Par ce travail expérimental, nous essayons d’établir un lien entre les propriétés mécaniques de gels d’actine branchés de levure et la composition biochimique des réseaux. L’actine est un polymère semi-flexible qui fait partie du cytosquelette. De nombreux partenaires protéiques de l’actine (notés ABPs par la suite) se lient aux filaments d’actine et les agencent en différents types de réseaux. Arp2/3 est un complexe protéique qui génère la croissance de réseaux d’actine branchés. Les réseaux d’actine branchés en croissance intéressent tout particulièrement physiciens comme biologistes car ils sont capables de développer des forces nécessaires à de nombreux processus vitaux pour la cellule, comme l’endocytose. Nous avons ici étudié les propriétés mécaniques de gels d’actine branchés reconstitués in vitro, en nous focalisant sur le rôle d’un type d’ABPs en particulier, les protéines de réticulation. Il nous a été possible de quantifier et de comparer l’effet de trois protéines de réticulation différentes sur la mécanique des réseaux d’actine branchés de levure.Afin de mener à bien cette étude, nous avons combiné deux puissantes techniques expérimentales.Nous avons utilisé une technique de mesure des propriétés mécaniques basée sur l’utilisation de colloïdes superparamagnétiques développée au laboratoire. Cette technique permet de réaliser des mesures quantitatives et à haut débit sur des gels polymères très fins (quelques centaines de nanomètres d’épaisseur). Les réseaux ont été reconstitués in vitro grâce à la fonctionnalisation des billes superparamagnétiques avec Las17, une protéine que notre collaborateur biologiste a identifiée comme suffisant à activer Arp2/3 chez la levure. Nous avons de plus combiné deux approches complémentaires en travaillant à la fois sur des extraits cellulaires de levure contenant toutes les ABPs des réseaux Arp2/3 et à la fois sur des mélanges de quelques protéines purifiées.L’approche « top-down » est basée sur l’utilisation d’extraits cellulaires de mutants de la levure n’exprimant pas une ou des protéine(s) d’intérêt(s), et l’approche « bottom-up » sur l’addition de la protéine étudiée dans le système simplifié de quelques protéines purifiées. / In this experimental work we tried to quantify the mechanical properties of yeast branchedactin networks with regard to their biochemical composition. Actin is a semi-flexible biopolymerthat is assembled as part of the cytoskeleton. Proteins partners of actin (ABPs) shape itsfilaments into different type of networks. Arp2/3 is a protein complex that has the propertyto generate branched actin gels. Growing branched actin networks are of particular interest forboth biologists and physicists because of their ability to generate forces necessary to many vitalprocesses such as endocytosis. Here we study in vitro the mechanical properties of such networks,and we focus on the role of one type of actin binding proteins, the crosslinkers. This family ofproteins appears to play a role in both the elastic, viscous and plastic properties of the gels. Weare able to quantify and to compare the impact of three different crosslinkers on branched actinnetworks in yeast.In order to conduct said study, we combined two powerful experimental methods. We used asuperparamagnetic particle-based mechanical measurement technique that was developed in thelab and allows quantitative, high-throughput measurements on very thin gels. And the networkswere reconstituted in vitro by functionalization of the magnetic particles with Las17, which hasbeen showed to activate Arp2/3 for the yeast by our biologist collaborator. We furthermoreworked on both yeast extracts containing all the ABPs of the Arp2/3 networks, and with setsof a few purified proteins, in order to combine a « top-down » (use of mutations in yeast toprevent the expression of protein(s) of interest) and a « bottom-up » (addition of a protein ofinterest in a simplified system) approaches.

Des nanoparticules d’oxydes de fer superparamagnétiques (SPIONs) PEGylées ont servi de plateforme pour la formulation de nanovecteurs théragnostiques pour la délivrance d’un agent anticancéreux, la doxorubicine (DOX). Le chargement de la DOX sur les nanovecteurs à l’aide d’un complexe avec l’ion fer (II) a été optimisé. Ce complexe se dissocie en milieu acide, typique des compartiments intracellulaires. La spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) a confirmé que les nanovecteurs libèrent la DOX sous forme non complexée. La cytotoxicité in vitro induite par la libération de la DOX a été évaluée sur différentes lignées cellulaires de cancer du sein, et comparée à celle de la DOX en solution. Les voies d’internalisation des nanovecteurs ont été explorées en microscopie électronique en transmission (MET), et le devenir intracellulaire de la DOX a été suivi en imagerie confocale multispectrale (ICMS). Enfin, un protocole thérapeutique in vivo chez la souris tumorisée a permis d’évaluer la capacité de la nanoformulation à limiter la croissance tumorale, la possibilité d’un ciblage magnétique, et la réduction des effets secondaires induits par la DOX. / PEGylated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were used as a platform to build theranostic nanovectors for the delivery of an anticancer drug, doxorubicin (DOX). The DOX loading on nanocarriers via a DOX-iron (II) complex was optimized. The complex dissociates at low pH, typical of intracellular compartments. Surface enhanced Raman scattering (SERS) confirmed that the nanovectors released DOX under free form. In vitro cytotoxicity due to DOX loaded on nanocarriers was performed on different breast cancer cells, and compared to that of DOX in solution. Internalization pathways of nanovectors were explored with transmission electron microscopy (TEM), and intracellular fate of DOX was monitored by confocal spectral imaging (CSI). To finish, a therapeutical protocol was performed on tumorized mice, in order to evaluate the efficacy of the nanoformulation on tumor reduction, the possibility of magnetic targeting, and the decrease of side effects induced by DOX.

L’ingénierie du tissu osseux vise à concevoir un substitut tissulaire associant des cellules ostéoprogénitrices à une matrice tridimensionnelle capable de promouvoir la reconstruction osseuse, ouvrant la voie au développement de thérapeutiques substitutives à la pratique de la greffe dont les limitations sont bien connues.Le but de ce travail a été de développer un nouveau produit d’ingénierie tissulaire (PIT) destiné à la régénération osseuse constitué i) d’une matrice tridimensionnelle poreuse constituée de polysaccharides naturels biodégradables, ii) de cellules souches adultes issues du tissu adipeux humain (ADSCs) et d’identifier les conditions de culture optimales permettant le développement d’un produit fonctionnel pour une utilisation clinique. Nos résultats montrent que l’architecture et la composition de la matrice macroporeuse polysaccharidique permet de guider la différenciation ostéoblastique des ADSCs, en l’absence de facteurs ostéogéniques, et notamment en conditions de culture dynamique, grâce à l’organisation cellulaire en agrégats promouvant les interactions cellulaires. Les ADSCs peuvent être marquées à l’aide de nanoparticules superparamagnétiques et suivies in vivo de façon non invasive par imagerie par résonnance magnétique (IRM) au sein des matrices après leur implantation en site sous-cutané chez la souris. Les images IRM montrent que le matériau permet de délivrer une partie des cellules au niveau du site d’implantation participant probablement à un processus de réparation tissulaire. Enfin, en vue d’applications cliniques, un milieu de culture sans sérum répondant aux conditions GMP (Good Manufacturing Practices) pour la différenciation ostéoblastique a été développé par un industriel et validé au cours de ce travail de thèse.En conclusion de ces travaux, l’association d’une matrice macroporeuse composée de polysaccharides avec des ADSCs dans des conditions de culture spécifiques, en conditions dynamiques, semble pertinente et prometteuse pour des applications cliniques en ingénierie du tissu osseux. / Bone tissue engineering may associate osteoprogenitor cells to a tridimensional scaffold that can promote tissue reconstruction in order to replace bone grafting strategies whose limitations are well known. This study aims to develop a new tissue-engineered construct for bone regeneration constituted by i) a tridimensional polysaccharide-based scaffold, ii) adult stem cells extracted from human adipose tissue and identify the best culture conditions needed to develop a functional construct for clinical use. Our results show that this macroporous scaffold offers, without any osteoinductive factors, a suitable architecture and composition for driving osteoblastic differentiation of ADSCs especially when placing the tissue-engineered construct in dynamic conditions, thanks to cell aggregate conformation promoting cell-to-cell interactions. Thanks to ADSCs labeling, the tissue-engineered construct can be tracked in vivo in a non invasive way by magnetic resonance imaging (MRI), after their subcutaneous implantation. Results evidenced that this scaffold behaves as a cell carrier for of holding in its own cell fraction and delivering another fraction to the site of implantation for inducing a better tissue regeneration process. Finally, a serum free medium meeting standards GMPs (Good Manufacturing Practices) has been developed for inducing ADSCs osteoblastic differentiation as a first step towards clinical application.In conclusion, this polysaccharide-based scaffold associated with ADSCs, cultured under low fluid flow in a new bioreactor device, could be a relevant and promising tissue engineered construct for bone tissue engineering applications.