD) est un marqueur de survie en cas d'hypertension pulmonaire (PH), mais sa mesure est compliquée et fastidieuse. Le TAPSE (Tricuspid Annular Plane Systolic Excursion) est un bon indice de la FEVD mais il ne mesure que la composante longitudinale de la contraction ventriculaire droite. La fraction de variation surfacique du ventricule droit RVFAC (Right Ventricular Fractional Area Change) semble être un meilleur indice de FEVD car il prend en compte le sens longitudinal et transversal des éléments de la contraction du ventricule droit. Le but de notre étude était d'évaluer la performance RVFAC fonction de la sévérité hémodynamique chez les deux groupes de patients atteints de PH:l'hypertension artérielle pulmonaire (HAP) et l'hypertension pulmonaire thromboembolique chronique (CTEPH).Methodes: Soixante-deux patients atteints d'HTAP et CTEPH ont bénéficié d’un cathétérisme cardiaque droit et d’une IRM cardiaque dans un délai de 72 heures. Les surfaces ventriculaires droite et gauche a la fin de la diastole (RVEDA, LVEDA), la surface du ventricule droit a la fin da la systole (RVESA) et TAPSE ont été mesurés dans la vue quatre cavités. Le RVFAC (RVFAC=RVEDA-RVESA/RVEDA) et le rapport RVEDA/LVEDA ont été calculés. Le diamètre entre la paroi libre et le septum (DF-S) et le diamètre entre les parois antérieure et postérieures du ventricule gauche (DA-P) ont été mesurés et l'indice d’excentricité LV (IE) a été calculé (= DA-P / DF-S). Le RVEF a été calculée à l'aide de coupes jointives de 6 mm en petit axe du ventricule droit.Résultats: La population avait un âge moyen de 58 ans avec une majorité des femmes, la plupart des patients étaient en classe fonctionnelle III, 23 avaient des HAP) et 39 des CTEPH. La RVEF était faiblement corrélée aux variables hémodynamiques de la post-charge et de la fonction VD. Le RVFAC était plus fortement corrélée à FEVD (R2 = 0,65, p <0,001) que TAPSE (R2 = 0,35, p <0,001). Une FEVD <35% était mieux prédite par un RVFAC bas que par une diminution de TAPSE (TAPSE: AUC 0,73 et RVFAC: AUC 0,93, p = 0,0065). Nous avons divisé la population par la médiane de la résistance artérielle pulmonaire (RAP) et nous avons observé que dans le groupe avec la pire sévérité hémodynamique, cette différence a augmenté: dans le groupe avec PVR < 8,5 UW (RVFAC: R2 = 0,66, p <0,001 et TAPSE: R2 = 0,30, p =0,002) et dans le groupe avec PVR > 8,5 UW (RVFAC: R2 = 0,51, p <0,001 et TAPSE: R2 = 0,14, p = 0,041). Le groupe avec PVR> 8,5 WU avait un rapport RVEDA/LVEDA augmenté et une augmentation de l`indice excentricité. Les relations RVEF-RVFAC n’étaient pas différentes entre les groupes de HAP et CETPH.Conclusion: La fraction de variation surfacique du ventricule droit RVFAC fournit un reflet simple et fiable de la FEVD peut-être parce que contrairement à TAPSE qui ne prend en compte que le raccourcissement longitudinal, RFVAC prend également en compte la composante transversale de la fonction ventriculaire droite. / The right ventricular ejection fraction (RVEF) is a surrogate marker in pulmonary hypertension (PH), but its measurement is complicated and time consuming. The TAPSE (Tricuspid Annular Plane Systolic Excursion) is a good index of RVEF, though it measures only the longitudinal component of right ventricular contraction. The RVFAC (Right Ventricular Fractional Area Change) seems to be a better index of RVEF because it takes into account the longitudinal and the transversal components of right ventricular contraction. The aim of our study was to evaluate the RVFAC performance according to hemodynamic severity in two groups of patients with PH: pulmonary arterial hypertension (PAH) and chronic thromboembolicpulmonary hypertension (CTEPH).Methos: Sixty-two patients with PAH and CTEPH underwent right heart catheterization and cardiac MR in a 72-hour delay. The right and left ventricle end diastolic areas (RVEDA, LVEDA), the right ventricle end systolic area (RVESA) and TAPSE were measured in the four chamber view. The RVFAC (RVFAC=RVEDA–RVESA/RVEDA) and the RVEDA/LVEDA relationship werecalculated. The diameter between the left ventricle (LV) free wall and the septum (dL-S) and the diameter between the anterior and posterior walls (dAP) were measured and the LV eccentricity index (EI) was calculated (EI=dAP/dL-S). The RVEF was calculated by using 6 mm RV short axis cines.Results: The population had mean age of 58 years with female majority, most of the patients were in functional class III, 23 had pulmonary arterial hypertension (PAH) and 39 had chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH). The RVEF was weakly correlated to the hemodynamic variables of RV afterload and function. The RVFAC was morestrongly correlated to RVEF (R2=0.65, p<0.001) than TAPSE (R2=0.35, p<0.001). RVEF<35% was better predicted by RVFAC than TAPSE (TAPSE: AUC 0.73 and RVFAC: AUC 0.93, p=0.0065). We divided the population by the median of the pulmonary vascular resistance (PVR) and we observed that in the group with worse hemodynamic severity this difference increased: inthe group with PVR<8,5WU (RVFAC: R2=0.66, p<0.001 and TAPSE: R2=0.30, p=0.002) and in the group with PVR>8,5 WU (RVFAC: R2=0.51, p<0.001 and TAPSE: R2=0.14, p=0.041). The group with PVR>8,5WU had an increased RVEDA/LVEDA and an increased EI. There was no differences in the RVEF relationships between the groups of PAH and CETPH.Conclusion: The RVFAC was better correlated to RVEF than TAPSE in the groups with less severe and more severe hemodynamics. In patients with increased hemodynamic severity, with no difference in the performance in theHAP or CTEPH groups. RVFAC was a better index of RVEF possibly because it takes into account the transversal component of right ventricular function.

Le TRALI immunologique est un syndrome de détresse respiratoire aiguë rare, provoqué par la présence d’alloanticorps dans les produits transfusés. Il est classiquement étudié au moyen d’un modèle de souris qui reçoivent un anticorps monoclonal contre les molécules d’histocompatibilité de classe I, anti-H-2d. Or les mécanismes qui conduisent au TRALI restent encore largement incompris. Dans ce travail de thèse, je montre que l’inhibition des récepteurs P2X1 à l’ATP et du canal calcique TRPC6, diminue le développement des œdèmes péri-artériolaires pulmonaires lors d’un TRALI, suggérant un rôle des cellules musculaires lisses. Les expériences de déplétions cellulaires spécifiques montrent que les plaquettes et les neutrophiles ne sont pas nécessaires pour l’initiation du TRALI, contrairement à ce qui avait été montré par d’autres équipes. Les monocytes et/ou les macrophages sont par contre indispensables. J’ai aussi développé un modèle de TRALI immunologique utilisant des souris transgéniques pour le récepteur humain FcγRIIA, et un anticorps recombinant muni d’une partie Fc d’IgG1 humaine. Mes travaux montrent que le TRALI est plus sévère dans les souris transgéniques, accompagné d’une activation plus importante des plaquettes et des neutrophiles. Ce modèle permet d’envisager l’étude des mécanismes du TRALI sous un nouvel angle, plus proche de la physiopathologie humaine, ainsi que celle de la contribution des parties Fc des anticorps humains. / Immunological TRALI is a rare acute respiratory distress syndrome induced by the presence of alloantibodies in transfused products. A mouse model using a monoclonal antibody against the major histocompatibility complex class I, anti-H-2d, is usually used to study its mechanisms. Nevertheless, there is a lack in our understanding regarding the course of events. In this thesis, I show that the inhibitions of the ATP-gated receptor P2X1 and of the TRPC6 channel reduce the development of periarteriolar pulmonary edema occurring during TRALI, pointing to a role of smooth muscles cells. Specific cell depletions show that platelets and neutrophils are dispensable for TRALI initiation, in contrast to previous reports. Monocytes and/or macrophages are however necessary. I also developed a model of immune TRALI using transgenic mice expressing the human receptor FcγRIIA, and a recombinant antibody with a human IgG1-Fc fragment. My work reveal a more severe TRALI response in transgenic mice, with enhanced activation of platelets and neutrophils. This model allow a finer study of mechanisms underlying TRALI, moving towards the human actors of the pathology. We can also use this novel approach to assess the contribution of human Fc fragment.

De nouvelles approches quantitatives ou fonctionnelles d'imagerie de la BPCO (bronchopneumopathie chronique obstructive) sont possibles en scanner à 64 coupes par rotation. Elles impliquent l'utilisation de logiciels dédiés, permettant la quantification de l'emphysème ou la détection de shunts via le foramen ovale, plus fréquents dans la BPCO, par analyse des courbes de rehaussement auriculaire gauche.<br />Une autre approche est d'utiliser la synchronisation cardiaque, pour évaluer les structures d'intérêt à différentes phases du cycle cardiaque, ce qui donne une information fonctionnelle utile pour la détection de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) de la BPCO.<br />Le but de ce travail, organisé en 3 parties, a été d'évaluer la faisabilité et les performances diagnostiques obtenues avec ces nouvelles applications.<br />1- Quantification des volumes pulmonaires et du pourcentage d'emphysème<br />Nous avons évalué un logiciel protoytpe (Mevis Pulmo) qui permet un calcul des volumes pulmonaires et une quantification de l'emphysème, après segmentation pulmonaire et seuillage des densités. Les résultats peuvent être obtenus de façon globale, individuellement pour chaque poumon et séparément pour chacun des 5 lobes. Les limites anatomiques lobaires sont reconnues de façon automatique (quantification automatique) mais elles peuvent être corrigées si nécessaire (quantification semi-automatique).<br />Nous avons comparé quantification automatique, semi-automatique et visuelle selon un score classique en 5 grades, chez 47 patients présentant une BPCO sévère. Ces patients étaient évalués avant éventuelle réduction endoscopique, par un scanner sans injection en inspiration et expiration.<br />Il n'y a pas de différence significative du pourcentage d'emphysème estimé par quantification automatique et semi automatique (p>0.05 dans les 5 lobes). Les coefficients de corrélation intraclasse sont supérieurs à 0.8 (concordance excellente) sauf pour le lobe supérieur droit (0.68, bonne concordance) et le lobe moyen (0.53, concordance moyenne). La concordance avec le score visuel est bonne (kappa: 0.76; IC 95% 0.58 à 0.94).<br />Le logiciel utilisé permet également d'évaluer les volumes pulmonaires en inspiration et expiration et de les comparer aux volumes de référence en pléthysmographie. Le volume tomodensitométrique (TDM) inspiratoire est corrélé à la capacité pulmonaire totale (CPT) en pléthysmographie (r= 0.8, p< 0.0001) ; la différence moyenne est de -7.7% (valeurs extrêmes: -48.8 à 28.2%). Le volume TDM expiratoire est corrélé au volume résiduel (VR) (r=0.79, p< 0.0001) ; la différence moyenne est de 9.7% (valeurs extrêmes: - 17.9 à 43.3%). Le volume TDM expiratoire est également corrélé au Volume expiratoire maximal en 1 seconde (VEMS) (r=-55, p<0.0001). Le pourcentage d'emphysème est corrélé aux volumes TDM inspiratoire et expiratoire (r= 0.56 et 0.53, p< 0.0001) et au VEMS (r= -0.69, p<0.0001).<br />Le logiciel testé permet donc une quantification lobaire automatique fiable de l'emphysème et une mesure des volumes pulmonaires en TDM pertinente pour évaluer fonctionnellement la sévérité de la BPCO.<br />2- Détection de la perméabilité du foramen ovale en scanner 64 coupes non synchronisé<br />Cette étude a été menée prospectivement chez 105 patients évalués en échographie transoesophagienne (ETO) pour rechercher un foramen ovale perméable et qui donnaient leur consentement pour une exploration tomodensitométrique réalisée le même jour. Après injection de contraste au cours d'une manoeuvre de Valsalva, une acquisition couvrant toute la largeur du détecteur (28.8 mm) était centrée sur la fosse ovale, en continu toutes les 0.5 secondes pendant 7 secondes. Les 128 images résultantes ont été analysées visuellement, à la recherche d'une opacification auriculaire gauche précédant le retour veineux pulmonaire. Les courbes de rehaussement auriculaire gauche (Logiciel DynEva) ont été analysées à la recherche d'un pic précoce de rehaussement.<br />La perméabilité du foramen ovale est détectée avec une sensibilité globale de 55% (IC 95%, 0.38 - 0.70) et une spécificité de 98% (IC 95%, 0.91 - 0.99). Les performances dépendent du grade du shunt en ETO, utilisé comme gold standard. La sensibilité varie entre 28% pour les shunts de grade 1 et 91% pour les shunts de grade 4. L'analyse des courbes de rehaussement n'augmente pas la sensibilité du scanner. La dose moyenne requise est de 2.3 mSv.<br />Ces résultats permettent d'envisager d'associer la recherche de shunts de haut grade via le foramen ovale à l'analyse tomodensitométrique du parenchyme pulmonaire, dans des contextes d'hypoxémie inexpliquée ou paradoxale,<br />3- Proposition de nouveaux critères prédictifs d'HTAP en scanner multi coupes synchronisé<br />La synchronisation à l'ECG permet d'étudier des paramètres tels que la distensibilité artérielle pulmonaire, l'épaisseur du myocarde infundibulaire et les variations en systole et diastole des mensurations infundibulaires.<br />Ces paramètres ont été analysés dans 2 groupes de patients (groupe 1, 21 patients avec HTAP; groupe 2, 24 patients sans HATP) évalués par cathétérisme cardiaque droit dans le cadre de leur prise en charge clinique. Les données brutes des examens tomodensitométriques (TDM) ont été reconstruites en coupes de 1mm d'épaisseur jointives, tous les 10% du cycle cardiaque.<br />La distensibilité de l'artère pulmonaire droite est calculée à partir de mesures de la surface de section de l'artère, effectuées tous les 10% de l'intervalle R-R. A partir des 10 valeurs obtenues, la valeur maximale de surface de section (SSmax) et la valeur minimale (SSmin) sont repérées. La distensibilité est calculée par l'équation suivante : (SSmax-SSmin)/SSmax.<br />La distensibilité est également calculée selon une méthode simplifiée à partir de deux mesures l'une à 20% du R-R, l'autre à 80%. Ces fenêtres temporelles ont été identifiées comme celles où les valeurs extrêmes de surface de section sont observées dans les deux groupes de patients. L'épaisseur myocardique, le diamètre antéropostérieur et la surface de section infundibulaires sont mesurés en systole et diastole à 30% et 90% du R-R, 1 cm au dessous de la valve pulmonaire. Les mesures de ces paramètres montrent une bonne concordance inter observateur, à l'exception de l'épaisseur systolique infundibulaire. Les valeurs médianes sont significativement différentes pour les deux groupes de patients, à l'exception des dimensions diastoliques infundibulaires. La distensibilité artérielle pulmonaire est le paramètre pour lequel l'aire sous la courbe ROC est la plus large (0.951 ; IC 95%, 0.894 - 1) et qui apparaît le mieux corrélé à la pression artérielle pulmonaire (r=-073, p<0.0001).<br />La distensibilité calculée selon la méthode simplifiée a les mêmes performances. Ce paramètre pourrait être évalué en routine pour détecter l'HTAP chez les patients présentant une BPCO, afin de restreindre les indications de cathétérisme cardiaque droit, méthode d'exploration invasive.

Les hémorphines représentent une classe de peptides cryptiques bioactifs issus de la protéolyse de la chaîne ß de l'hémoglobine dont la présence in vivo a souvent été associée à des conditions physiologiques ou pathologiques particulières, comme les cancers. De ce fait, l'hypothèse d'utiliser ces peptides comme marqueur de pathologies avaient déjà été posé. Des études récentes au laboratoire ont montré que leur concentration sérique des hémorphines était diminuée chez les patients diabétiques. Nous avons travaillé sur une cohorte de 120 patients atteints de diabète de type 1 et 2 et nous avons étudié les différentes hypothèses permettant d'expliquer cette diminution : métabolisme des hémorphines, impact de la glycation de l'hémoglobine sur la libération des peptides. De plus, nous avons cherché à connaître le rôle de LVVH7 dans la signalisation insulinique. Les résultats obtenus suggèrent que la diminution de la concentration sérique des hémorphines de type 7 est spécifique du diabète mais que la glycation de l'hémoglobine n'a pas d'impact sur la libération des hémorphines. Parallèlement à cette étude, nous avons caractérisé les hémorphines de type 7 dans le microenvironnement du cancer broncho-pulmonaire. La cathepsine D, enzyme impliquée dans la libération de LVVH7 et VVH7 ainsi que dans le microenvironnement tumoral, a été étudié dans des cultures de lignées de cancers broncho-pulmonaires acidifiée et donc propice à la progression tumorale. Les résultats ont permis de confirmer la présence de la cathepsine D dans le surnageant de cultures des cellules cancéreuses. De plus, nous avons montré la libération d'hémorphines de type 7 dans des milieux de culture acidifiés.

Le développement de formes à libération prolongée destinées à ladministration pulmonaire est un domaine qui a, jusquà présent, été relativement peu étudié mais pour lequel il y a actuellement un intérêt croissant. Le but de notre travail est de développer une forme destinée à ladministration par inhalation qui libérerait de façon prolongée un agent bronchodilatateur. Dans le cadre de ce travail, les microparticules lipidiques solides (MLS) ont été choisies comme véhicule en vue de lobtention dune libération prolongée. Les MLS présentent en effet de nombreux avantages en termes de coûts de production, de stabilité et de biocompatibilité comparativement à dautres systèmes microparticulaires. Le salbutamol, principe actif ß2-mimétique choisi initialement pour cette étude, nétant pas suffisamment lipophile pour sincorporer de façon efficace dans les MLS, un dérivé plus lipophile du salbutamol, lacétonide de salbutamol (AS) a été synthétisé. Les caractéristiques physico-chimiques de lAS ont été déterminées, sa stabilité a été évaluée et des méthodes de dosage ont été mises au point. Des MLS vierges (non chargées en AS) ont tout dabord été produites après optimisation des paramètres de fabrication en vue dobtenir une taille adéquate pour ladministration par inhalation. Des études de tolérance au niveau pulmonaire effectuées in vivo sur des rats ont montré la biocompatibilité de ces MLS. Lactivité pharmacologique de lAS a été évaluée à la fois par des essais ex vivo de bronchodilatation sur organes isolés ainsi que par des essais daffinité (binding) envers les récepteurs ß1 et ß2-adrénergiques. Ces études nont malheureusement pas permis de conclure avec certitude quant à léventuel effet ß2-mimétique de lAS. Cependant, en raison de son caractère lipophile, lAS sera utilisé comme molécule modèle tout au long du processus de développement. LAS a donc été incorporé dans les MLS et les paramètres de production ont été étudiés et fixés par la méthodologie des plans dexpérience en vue doptimiser le pourcentage de particules possédant un diamètre géométrique convenant à ladministration par inhalation. La concentration en AS naffectant pas de façon significative la taille des MLS, celles-ci pourront être produites en utilisant la concentration en AS désirée. La caractérisation de ces MLS par microscopie électronique a montré que, lorsque la charge théorique initiale augmente, des cristaux dAS sont observés à lextérieur des MLS. Des essais de libération menés in vitro dans un premier temps puis ex vivo (en présence de fragments de poumons de porcs) ont permis de montrer une prolongation de la libération de lAS à partir des MLS comparativement à la libération à partir de mélanges physiques de MLS vierges et dAS. Ces résultats montrent la capacité des MLS possédant une taille pour administration pulmonaire, à libérer de façon prolongée la molécule qui y est incorporée. Cette libération est dautant plus prolongée que la charge en AS diminue. La présence denzymes pulmonaires na cependant pas modifié la cinétique de libération. Des poudres pour inhalation à base de MLS à 5% en AS ont été formulées en utilisant différents excipients porteurs et compétiteurs en différentes concentrations relatives. Les fractions respirables mesurées in vitro sont, dans le meilleur des cas, égales à 15%. Cependant, les MLS à 5% en AS administrées seules ont une fraction respirable proche de 25%. Leurs propriétés découlement savérant acceptables, il peut être envisagé dadministrer les MLS telles quelles en tant que poudre pour inhalation./ The sustained release of drugs for pulmonary delivery is a research field which has been so far rather unexploited but which is currently becoming increasingly attractive. The aim of this research work is to develop a pulmonary delivery system which will be able to sustain the release of a bronchodilator agent. Therefore, solid lipid microparticles (SLMs) were chosen in order to provide a sustained release to its incorporated substance. Indeed, this kind of drug carrier offers many advantages. In comparison with other microparticulate dosage forms, SLMs production costs are relatively low, they are physiologically compatible and their physical stability is well established. Salbutamol, a well-known short-acting ß2-adrenergic receptor agonist, was initially chosen for this study but this molecule proved to be not lipophilic enough to be efficiently incorporated into SLMs. Thats the reason why salbutamol acetonide (SA) was synthetized from salbutamol in order to get a more lipophilic molecule and thereby to increase the incorporation into SLMs. Then, the physico-chemical properties of SA were characterized, its stability was studied and chromatographic assays were developed. Drug free SLMs were produced using manufacturing parameters which were optimized in order to get particles with a suitable range of size for pulmonary administration. Tolerance studies were then carried out in vivo on rats to check SLMs biocompatibility in the respiratory tractus. Ex vivo tests using isolated organs were carried out in order to investigate the bronchodilating activity of SA. The obtained results were completed with a binding study to evaluate the affinity between SA on the one hand and ß1 and ß2-adrenergic receptors on the other hand. Unfortunately those studies didnt allow us to conclude about the possible ß2-mimetic activity of SA. Owing to its lipophilic character, SA will be used all along this research work as a model molecule for the development of SLMs as sustained release system for pulmonary delivery. SA was then incorporated into SLMs: the production parameters were studied using the methodology of experimental design in order to optimize the percentage of particles with a suitable diameter for pulmonary administration. It has been noticed that SA concentration does not affect significantly the particle size. So SLMs can be produced using the pre-established production parameters whatever the desired SA concentration. The characterization of the obtained SLMs-SA by scanning electron microscopy showed especially that SA crystals appear outside of the particles when the theoretical drug loading increases. Drug release studies were carried out both in vitro and ex vivo i.e. using fragments of porcine pulmonary tissues. These studies showed that SA release from SLMs is sustained in comparison with SA release from physical mixtures of drug free SLMs and SA. The obtained results tend to prove that produced SLMs are suitable carriers in order to get a sustained release of the incorporated substance. It has also been noticed that the release rate increases when the drug loading increases. Concerning the ex vivo studies, it may be concluded that the presence of pulmonary enzymes does not modify SA release profiles. Inhalation powders containing SLMs with 5% SA were finally developed using different carrier excipients and ternary agents at different relative concentrations. Respirable fractions were determined in vitro and proved to be at best equal to 15%. However, SLMs 5% SA have also been administered alone without any additional excipients. In this case, the obtained respirable fraction is close to 25%. Seeing that the flowability of SLMs 5% SA appeared to be acceptable, they could be administered just as they are as inhalation powder.

Summary: While multiple organs are affected in cystic fibrosis (CF) patients, chronic lung disease is the most severe clinical manifestation caused by chronic bacterial infection and concomitant airway inflammation. The sequence of events at the onset of pulmonary infection and inflammation is controversial and not fully characterized. The aim of this work was to highlight an early inflammatory state in CF airways before any infection and to investigate the molecular mechanisms underlying this intrinsic inflammation. We showed increased levels of pro-inflammatory proteins in the lungs of a CF fetus compared to the lungs of two normal fetuses. Using different CF cell models, we confirmed the over-production of numerous pro-inflammatory molecules. We then demonstrated that the transcription of these inflammatory genes is NF-kB and AP-1-dependent and that these transcription factors are activated through IKK and ERK kinase activation. We also identified that the IL-1b and bFGF inhibition, two pro-inflammatory proteins over-expressed in our CF models, decreased the expression of several pro-inflammatory genes. Among the molecules over-secreted by CF epithelial cells, chemokines such as IL-8, Gro-a, Gro-b, Gro-g and ENA-78 or growth factors such as VEGF and bFGF are know to be pro-angiogenic factors. We further demonstrated that conditioned media from CF epithelial cells were able to induce proliferation, migration and sprouting of cultured primary endothelial cells. Our data demonstrated that the absence of CFTR (CF transmembrane conductance regulator) at the plasma membrane leads to an intrinsic AP-1 and NF-kB activation. These activations lead to a pro-inflammatory state sustained through autocrine factor secretion and also through the angiogenic process induced by CF epithelial cells.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie orpheline, progressive, incurable, caractérisée par un remodelage intense de la paroi des artérioles pulmonaires résistives conduisant à l’augmentation des résistances vasculaires pulmonaires. Des anomalies génétiques associées à des mutations du gène codant pour le récepteur de type 2 de morphogenèse osseuse (BMPR2) ont été mises en évidence chez près de 70% des formes héréditaires d’HTAP. Dans le présent travail et ce à l’aide de cultures cellulaires primaires réalisées à partir de biopsies pulmonaires collectées chez des patients souffrant d’HTAP idiopathique et des sujets contrôles, nous nous sommes intéressés aux mécanismes responsables de l’hyperplasie des cellules musculaires lisses présente dans l’HTAP, plus particulièrement à l’implication de la voie angiopoîétine (Ang)/Tie2 dans la communication intercellulaire existant entre cellules endothéliales (CE) et cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires (CML-AP), ainsi qu’à la voie des BMP/BMPR2 chez des patients HTAP porteurs de mutations BMPR2. Contrairement aux expressions inchangées des Ang1 et Ang2, l’expression du récepteur endothélial Tie2 est augmentée tant au niveau pulmonaire que cellulaire dans l’HTAP. Les CML-AP isolées à partir de patients souffrant d’HTAP présentent in vitro un phénotype prolifératif accru et ce d’autant plus en présence de surnageants de culture collectés à partir de CE pulmonaires (CE-P). Cet effet prolifératif est d’autant plus intense que les CE-P proviennent de patients HTAP et qu’elles ont été préalablement stimulées par l’Ang1. La fluoxétine, un inhibiteur du transporteur de la sérotonine (5-HT) inhibe ces effets prolifératifs, alors que le bosentan, un antagoniste non sélectif des récepteurs A et B à l’endothéline (ET) n’a pas d’effet. De plus, l’activation du récepteur Tie2 induit la synthèse et la libération de 5-HT et d’ET1 par les CE-P isolées à partir de patients souffrant d’HTAP. La voie angiopoïétine/Tie2 joue donc un rôle central dans le dialogue croisé existant entre l’endothélium et le muscle lisse vasculaire pulmonaire et son activation contribue à la prolifération accrue des CML-AP responsable du remodelage vasculaire pulmonaire chez les patients souffrant d’HTAP idiopathique. L’expression du BMPR2 est diminuée tant au niveau pulmonaire, que cellulaire chez les patients souffrant d’HTAP et porteurs de mutations BMPR2. Dans ces CML-AP mutées, le BMP4 ne freine pas la prolifération et n’induit pas l’apoptose, normalement induites dans les cellules isolées à partir de contrôles et de patients souffrant d’HTAP non porteurs de mutations BMPR2. Ces particularités fonctionnelles sont associées à une activation de la voie p38MAPK et un défaut d’activation de la voie Smad. Parmi les 9 mutations BMPR2 étudiées, seule la mutation par délétion de 22 paires de bases dans le domaine transmembranaire ne présente pas ces particularités fonctionnelles. Des anomalies génétiques, telles les mutations BMPR2 concourent donc à une perte du contrôle de la prolifération cellulaire associé à l’activation de la voie p38MAPK, présentant les mutations BMPR2 étudiées, comme des facteurs de risque supplémentaires au développement de l’hyperplasie médiale dans l’HTAP.

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L'objectif de ce travail a été de concevoir et développer un nouveau radiopharmaceutique pour la scintigraphie de perfusion pulmonaire qui ne possède pas, contrairement aux radiopharmaceutiques dérivés de l'albumine humaine utilisés actuellement, le risque de transmission d'agents infectieux. Dans ce but, un nouveau système microparticulaire à base de polysaccharides d'origine végétale a été mis au point. Afin de pouvoir former des complexes stables avec le Technétium-99m, des microparticules d'amidon ont été modifiées par oxydation puis fonctionnalisées par un ligand polyaminé, la cadavérine. L'optimisation de la formulation a été réalisée à l'aide de plans d'expériences qui ont permis de qualifier l'influence des différents paramètres réactionnels et de modéliser la réaction de couplage entre le ligand et les microparticules d'amidon oxydé. Les microparticules obtenues ont été caractérisées et fait l'objet d'études in vitro et in vivo de stabilité du marquage par le Technétium-99m. Pour la formulation la plus prometteuse, des études de biodistribution et des études scintigraphiques sur l'animal sain et dans un modèle d'embolie pulmonaire ont été réalisées. Avec une taille moyenne entre 20 et 30 μm, une pureté radiochimique élevé (>95%), une formulation sous forme de kit prêt-à-l'emploi pouvant être stérilisés par rayonnement gamma et d'excellentes caractéristiques de stabilité du marquage in vivo et in vitro le nouveau système microparticulaire possèdent toutes les exigences d'un radiopharmaceutique performant pour la scintigraphie de perfusion pulmonaire.