La circulation pulmonaire est un système à faible pression (entre 10 et 15 mmHg au repos). Son principal rôle est la ré-oxygénation du sang qui permet l’apport aux organes du dioxygène nécessaire à leur fonctionnement. L’hyperTension Pulmonaire (HTP) est l’une de ses principales pathologies. Il s’agit d’une maladie rare engageant le pronostic vital du patient, définie par une pression artérielle pulmonaire moyenne supérieure ou égale à 25 mmHg au repos. Elle s’explique par une augmentation des résistances vasculaires pulmonaires liée, entre autres, au remodelage artériel présent dans cette pathologie participant à la diminution de la lumière artérielle. En effet, chez les patients atteint d’HTP, les trois tuniques formant l’artère (intima-media-adventice) voient leur structure se modifier. La plupart des travaux portent sur le remodelage de la media, mais de plus en plus d’études montrent que les premières altérations observées se situent au niveau de l’adventice. Plus précisément, les fibroblastes, les cellules majoritaires de cette tunique, agiraient comme régulateur clé de la fonction vasculaire pulmonaire. En réponse à un stress extérieur tel que l’hypoxie (à l’origine de certaines formes d'HTP), elles seraient les premières cellules à s’activer d'où leur dénomination par certains de « cellules sentinelles ». Cette activation se manifeste entre autres par des changements phénotypiques (différenciation en myofibroblastes), leur prolifération, leur migration, et la surproduction de protéines de la matrice extracellulaire. Ainsi les fibroblastes participent directement au remodelage artériel global observé dans l’HTP. Le calcium est connu pour réguler un grand nombre de voies de signalisation cellulaire impliquées dans les phénomènes précédemment cités. Au laboratoire, l’implication du canal TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid 4), un canal non sélectif perméable aux ions Ca2+, a déjà été montré concernant le remodelage de la media. L’activation du canal, amplifiée en situations pathologiques, participe à la migration et à la prolifération des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires. Aussi, des données de la littérature montrent que TRPV4 joue un rôle important dans l’activité délétère des fibroblastes dans les sclérodermies, les fibroses pulmonaire et cardiaque. Il nous a donc semblé intéressant d’étudier l’implication des fibroblastes et du canal TRPV4 dans le remodelage adventitiel artériel lors de l’hypertension pulmonaire. Pour ce faire, nous nous sommes intéressés, dans une première partie, à l’implication du canal TRPV4 dans ce remodelage au niveau tissulaire. Nous avons ainsi montré, à l’aide de deux modèles animaux hypertendus, un induit par l’injection de monocrotaline et l’autre induit par une exposition hypoxique chronique, que la protéine TRPV4 est surexprimée dans l’adventice alors que son remodelage est significativement atténué chez des souris invalidées pour le gène trpv4. Dans un second temps, nous avons alors étudié le rôle de ce canal dans les réponses cellulaires impliquées dans le remodelage adventitiel. Pour cela nous avons mis au point la culture de fibroblastes d'adventice d'artères intrapulmonaires de rats. Puis par une approche pharmacologique (activateurs et bloqueurs du canal) et à l’aide de siRNA, nous avons montré que l’activation du canal TRPV4 favorise la prolifération (par incorporation de BrdU) et la migration (par test de brèche) des fibroblastes, ainsi que leur activité profibrotique avec la surproduction de matrice extracellulaire (MEC) (par quantification de l’expression protéique par Western blot). Il serait désormais intéressant de cultiver les fibroblastes en mimant in vitro les conditions pathologiques, en les plaçant dans un environnement hypoxique et/ou en les soumettant à un étirement chronique, et d’évaluer l’impact de l’HTP sur le canal et ses actions cellulaires. / Pulmonary circulation is a low pressure system (between 10 and 15 mmHg at rest). Its first role is blood oxygenation which allows to carry dioxygen to the organs fontionnality. Pulmonary Hypertension (PH) is one of the main pulmonary diseases. It is a rare and potentially fatal disorder, defined by a high arterial pulmonary mean pressure (greater than or equal to 25 mmHg at rest). This high pressure can be explained by the elevation of pulmonary arterial resistance and related to narrowing of the lumen of the artery, induced, among other, by the arterial remodeling in this pathology. Indeed, during the pathology implementation, the structure of the all three layers constituting the artery wall (intima-media-adventitia) is altered. The media and intima have received much attention from vascular biologists, howewer an increasing volume of experimental data indicates that this third compartment undergoes earlier and dramatic remodeling during PH. More specifically, the fibroblasts, the most abundant cells in adventitia, may act as key regulator of pulmonary vascular wall structure and function from the "outside-in". The fibroblasts may play the role of “sentinel cell” in the vessel wall. In responding to various stimuli, these cells are the first artery wall cells to show evidence of “activation” as proliferation, myofibroblast differenciation, migrationand invasion in the other wall layer, and extracellular matrix production. That way, fibroblasts participate directly to the overall artery remodeling observed in PH. Calcium is involved in numerous cellular signalling pathways such as those previously described. In the laboratory, we already proved that TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid) channel, a non-selective cationic channel calcium permeable, is involved in media remodeling. Moreover, several datas show that this channel play an important role in diseases in which we observe a negative role of fibroblast such as sclerodermia, cardiac and pulmonary fibrosis. Considering these results, we were interested in the role of TRPV4 in fibroblast during PH more precisely in the adventitial remodeling process observed in this pathology. We first demonstrated the involment of TRPV4 in the adventitia remodeling regarding the tissue. Using two different animal models of PH, chronic hypoxia and monocrotalin models, we identified that this protein was up-regulated in sick rats and the mouse knock-down for this gene developed attenuated PH and adventitia remodeling compare to the control. Then we studied the role of TRPV4 in the mechanism leading to the adventitia remodeling. Thanks to pharmacological molecule and siRNA we proved that activation of TRPV4 increased proliferation (BrdU assay), migration (wound assay) and fibrotic activity such as excessed production of extracellular matrix (using western blot analyse) of the fibroblasts. With all these results, it would be interested to culture fibroblasts in hypoxic conditions and/or subjecting themselves to chronicle stretch to imitate HTP pathology and evaluate TRPV4 role in these conditions

La voie RhoA/Rho-kinases (ROCK) joue un rôle important dans la physiopathologie de l’hypertension pulmonaire (HTP) par son implication dans le dysfonctionnement endothélial, la constriction et le remodelage des vaisseaux pulmonaires. Selon les classifications internationales, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la pneumopathie infiltrante diffuse (PID) sont deux causes fréquentes d’HTP ayant en commun plusieurs mécanismes physiopathologiques dont le dysfonctionnement endothélial, le remodelage vasculaire et la fibrose parenchymateuse. Les objectifs de ce travail étaient d’étudier le rôle de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la BPCO et de la PID avec ou sans HTP et de préciser les anomalies moléculaires liées à la perturbation de la signalisation de cette voie dans chacune de ces situations.Le dysfonctionnement endothélial est un événement essentiel dans l’initiation et la progression de la BPCO. L’activation de la voie RhoA/ROCK dans le dysfonctionnement endothélial systémique et pulmonaire a été mise en évidence chez les tabagiques avec ou sans BPCO. Les résultats de notre première étude montrent l’existence d’une activation de la voie RhoA/ROCK au niveau des artères pulmonaires chez les patients BPCO ayant un dysfonctionnement endothélial, et une corrélation entre l’activité de la RhoA et l’expression génique et l’activité de la NO synthase endothéliale (NOS-3).L’HTP est une complication grave des PID. Nous avons montré dans notre deuxième étude l’implication de la voie RhoA/ROCK dans la réponse inflammatoire et la fibrose pulmonaire (FP) dans un modèle murin de PID induite par injection intratrachéale de bléomycine (BLM). Nous avons ensuite testé l’effet préventif du fasudil, un inhibiteur des ROCK, sur l’apparition de la FP et l’HTP expérimentales induites par la BLM. Les résultats de cette deuxième étude montrent que la FP et l’HTP sont associées à une activation de la voie RhoA/ROCK dans ce modèle murin et que le fasudil inhibe la réponse inflammatoire, la FP et l’HTP, via l’inhibition de la phosphorylation de Smad2/3 de la voie de signalisation par le TGF-β1.La FP et l’HTP représentent deux causes principales de mortalité liée à la sclérodermie systémique (ScS). Nous avons étudié le rôle de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la fibrose cutanée et l’atteinte pulmonaire dans un modèle murin de ScS induite par injection intradermique d’acide hypochloreux (HOCl). Les résultats de cette troisième étude montrent l’association entre la fibrose cutanée induite par l’HOCl et l’activation de la voie RhoA/ROCK au niveau de la peau, et l’effet préventif du fasudil sur la fibrose cutanée et pulmonaire, en partie via l’inhibition de la phosphorylation de Smad2/3 et de l’activation des protéines ERK1/2. Ces résultats suggèrent l’implication de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la BPCO et de la PID avec ou sans HTP. La voie RhoA/ROCK pourrait de ce fait représenter une nouvelle cible thérapeutique dans la BPCO et la PID avec ou sans HTP.Mots-clés : RhoA, Rho-kinases, fasudil, BPCO, fibrose pulmonaire, hypertension pulmonaire. / The RhoA/Rho-kinases (ROCK) pathway plays a pivotal role in the pathophysiology of pulmonary hypertension (PH) as its abnormal activation leads to endothelial dysfunction, sustained vasoconstriction and pulmonary vascular remodeling. According to the international classification of PH, chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and interstitial lung disease (ILD) represent two main causes of PH associated with chronic respiratory diseases. These two causes have in common major pathophysiological mechanisms such as endothelial dysfunction, vascular remodeling and interstitial fibrosis. The aims of the present study were to investigate the role of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of lung vascular and interstitial injuries in COPD and ILD with or without development of PH, and to study the molecular mechanisms associated with regulation of the RhoA/ROCK pathway in each of these situations.The pulmonary endothelial dysfunction is an essential event in the initiation and progression of COPD. Although the role of the RhoA/Rho-kinase pathway in pulmonary endothelial dysfunction has been demonstrated in smokers with normal lung function, little is known about its role in patients with COPD. The results of our first study demonstrated an increase in RhoA and ROCK activity in pulmonary arteries of patients with COPD, simultaneously with an altered pulmonary endothelial-dependent vasodilation. The increased RhoA activity in patients with COPD was correlated with an impairment of the gene expression and activity of endothelial NO synthase (eNOS).PH associated with pulmonary fibrosis (PF) considerably worsens prognosis of ILD. The results of our second study showed an activation of the RhoA/ROCK pathway in lung tissues of mice intoxicated by intratracheal instillation of bleomycin (BLM). BLM induced severe PF and PH in mice, associated with an increased RhoA and ROCK activity in the lung. We further demonstrated that long-term treatment with fasudil, a selective ROCK inhibitor, reduced BLM-induced lung inflammation, lung fibrosis and PH in mice, at least in part, via inhibition of Smad2/3 phosphorylation in TGF-β1 signaling.PF and PH represent two leading causes of death in patients with systemic sclerosis (SSc). In our third study, we investigated the role of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of skin fibrosis and lung injuries in a murine model of SSc induced by intradermal injection of hypochlorous acid (HOCl). We demonstrated that HOCl-induced skin fibrosis was associated with an activation of the RhoA/ROCK pathway in the fibrotic skin, and that long-term treatment with fasudil reduced both skin and lung fibrosis through inhibition of the phosphorylation of Smad2/3 and ERK1/2 in the fibrotic skin.These results suggest the implications of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of lung vascular and interstitial injuries in COPD and ILD with and without development of PH. The RhoA/ROCK pathway might be a promising therapeutic target for patients with COPD or ILD with and without PH.

Introduction : Les pneumopathies interstitielles diffuses (PID), incluant les fibroses pulmonaires idiopathiques (FPI), sont des pathologies rares et sévères. Dans moins de 20% des cas, un défaut moléculaire d'un gène du complexe des télomérases ou du surfactant est identifié. L'objectif de ce travail a été de documenter, dans une cohorte de patients pédiatriques et adultes présentant une PID sans cause identifiée, des variations des gènes codant les protéines du surfactant (SP), en particulier SP-A1, SP-A2 et SP-D. Méthodes : Les gènes SFTPA1, SFTPA2 et SFTPD, ont été séquencés et les variations identifiées ont été étudiées par des analyses fonctionnelles et tissulaires. Résultats : Dans une cohorte de 345 patients, une mutation hétérozygote du gène SFTPA1 (p.Trp211Arg) a été identifiée dans une large famille. Les patients présentaient des PID de l'enfant et des PID/FPI l'adulte, associées pour certains à des adénocarcinomes pulmonaires. La mutation W211R concernait un acide aminé invariant au cours de l'évolution et altérait la sécrétion de SP-A1 et l'expression tissulaire de SP-A. Cinq nouvelles variations de SFTPA2 ont aussi été identifiées. Au total, une variation de l'un des gènes du complexe du surfactant a été retrouvée pour 7,5% des patients. Conclusion : Cette étude a permis d'impliquer pour la première fois le gène SFTPA1 dans les PID de l'enfant et de l'adulte. L'association entre les mutations de SFTPA1 et SFTPA2 et un risque plus élevé de cancers pulmonaire soulève la question d'un conseil génétique complexe, et ouvre des hypothèses physiopathologiques nouvelles ciblant, entre autres, les anomalies de prolifération et de réparation de la surface alvéolaire. / Background: Idiopathic interstitial pneumonias (IIP) comprise a heterogeneous group of rare lung parenchyma disorders with high morbidity and mortality. In adults, the most common form of IIP is idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). A genetic cause is identified in up to 20% of cases, telomerase and surfactant genes mutations being the first etiologies. This study aims to investigate the implication of the genes encoding the surfactant protein (SP), in particular SP-A1, SP-A2, and SP-D, in pediatric and adult patients with unexplained IIP.Methods: Surfactant genes, in particular SFTPA1, SFTPA2 and SFTPD, were sequenced. New variations were studied with functional and tissues experimentations. Results: The study involved 345 patients. A heterozygous missense mutation (p.Trp211Arg) in SFTPA1 was identified in a large family. The IIP were isolated or associated with an adenocarcinoma of the lung in patients with IPF. The W211R mutation involves an amino-acid that is invariant throughout evolution, impairs SP-A1 secretion, and is associated with an abnormal tissue expression of SP-A. Five new SFTPA2 mutations were also identified, and all together, a surfactant gene variation was described for 7.5% of the patients.Conclusion: This study has involved for the first time SFTPA1 in pediatric and adult IIP. The association of SFTPA1 and SFTPA2 mutations with an increased risk of lung cancer raises the issue of a complex genetic counseling in the involved families. It also brings out new pathophysiologic hypothesis such as aberrant proliferation and epithelial repair of the alveolar surface.

Résumé français manquant / Résumé anglais manquant

Les maladies valvulaires mitrales induisent une surcharge de pression ou de volume dans l’oreillette. L’augmentation de la pression auriculaire initie alors des complications secondaires, telles que l’hypertension artérielle pulmonaire, la fibrillation auriculaire et la thromboembolie. Les objectifs du remplacement valvulaire mitral sont donc d’améliorer l’hémodynamie de la valve, mais aussi de normaliser les pathologies secondaires. Ces objectifs ne sont pas nécessairement atteints chez tous les patients. Parfois, ils ne le sont que partiellement. L’objectif général de cette thèse est de mieux comprendre les interactions complexes entre le substitut valvulaire, les écoulements intra-auriculaires et la circulation pulmonaire. Nous avons donc développé un nouveau simulateur expérimental atrio-ventriculaire capable d’estimer ces interactions. Il est basé sur le respect du synchronisme entre les contractions et relaxations des deux cavités cardiaques, modélisées par deux moules en silicone. Deux pompes, asservies par un contrôleur temps réel, autorisent une double activation rigide et synchronisée, et la maîtrise des volumes des moules de l’oreillette et du ventricule. Un modèle Windkessel simule la circulation pulmonaire et une troisième pompe l’éjection du ventricule droit. Les courbes pression-volume des cavités et les impédances aortique et pulmonaire mesurées sur le simulateur sont totalement physiologiques, excepté l’amplitude de la pression auriculaire qui demeure encore trop élevée. La forme du moule de l’oreillette, totalement anatomique et comprenant quatre veines pulmonaires et l’appendice auriculaire gauche, permet une organisation de l’écoulement intra-auriculaire très proche de celle observée in-vivo. La visualisation de ces écoulements est réalisée par vélocimétrie par images de particules trois composantes et multi-plans, associée à une méthode de masquage automatique des régions d’intérêt. Nous avons étudié, par une approche numérique, l’impact de la disproportion patient-prothèse en position mitrale sur les pressions auriculaire gauche et artérielle pulmonaire. Le modèle numérique a permis de valider les seuils d’aire valvulaire effective indexée utilisés en clinique pour estimer la présence et la sévérité de la disproportion patient-prothèse. Par ailleurs, nous avons démontré au moyen du simulateur atrio-ventriculaire que l’aire valvulaire effective d’une prothèse mitrale varie de l’ordre de 30% durant la diastole, ce qui remet en cause l’hypothèse selon laquelle cette variable ne change pas durant cette période. Enfin, nous avons mis en évidence l’impact positif de la régurgitation d’une prothèse mécanique sur la thrombogénèse, similairement à l’insuffisance mitrale, au détriment d’une augmentation de la pression artérielle pulmonaire. Les nouvelles connaissances et le nouvel outil expérimental présentés dans cette thèse pourraient être utilisés, à l’avenir, pour améliorer les prothèses valvulaires mitrales et développer des stratégies visant à optimiser les résultats du remplacement valvulaire mitral. / Mitral valve diseases induce left atrial pressure or volume overload. The resulting increase of left atrial pressure, in turn, leads to secondary abnormalities, such as pulmonary arterial hypertension, atrial fibrillation and thromboembolism. Therefore, the main goals of mitral valve replacement are to restore the valvular hemodynamics and to normalize the secondary abnormalities. The general objective of this thesis is to better understand the complex interactions between the valve substitute, the intra-atrial flow patterns, and the pulmonary circulation. We, therefore, developed a new in-vitro pulsed atrio-ventricular mock circulatory system to investigate these interactions. The setup is based on the perfect synchronization between the contractions and relaxations of the two cardiac cavities, which are mimicked by two silicone moulds. Two pumps, real time servo-controlled, allow the double rigid and synchronized activations of the moulds, and the control of left atrial and left ventricular volumes. A Windkessel model is used as the pulmonary circulation and a third pump mimick the right ventricular ejection. Pressure-volume curves of the cardiac cavities and aortic and pulmonary impedances, measured in-vitro, are totally concordant with the cardiac physiology, except the amplitude of the left atrial pressure which remains too elevated. The anatomical shape of the left atrial mould includes the four pulmonary veins and the left atrial appendage. This realistic geometry allows flow patterns very closed to those observed in-vivo. Their visualization is performed using multi-planes three components particle image velocimetry, associated with an automatic mask generation. Using a numerical approach, we investigated the impact of mitral prosthesis-patient mismatch on left atrial and pulmonary arterial pressures. The numerical model was used to validate the cut-off values of indexed effective orifice areas generally used to define the presence and the severity of prosthesis-patient mismatch in the clinical setting. With the use of the mock circulatory system, we showed that the effective orifice area of mitral prostheses may exhibit variations of ±30% during diastole, which contradicts the previous hypothesis stating that this variable remains constant during this period. Finally, we described the positive impact of the mechanical mitral prosthetic valve regurgitation on thrombogenesis, similarly to mitral insufficiency, to the expense of an increase of the pulmonary arterial pressure. The new knowledge and the new experimental setup presented in this thesis may prove to be useful to optimize the design of mitral prosthetic valves and the performance of mitral valve replacement.

L'intervention de Fontan est une chirurgie palliative pour les cardiopathies congénitalesuniventriculaire. A long terme, la défaillance cardiaque, l'hypertension artérielle pulmonaire(HTAP) et l'entéropathie exsudative peuvent mener à l'échec tardif du Fontan.Une mise au point clinique a été realisée en se focalisant secondairement sur les patients adultes.L'intérêt de la cavo bipulmonaire (CBP), étape intermédiaire au Fontan, dans certains cas de retoursveineux pulmonaires anormaux totaux a été décrite.Afin d'affiner de futures études cliniques, nous avons discuté de l'intérêt du Brain NatriureticPeptide en post opératoire de Fontan. Nous avons démontré la fiabilité' d'une nouvelle technologiede l'oxyme'trie de pouls chez des enfants cyanosés et la non fiabilité d'un nouveau dispositifd'impédanceme'trie pour le monitorage non invasif du de'bit cardiaque en comparaison avecun cathe'ter arte'riel pulmonaire.Un modèle animal viable et chronique de la CBP a été développé. Il a montré que le flux pulsatileantérograde empêche la formation de fistules artério-veineuses pulmonaires (FAVP), améliorel'hématose et atténue le développement de l'HTAP soutenant cliniquement le maintien de ce fluxlors de la création d'une CBP.Par ailleurs, la perte de pulsatilité, en diminuant le contrainte de cisaillement, entraîne unediminution de l'eNOS synthase et une réponse altérée vaso-relaxante dépendante de l'endothéliumartérielle pulmonaire. La micropulsatilité limite ces effets délétères. Ces résultats impliquent desthérapies potentielles contre l'HTAP du Fontan, en maintenant un débit pulmonaire accessoire et lamodulation pharmaceutique vaso-relaxante non endothélium-dépendante

Étude de déterminants de la dysfonction vasculaire pulmonaire au cours du syndrome de détresse respiratoire aigue. La physiopathologie du syndrome de détresse respiratoire aigue (Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS) inclut une dysfonction vasculaire pulmonaire, résultant de phénomènes de thrombose, hyperperméabilité endothéliale, dysrégulation de la vasomotricité et remodelage. La ventilation en pression positive est un facteur aggravant. Il en résulte une augmentation des résistances vasculaires pulmonaires, à l'origine d'une hypertension pulmonaire et à risque de cœur pulmonaire aigu, associés à un pronostic péjoratif au cours de l'ARDS. Mais les déterminants de cette dysfonction vasculaire pulmonaire demeurent largement méconnus. Un modèle murin d'agression pulmonaire aigue two hit a été développé, associant une instillation orotrachéale de lipopolysaccharide bactérien à une ventilation mécanique protectrice, avec explorations physiologiques respiratoires et hémodynamiques invasives. Trois déterminants potentiels de la dysfonction vasculaire pulmonaire ont été étudiés. Dans le premier travail, nous avons établi que l'utilisation de manœuvres de recrutement alvéolaire, consistant en l'application transitoire et répétée de hauts niveaux de pression positive, limitait la dégradation de la mécanique ventilatoire mais induisait une hypertension pulmonaire. Une analyse transcriptomique pulmonaire a montré une dysrégulation d'un grand nombre de gènes impliqués dans les principales fonctions endothéliales. Dans le deuxième travail, une déficience en interleukine-6 a été montrée associée à une inflammation et un œdème pulmonaires majorés. Une élévation des résistances pulmonaires totales était aussi observée, prévenue par l'injection d'interleukine-6 recombinante et au moins partiellement attribuable à une dysrégulation de la vasomotricité pulmonaire impliquant la voie des nitric oxide synthases. Dans le troisième travail, nous avons comparé des souris adultes jeunes et d'âge mature et illustré une gravité âge-dépendante, caractérisée par une inflammation systémique et pulmonaire et une fuite alvéolocapillaire accrues, ainsi qu'un dosage bronchoalvéolaire d'angiopoiétine 2 élevé, suggérant une atteinte endothéliale sévère. Nos résultats pourraient contribuer à l'identification de nouvelles voies thérapeutiques ciblant la microvascularisation pulmonaire au cours de l'ARDS. Mots clés: syndrome de détresse respiratoire aigue, ventilation mécanique, hypertension pulmonaire, dysfonction vasculaire pulmonaire, vieillissement, interleukine-6, manœuvre de recrutement. / Study of factors determining the pulmonary vascular dysfunction during acute respiratory distress syndrome.The pathophysiology of the acute respiratory distress syndrome (ARDS) includes a pulmonary vascular dysfunction, which is attributable to thrombosis, endothelial hyperpermeability, dysregulation of the pulmonary vasomotor tone and remodeling. Positive pressure ventilation is an exacerbating factor. The result is an increase in the pulmonary vascular resistances, which lead to an acute pulmonary hypertension and may cause acute cor pulmonale, both associated with an altered prognosis during ARDS. But the factors determining the pulmonary vascular dysfunction are poorly known. A murine model of two hit acute lung injury, combining an orotracheal aspiration of bacterial lipopolysaccharide to a protective mechanical ventilation, with physiological respiratory and invasive hemodynamic monitoring. Three factors which might determine pulmonary vascular dysfunction were studied. In the first work, we established that the use of alveolar recruitment maneuvers, consisting in a transient and repetitive application of high positive pressure level, minimized the alteration of lung mechanics but induced a pulmonary hypertension. A transcriptomic lung analysis showed a dysregulation of many genes involved in main endothelial functions. In the second work, a interleukin-6 deficiency was shown to be associated with higher pulmonary inflammation and edema. An increase in total pulmonary resistances was also observed, but prevented with a human recombinant interleukin-6 treatment and at least partially attributed to a nitric oxide synthase-dependent dysregulation of the pulmonary vasoreactivity. In the third work, we compared young adult and mature adult mice and we observed an age-dependent severity, including a higher systemic and pulmonary inflammation, a higher alveolocapillary leak and a higher bronchoalveolar angiopoietin 2, suggestive for a severe endothelial injury. Our results might contribute to identify new therapeutic pathways targeting pulmonary microvessels during ARDS.Key words: acute respiratory distress syndrome, mechanical ventilation, pulmonary hypertension, pulmonary vascular dysfunction, aging, interleukin-6, recruitment maneuvers.

Ce travail a été consacré à l’étude non invasive de la circulation pulmonaire normale par mise en œuvre de l’échocardiographie Doppler. <p>En intégrant les mesures obtenues dans une approche physiopathologique, et en exploitant les nouvelles possibilités d’échocardiographes portables, techniquement performants, nous avons analysé les effets d’un inhibiteur de la phosphodiestérase-5 et d’une prostacycline, pour tenter d’en identifier d’éventuels effets introtropes intrinsèques, nous avons exploré le concept de réserve vasculaire pulmonaire comme facteur limitant de l’aptitude aérobie et indice potentiel d’une atteinte vasculaire pulmonaire précoce, et obtenu des résultats préliminaires permettant d’identifier une hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) latente. Nos principaux résultats peuvent être résumés comme suit :<p>1. Chez le sujet sain, en normoxie ou dans un modèle expérimental d’HTAP induite par l’inhalation d’un mélange gazeux hypoxique, le sildenafil per os ou l’epoprostenol par voie intraveineuse, à des doses utilisées en clinique pour le traitement de l’HTAP, améliorent les indices de la fonction ventriculaire droite en proportion de leurs effets vasodilatatoires pulmonaires, sans effets inotropes intrinsèques détectables.<p>2. La consommation d’oxygène maximale du sujet sain augmente en raison directe de son volume capillaire pulmonaire (calculé à partir de sa capacité de diffusion pour l’oxyde nitrique et le monoxyde de carbone) et en raison inverse de sa résistance vasculaire pulmonaire, non seulement en altitude, mais aussi au niveau de la mer. Ce résultat suggère qu’une plus grande réserve vasculaire pulmonaire est propice aux efforts aérobiques intenses, probablement par moindre postcharge ventriculaire droite.<p>3. Des mesures réalisées chez un petit nombre de sujets suggèrent que la distensibilité vasculaire pulmonaire, calculée à partir d’une relation débit-pression vasculaire pulmonaire, est typiquement réduite chez des porteurs asymptomatiques de la mutation BMPR2, qui est actuellement le facteur de risque le plus élevé connu de l’HTAP. La mutation BMPR2 pourrait aussi être associée à une réactivité vasculaire pulmonaire accrue à l’hypoxie. <p>Nos résultats suggèrent indirectement que l’échocardiographie Doppler, de repos ou de stress, pourrait être davantage développée dans la mise au point de patients à risque d’HTAP./<p><p>Novel advances in echocardiography offer the opportunity to reliably characterize pulmonary circulation in terms of pressure-flow relationship, and to better understand the coupling of right ventricular (RV) function with normal and abnormal pulmonary hemodynamics. Moreover, when combined with the measurement of pulmonary capillary blood volume, this renewed methodological approach may help to understand the concept of pulmonary vascular reserve as a limiting factor of exercise capacity and potential sensitive marker of early vascular disease.<p><p>In the present work we used a model of hypoxic pulmonary vasoconstriction to analyse the effects of two targeted therapies of pulmonary arterial hypertension (PAH) on the RV function. We showed that the beneficial effects of these drugs are mainly driven by a decrease in RV afterload and not an enhanced myocardial inotropic state. Whether this is transposable to abnormal RV-arterial coupling in PAH patients remains to be investigated.<p><p>Echocardiography may be useful to explore the pulmonary vascular reserve as an important limiting factor of exercise capacity. We showed that a higher pulmonary vascular reserve, defined by a decreased PVR and increased lung diffusing capacity, allows for an improved aerobic exercise capacity (as assessed by a higher peak oxygen consumption), at a lower ventilatory cost, at sea level and at high altitude. <p><p>Stress echocardiography may detect an abnormal pulmonary vasoreactivity. We showed that asymptomatic relatives of patients suffering from idiopathic pulmonary arterial hypertension, and who carry a bone morphogenetic protein receptor type 2 mutation (BMPR2) present with a decreased pulmonary vascular distensibility and an enhanced pulmonary vasoreactivity to hypoxia, which are identifiable by echocardiography examination. However, the predictive value of these findings is not known. <p><p>Thus echocardiography may represent, in experienced and dedicated hands, a noninvasive, safe, widely available, applicable at the bed-side as well as in extreme environment (e.g. high altitudes), less expensive alternative for the evaluation of the pulmonary circulation, either by the interrogation of pressure-flow relationship (stress echocardiography), by the investigation of the right ventricle global and regional function in relation to its afterload (standard and Tissue Doppler Imaging), or by a combined approach with the measurement of lung diffusing capacity (DLNO / DLCO) to assess the pulmonary vascular reserve.<p><p>The present data are encouraging for further development and implementation of echocardiography for the detection, but also the diagnosis and follow-up of patients with pulmonary hypertension.<p><p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La voie pulmonaire suscite un intérêt grandissant pour l’administration systémique des peptides et protéines thérapeutiques, aujourd’hui encore administrés essentiellement par voie parentérale. Un microsystème a été conçu pour permettre de faciliter et accélérer les études in vitro de criblage de différentes biomolécules actives et de sélectionner les formulations les plus adaptées à leur pénétration à travers l’épithélium pulmonaire, en vue de sélectionner les meilleurs candidats à une administration par voie pulmonaire. Organisé en deux configurations distinctes, ce microsystème permet dans un premier temps d’obtenir des barrières épithéliales pulmonaires polarisées et jointives (cellules Calu-3) en seulement 7 jours dans des micropuits de 1mm², sans avoir à renouveler le milieu nutritif ni avoir recours à un appareillage externe associé au microsystème. Grâce à la mise au point d’une technique simple de fabrication, des plateformes de culture contenant jusqu’à 12 micropuits en parallèle sont aujourd’hui fabriquées de manière standardisée. L’évaluation du passage de molécules est ensuite réalisée sous une deuxième configuration dédiée à la mesure de la perméabilité des barrières épithéliales cultivées en micropuits. La capacité de différents candidats (nanoparticules et biomolécules) à traverser l’épithélium pulmonaire a été étudiée. Le passage de nanoparticules de PLGA revêtues de chitosane ainsi que le passage de l’insuline ont été démontrés avec succès. Enfin, l’électrophorèse capillaire couplée à une détection par fluorescence induite par laser (EC-LIF), compatible avec les faibles volumes manipulés dans ce microsystème, a été exploitée pour la détection et la quantification de l’insuline après passage des barrières pulmonaires miniaturisées. A cette fin, l’insuline a soit été marquée par le FITC, soit complexée à un anticorps ou a un aptamère fluorescents. A l’heure actuelle, seule la méthode développée pour le marquage de l’insuline par le FITC est utilisable à des fins de quantification, mais le recours à un aptamère a montré des premiers résultats encourageants. / The pulmonary route is of increasing interest for the systemic administration of therapeutic proteins and peptides, still largely administered parenterally. A microdevice was designed to facilitate and accelerate the in vitro screening studies of various active biomolecules and to select the most suitable formulations for penetration through the lung epithelium, in order to select the best candidates for an administration via the lungs. Organized in two distinct configurations, this microdevice allows as a first step the culture of tight polarized bronchial epithelial barriers (Calu-3 cells) in 7 days in 1 mm² microwells, without the need for medium renewal or the use of an external apparatus. A simple manufacturing technique was developed and glass culture platforms containing 12 parallel microwells can be obtained in a standardized manner. The ability of molecules to cross the pulmonary barrier is then performed in the second configuration of the microdevice, which is dedicated to the permeability measurement of the tight epithelial Calu-3 barriers cultured in microwells. Among the different candidates studied (nanoparticules and biomolecules), the pulmonary barrier permeability regarding PLGA nanoparticules coated with chitosan and regarding insulin has been successfully demonstrated. Finally, capillary electrophoresis with laser induced-fluorescence (CE-LIF), a technique compatible with the low volumes handled in this microdevice, has been exploited for insulin detection and quantification after its transport across the miniaturized pulmonary barriers. To this end, insulin was either FITC-labeled or complexed with a fluorescent antibody or aptamer. Currently, only the derivatization method can be used for a quantification purpose, but the use of an aptamer to indirectly quantitate insulin has shown encouraging results.