Dans cette thèse, nous avons analysé le comportement biomécanique In Vitro et In Vivo d'une prothèse discale cervicale à articulation sphérique. Les expérimentations In Vitro nous ont permis d'étudier la cinématique segmentaire dans les trois plans de l'espace au niveau instrumenté et aux niveaux adjacents. La mesure de la pression intradiscale a apporté des informations sur les variations de contraintes après arthroplastie au niveau des disques adjacents. Différentes configurations ont ainsi été évaluées : arthroplastie et arthrodèse à 1 et 2 niveaux, montage hybride. L'influence de la précharge sur le comportement biomécanique du rachis cervical a fait l'objet d'un travail spécifique en se basant sur les essais In Vitro et sur la simulation numérique. Les analyses In Vivo 2D ont été effectuées sur des clichés dynamiques en flexion-extension et ont permis le calcul des amplitudes de mobilité et de la position des centres moyens de rotation dans une population de patients opérés (n=32). Celles-ci ont intéressé le niveau opéré mais également les niveaux adjacents à court et moyen terme. Grâce au système stéréo-radiographique EOSTM, nous avons pu compléter l'analyse cinématique In Vivo par la mesure des amplitudes de mobilité des segments instrumentés dans les trois plans de l'espace.

Les allergies représentent un problème majeur dans le domaine des maladies professionnelles et ont un impact sérieux sur la vie des travailleurs. Les allergies professionnelles sont principalement cutanées et respiratoires ; elles peuvent être causées par des produits chimiques de bas poids moléculaire. Dans le passé, les tests destinés à identifier les produits susceptibles d’entraîner des allergies étaient réalisés sur l’animal. Or, la législation européenne engage à limiter le recours à l’expérimentation animale pour évaluer le pouvoir sensibilisant des substances chimiques, incitant à développer des tests in vitro de substitution. C’est dans ce contexte que nous avons cherché à développer des modèles de cultures cellulaires destinés à identifier les substances sensibilisantes. Un premier modèle utilisant des cellules dendritiques dérivées de moelle osseuse (BMDC) de souris BALB/c a été développé et a donné des résultats prometteurs pour l’identification des produits sensibilisants et leur catégorisation selon leur puissance sensibilisante. De plus, la voie de signalisation Nrf2/Keap1 semble être impliquée dans la réponse de ce modèle cellulaire aux sensibilisants. Dans le but de compléter ce modèle et d’évaluer la capacité des BMDC à activer les lymphocytes T (LT), un modèle de coculture de BMDC et LT a été mis au point avec un sensibilisant de référence avant d’être testé sur un ensemble de produits de référence (sensibilisants cutanés et respiratoires, irritants et non sensibilisants). Les BMDC de notre modèle, exposées à des sensibilisants, se sont révélées capables d’activer les LT en coculture. Enfin, des essais préliminaires utilisant des cellules de souris de souche C57BL6/J dans notre modèle de coculture ont donné des résultats comparables à ceux obtenus avec des cellules issues de la souche BALB/c. Les modèles de cultures cellulaires BMDC et de coculture BMDC-LT sont prometteurs dans le cadre du développement de méthodes de substitution à l’expérimentation animale pour l’évaluation du pouvoir sensibilisant de substances chimiques / Allergies constitute an important issue in the field of occupational health and have a serious impact on the lives of workers. Occupational allergies are mainly contact and respiratory allergies and can be caused by low molecular weight chemicals. In the past, the tests that were used to identify the potential allergens were carried out on animals. However, European legislation has provided the impetus for reducing the use of animal testing to assess the sensitization potential of chemicals and promoted the development of alternative in vitro tests. In this context, we aimed to develop cell culture models to identify sensitizers. A first model using bone marrow derived dendritic cells (BMDC) from BALB/c mice was developed and showed promising results for identifying sensitizers and classify them according to their allergenic potency. Moreover, the Nrf2/Keap1 pathway seems to be involved in the response of this cell model to sensitizers. In order to supplement this model and to assess the functionality of BMDC, a BMDC-T cell (TC) coculture model was developed with a reference sensitizer before being tested on a range of reference sensitizers (cutaneous and respiratory sensitizers, irritants and non-sensitizers). The BMDC of our model, while exposed to sensitizers, were able to activate TC in coculture. Finally, preliminary tests using the cells of C57BL6/J mice in our coculture model showed that similar results to those obtained with cells from the BALB/c strain. The models of BMDC cultures and BMDC-TC coculture are promising for the development of alternative methods to animal experimentation assessing the sensitizing potential of chemicals

Un problème fondamental pendant l'évaluation in vitro de la toxicité de composés organiques volatils (COVs) est le manque de connaissance de l'évolution de la concentration des COVs à laquelle les systèmes vivants sont exposés au cours des études expérimentales. Ce travail présente un nouveau dispositif expérimental conçu pour étudier l'exposition des systèmes vivants aux COVs. Le dispositif est formé de deux compartiments séparés par une membrane hydrophobe poreuse et permet des durées relativement longues de manipulations sans restreindre la respiration cellulaire. Une modélisation théorique qui couple la conservation de masse et du moment entre les différentes phases et la respiration des cellules hybridomes (ATCC CRL-1606) au sein du dispositif a été développée. Le modèle permet de prédire l'évolution de la concentration des COVs, de l'oxygène et du dioxyde de carbone dans le dispositif. Les résultats simulés pour le transfert des COVs ont revélé une bonne concordance avec les résultats expérimentaux et ont montré que le type de membrane et son diamètre, le coefficient de partage des COVs et la hauteur de la phase liquide ont une influence significative sur l'évolution de la concentration de ceux-ci dans la phase liquide. Néanmoins la disponibilité de l'oxygène au niveau des cellules dépend principalement de la densité cellulaire initiale, de la vitesse spécifique de consommation de ce gaz et de la hauteur du liquide alors que les paramètres liés à la membrane ont une influence sur le contrôle du pH. / A major problem during in vitro evaluation of the toxicity of volatile organic compounds (VOC) is the lack of knowledge of the evolution of the concentration of such compounds during the course of experimental studies with living systems. This work presents the design of a novel experimental device for the study of cell culture exposure to VOCs. The device is made of two compartments separated by a porous hydrophobic membrane and allows relatively long durations of handling without restricting cellular breathing. A theoretical modeling which couples mass and moment conservation between the different phases inside the device with the breathing kinetics of hybridoma cells (ATCC CRL-1606) was developed. The model allows predicting the evolution of the concentration of the VOCs, the oxygen and the carbon dioxide inside the device. The simulations of the mass transfer of the VOCs simulated presented a good agreement with experiments and showed that the type of membrane and its diameter, the VOCs partition coefficient and the height of the liquid phase have a significant influence on the evolution of their concentration in the liquid phase. Nevertheless, the availability of oxygen for the cells depends mainly on the initial cellular density, the specific kinetics of consumption of this gas and on the height of the liquid phase, whereas the parameters related to membrane have an influence on the control of the pH.

La sténose lombaire et l'arthrose facettaire représentent les indications principales du remplacement facettaire. L'objectif était d'analyser l'influence d'un nouvel Implant Facettaire Auxiliaire (IFA) sur la biomécanique du rachis lombaire. Les expérimentations cinématiques in vitro ont montré que l'IFA n'avait qu'une faible influence sur les amplitudes de mobilités en flexion-extension et en inflexion latérale du niveau L4-L5 instrumenté. La facettectomie augmentait la torsion axiale de manière importante, alors que l'IFA la réduisait grâce à la liaison transverse de l'implant. Cette limitation d'hypermobilité après facettectomie représente l'intérêt majeur de l'implant. Le disque instrumenté a été étudié in vitro par mesures de pressions intradiscales et par modélisation en éléments finis. Les pressions intradiscales étaient diminuées par l'IFA en flexion-extension. Les contraintes de von Mises de l'annulus étaient similaires entre l'IFA et la lésion par facettectomie et recalibrage. La fusion diminuait les contraintes intradiscales de manière plus importante. Au niveau des segments adjacents, l'IFA et le rachis intact se comportaient de façon similaire en flexion-extension et en inflexion latérale, alors que la fusion augmentait les contraintes de l'annulus et les forces de contact facettaires. En torsion axiale, l'IFA et la fusion augmentaient les contraintes discales et les forces de contact facettaires de manière similaire. Les expérimentations in vitro en cisaillement ont permis de simuler le spondylolisthésis dégénératif débutant. La lésion a entraîné une diminution de la raideur et une augmentation des déplacements antérieurs en cisaillement, alors que le comportement était similaire entre le segment instrumenté par IFA et le rachis intact.

Les méthodes actuellement disponibles pour la surveillance de la qualité du milieu se réfèrent au suivi de composés définis par les réglementations et ne permettent pas d’appréhender l’(éco)toxicité réelle de tous les composés présents dans l’environnement (e.g. composés inconnus, produits de transformation, effets de mélange…). Dans ce contexte, une méthode d’analyse pluridisciplinaire intégrative, l’analyse dirigée par l’effet (EDA), a été développée. Cette approche bio-analytique vise à établir un lien de causalité entre une exposition aux contaminants et l’effet biologique observé. La démarche est basée sur la simplification séquentielle d’un échantillon guidée par les bio-essais afin d’individualiser puis identifier, par des techniques analytiques chimiques performantes, les composés biologiquement actifs. Les objectifs de cette thèse ont porté sur (1) le développement et la validation d’une méthodologie, allant du pré-traitement jusqu’au fractionnement, adaptée à différentes matrices environnementales ; (2) la mise en place d’une stratégie d’identification moléculaire par spectrométrie de masse haute résolution ; (3) l’application de la démarche EDA à plusieurs échantillons afin d’illustrer l’adaptabilité et l’apport d’une telle méthode à des problématiques environnementales. Ces travaux de thèse permettent de disposer aujourd’hui d’une démarche bio-analytique complète de la préparation d’échantillon à l’identification de molécules, et adaptée à tous types d’échantillons. Les différentes études environnementales réalisées au cours de ces travaux ont permis, entre autre, d’établir une liste de composés diverses non recherchés pouvant représenter un risque pour l’environnement. / To date, environmental risk assessment is based on targeted chemical analyses. These analyses allow the detection of known active compounds and this preselected set does not often explain the observed toxic effects in complex environmental samples (e.g. unknown compounds, transformation product, cocktail effect...). For an integrative contamination assessment, a multidisciplinary approach, Effect-Directed Analysis (EDA) was developed. This approach combining biological tools and chemical analyses allows determining active compounds and identitying them in such environmental complex mixtures. EDA aims at the establishment of cause-effect relationships by sequential reduction of the complexity of environmental mixtures, eventually to individual toxicants. The aims of this thesis were (1) to develop and to validate the EDA-based strategy on various environmental complex samples; (2) to set up an identification strategy for identifying non targeted or unknown molecules using high resolution mass spectrometry; (3) to prove the usefulness of EDA approach for the identification of active compounds in environnemental complex samples. This thesis work provides to a complet bio-analytical approach from the preparation step of samples to the identification of molecules. The potential of this tool was fully confirmed on various environmental studies. These investigations allowed establishing a list of non-target compounds which can represent a risk for the environment.

Le domaine des nanosciences suscite un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique cherchant à créer et à développer des objets sur mesure adaptés à de nombreuses applications. Depuis une vingtaine d'années, le développement de nano-objets pour leur utilisation en nanomédecine (diagnostic, thérapie, vectorisation, encapsulation et relargage contrôlé de principes actifs etc...) est en plein essor. En effet, l'avantage de travailler à l'échelle nanométrique est de pouvoir combiner au sein d'un même objet diverses propriétés et fonctionnalités complémentaires faisant de ces nano-matériaux de véritables plateformes pouvant être modulées à souhait. Ainsi, pour la conception de ces nouveaux objets, il est crucial de pouvoir contrôler finement la taille, la structure, la morphologie ainsi que la composition chimique tout en explorant l'influence de la réduction de la taille sur les propriétés physico-chimiques de ces nano-objets. En regard de ces problématiques, ce travail de thèse est dédié à la synthèse contrôlée de nanoparticules de réseaux de coordination paramagnétiques, pour leur utilisation en tant qu'agents de contraste T1 pour l'IRM. D'autre part, la synthèse de nanoparticules de type cœur-coquille permettant de faire croître de manière contrôlée des objets en solution, par l'ajout d'une coquille constituée d'un réseau de même nature ou de nature différente que les particules servant de germes, sera exploitée. Cette synthèse ouvrira la voie à la conception d'objets multimodaux, détectables par différentes techniques d'imagerie médicale, ainsi qu'à l'élaboration de nanoparticules à visée thérapeutique. Pour la mise au point de ces nanoparticules paramagnétiques, les réseaux de coordination à ponts cyanures ont été choisis et plus particulièrement les analogues du bleu de Prusse. Cette famille de matériaux présente de nombreux avantages pour la synthèse d'agents de contraste T1 pour l'IRM, de systèmes multimodaux ou encore de nano-objets alliant diagnostic et thérapie. En effet, la grande proportion d'atomes de surface, la structure tridimensionnelle rigide, la microporosité ainsi que la grande versatilité chimique de ces réseaux de coordination font de ces nanoparticules d'analogue du bleu de Prusse d'excellents candidats pour leur utilisation dans le domaine de l'imagerie médicale ainsi que de la thérapie. Au cours de ce travail de thèse, la synthèse de ces nanoparticules d'analogue du bleu de Prusse sera finement contrôlée afin d'explorer et d'optimiser les différents paramètres pouvant influencer les propriétés de ces nano-objets. Ainsi, différentes questions seront abordées au cours de cette étude afin de comprendre l'influence de la taille, de la composition chimique, de la microporosité, de l'enrobage ou encore de la localisation des ions paramagnétiques sur les propriétés des nanoparticules synthétisées, dans le but d'exalter les performances de ces nano-objets innovants. / In the last twenty years, working at the nanoscale in order to create and develop new nano-objets adapted to a large variety of applications is an important challenge among the scientific community. Particularly, tailoring nanoparticles for nanomedicine (diagnosis, therapy, drug delivery etc…) has become an attractive area for many scientific groups. Indeed, working at the nanoscale offers the possibility to combine several properties and functionalities within a single objet. To understand the effect of size reduction on the physico-chemical properties of these nano-objects, it is crucial to control precisely lots of parameters as the size, the shape, the structure and also the chemical composition of nanoparticles. This thesis is focused on the synthesis and characterization of new cyano-bridged coordination network nanoparticles as T1 contrast agents for magnetic resonance imaging. Moreover, the synthesis of core-shell nanoparticles allowing the controlled growth of nanoparticles in aqueous solution, by adding a shell composed by a different or an identical network to that of the core, will be exploited. This strategy of synthesis will lead to the design of multimodal nanoparticles as well as theragnostic nano-objets. For the elaboration of these paramagnetic nanoparticles, we chose Prussian blue analogue coordination networks that present many advantages for the synthesis of T1 contrast agents due to the high proportion of surface atoms, to the tridimensional rigid structure, to the microporosity and also to the large chemical versatility. In this work, the study and the optimization of the different physico-chemical parameters that could influence the properties and the performances of these nanoparticles as T1 contrast agents for MRI will be presented. In this way, the influence of size reduction, chemical composition, kind of coating and location of paramagnetic ions on relaxivity properties of these innovative nano-materials will be discuss.

De nos jours, l’évaluation de la qualité d’un milieu naturel repose traditionnellement sur des analyses ciblant des molécules déjà connues pour être biologiquement actives. Cependant ces molécules ne reflètent que partiellement les effets biologiques observés et la complexité des matrices environnementales. Par ailleurs, les contaminants dans l’environnement subissent des phénomènes de dégradation (hydrolyse, biodégradation, photodégradation). Ces processus peuvent conduire à la génération de produits de transformation qui sont encore trop peu pris en compte dans l’évaluation du risque, alors qu’ils sont susceptibles d’occasionner des effets toxiques plus importants que les molécules mères. L’impact écotoxicologique de ces mélanges nécessite préalablement l’obtention d’une vision globale quant à la présence et au devenir de ces molécules.Dans ce contexte, ces travaux appliquent une méthodologie pluridisciplinaire afin d’identifier des molécules préoccupantes et pertinentes à surveiller. Pour cela, ce travail s’appuie sur des analyses ciblées ultra-traces, des outils bioanalytiques, et des analyses non ciblées, qui ont été appliqués sur des échantillons environnementaux ou issus d’études en laboratoire mimant l’évolution des matrices environnementales. Au final, cette étude a permis : (1) d’identifier des molécules préoccupantes en estuaire de Seine sur la base de leur occurrence et de leur persistance, (2) d’identifier de nouveaux produits de transformation et (3) d’identifier les molécules responsables d’activités biologiques dans des matrices très complexes. / To date, environmental risk assessment is based on a restricted number of molecules assessed by targeted chemical analyses. However, this approach give a partial picture of co-occurrence of known and unknown compounds. Moreover, in the aquatic environment, chemicals are not completely mineralized and are subject to abiotic and biotic processes. Transformation products (TPs) can be more toxic and more persistent than the parent compound. However, TPs are not typically included in classical monitoring and risk assessment. Because of complexity and variability of these matrices and the restricted number of molecules focused in targeted chemical analyses, selection of relevant molecules for environmental monitoring is often laborious.In this context, an integrative approach was used in order to identify chemicals of concern for a classical monitoring. This work has been realized on environmental complex samples and on laboratory-generated samples. A combination of targeted, non-targeted analyses and in vitro bioassays was performed and allowed to: (1) identify polar chemical of concern in the Seine estuary on the basis of occurrence and persistence, (2) identify new transformation products and (3) identify compounds responsible of biological activity observed in complexes matrices.

Les archaea constituent l'un des quatre domaines connus du vivant. Contrairement à ce que leur nom laisse supposer, elles ont colonisé tous les écosystèmes et les microbiotes de certains hôtes dont l'Homme. Chez l'homme, certaines espèces d'archaea méthanogènes ont été associées aux muqueuses orale, intestinale et vaginale. Ces archaea méthanogènes sont des procaryotes anaérobies stricts et leurs conditions de culture restent fastidieuses et très mal connues. Quatre archaea methanogènes seulement ont été isolées à partir de prélèvements humains y compris dans le microbiote digestif Methanobrevibacter smithii détectée dans 95,7% des individus, Methanosphaera stadtmanae retrouvée chez environ un tiers des individus et plus récemment dans notre laboratoire Methanomassilicoccus luminyensis détectée en moyenne chez 4% des individus avec une prévalence liée à l'âge ; et dans le microbiote orale Methanobrevibacter oralis isolée à partir de la plaque dentaire. / Archaea is one of four known domains of life. Unlike what their name suggests, they some species of methanogenic archaea have been associated with oral, vaginal and intestinal mucosa. These methanogenic archaea are obligate anaerobic prokaryotes and their culture conditions are fastidious and very poorly known. Only four methanogenic archaea have been isolated from human samples including the digestive microbiota; Methanobrevibacter smithii detected in 95.7% of individuals Methanosphaera stadtmanae found in approximately one third of individuals and more recently in our laboratory Methanomassilicoccus luminyensis detected on average in 4% of individuals with a prevalence of age-related, and in the oral microbiota Methanobrevibacter oralis isolated from dental plaque.