Les carbon dots (CDs), dernier membre de la famille des nanoparticules (NPs) carbonées à avoir été découverts, sont des particules hydrophiles quasi-sphériques qui sont généralement présentées comme biocompatibles et seulement faiblement toxiques. Ils sont facilement accessibles par voie de synthèse et peuvent être tout aussi aisément modifiés par modification chimique des groupes fonctionnels présents à leur surface. Leurs propriétés de fluorescence intrinsèques les rendent intéressants pour de nombreuses applications, notamment dans le domaine biomédical où les CDs trouvent des applications en tant que vecteurs de principes actifs, comme d’autres NPs développées dans ce domaine. Les travaux développés au cours de cette thèse visaient premièrement à identifier les propriétés physicochimiques intrinsèques des CDs qui conditionnent leur toxicité. Pour cela, le profil toxicologique d’une large collection de CDs présentant des propriétés de taille, charge et chimie de surface a été établi en utilisant des modèles in vitro et in vivo. Nous avons pu montrer ainsi que, bien que la taille des NPs joue un rôle important dans leur toxicité, elle ne constitue pas à elle seule un facteur prédictif de cette dernière. En effet, la charge et la chimie de surface régissent de façon importante les interactions entre les NPs et l’environnement biologique dans lequel elles sont introduites et, donc, leur toxicité. Le deuxième objectif de cette thèse était d’étudier le potentiel qu’offrent les CDs dans le domaine de la délivrance de gènes. Nous avons pu montrer la supériorité de CDs préparés à partir d’acide citrique et de bPEI600 sur tous les autres CDs cationiques préparés et évalués dans notre étude. Une approche systématique nous a permis d’améliorer, pas à pas, l’efficacité des CDs jusqu’à surpasser celle du bPEI25k, un agent de référence dans le domaine.Dans l’ensemble, nos études ont ouvert de nouvelles perspectives dans le domaine des NPs en apportant des éléments de compréhension des mécanismes de leur toxicité et en identifiant des conditions de production qui permettent d’optimiser leur propriétés en tant qu’agent de transfection. / Carbon dots (CDs) are the latest member of the family of carbon nanoparticles (NPs) to be discovered. They were isolated for the first time in 2004, during electrophoresis purification of carbon nanotubes. In addition to their nanometric size, these objects are almost spherical and hydrophilic, and are generally presented as biocompatible and very weakly toxic NPs. They are fairly easily accessible by synthesis and can be conveniently modified by reaction of the functional groups present on their surface (amines, carboxylic acids, alcohols, etc.). Finally, they exhibit intrinsic fluorescence properties, are relatively resistant to photobleaching, and can be excited by multi-photon irradiation. Thus, like the other members of the family of carbon NPs (graphene, nanodiamonds, fullerenes, nanotubes), CDs have remarkable properties which are the subject of intense research for applications in fields as different as those of electronics, catalysis, energy storage, imaging, and medicine. In the latter area, CDs can find applications as drug delivery systems, like other NPs successfully developed in this field. The work developed during this thesis had two distinct objectives. The first one was to identify the intrinsic physicochemical properties responsible for the toxicity of NPs. For this, the toxicological profile of a large collection of CDs produced in the laboratory and exhibiting various size, charge, and surface chemistry was characterized using in vitro lung models and mice. We found that although the size of the NPs plays an important role it is not, by itself, a predictive element of the toxicity of the NPs. The charge and the surface chemistry largely effect the interactions between the NPs and the biological medium systems and, therefore, their intrinsic toxicity. The second objective of this thesis was to assess the potential of CDs in the field of drug delivery as synthetic gene carriers. We were able to show the superiority of NPs prepared from citric acid and bPEI600 over all other cationic CDs produced in the laboratory. A systematic evaluation has allowed us, step by step, to improve the efficiency of these transfection agents, to exceed that of bPEI25k, a gold standard for in vitro transfection, without significant toxicity. Overall, this work opens up new horizons in NPs research that may provide 1-a better understanding of the toxicological mechanisms of NPs, especially their determinants, and 2-identification of the relationship between the CDs synthesis methods and the efficiency of these NPs as DNA transfection reagents.

L’overdose au paracétamol est l’une des intoxications médicamenteuses la plus fréquente au monde, caractérisée par une atteinte hépatique dont l’issue peut être fatale. Les études réalisées sur ce phénomène ont montré que la phase initiale de la toxicité est induite par le métabolite actif du paracétamol, le N-acétyl-p-benzoquinone imine (NAPQI). Ce dernier, en l’absence de quantité suffisante de glutathion, s’accumulent dans la cellule et finit par se lier à d’autres protéines, principalement mitochondriales, formant alors des adduits. Cette liaison va altérer la fonction primaire des protéines et conduire, en cas d’overdose sévère, à la mort des hépatocytes. La mort cellulaire s’accompagne alors de la libération de composants cellulaire dont le rôle sera d’alerter le système immunitaire des lésions tissulaires. Ces composants prennent alors le nom d’«alarmines» ou de « damage-associated molecular patterns » (DAMPs). La protéine HMGB1 (High Mobility Group Box 1) fait partie de cette catégorie.Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés de plus près à la protéine HMGB1, à son origine ainsi qu’à son rôle dans l’amplification et la propagation des lésions hépatiques initialement induites par l’overdose au paracétamol. Nos travaux se sont d’abord portés sur l’étude de la protéine HMGB1 dans un modèle murin d’hépatite au paracétamol. Nos expériences nous permettent, d’une part, de confirmer que la libération d’HMGB1 est liée à la sévérité des lésions hépatiques et d’autre part, de démontrer que l’amplification et la propagation de ces lésions, dans les phases précoces de l’intoxication au paracétamol, peuvent se produire indépendamment des cellules immunitaires. Sur base de ces résultats, nous avons émis l’hypothèse de l’existence d’un dialogue entre la protéine HMGB1 et les hépatocytes plutôt que du dialogue, généralement décrit dans la littérature, entre la protéine HMGB1 et les cellules du système immunitaire Nos travaux se sont donc poursuivis, in vitro, sur une lignée cellulaire d’hépatocytes humains, les cellules HepaRG. Ces expériences nous ont permis, d’une part, de confirmer l’implication de la protéine HMGB1 dans l’hépatotoxicité au paracétamol et de mettre en évidence la capacité de cette protéine à provoquer, sans intermédiaire, la mort des cellules HepaRG. D’autre part, ces expériences nous permettent de suggérer la participation de la protéine HMGB1 dans la propagation et l’amplification de la mort des hépatocytes exposés au paracétamol par une voie de signalisation impliquant l’axe TLR4/TRIF/RIPK3. Finalement, l’inhibition de la protéine HMGB1 semblant être bénéfique, nous avons investigué la potentielle efficacité de l’administration d’une combinaison de N-acétylcystéine et de glycyrrhizine dans notre modèle murin. L’idée était de combiner une drogue qui agit sur l’accumulation du métabolite toxique et une seconde qui agit sur la phase de propagation du signal. Nos résultats, bien que préliminaires, ont démontré l’efficacité de cette combinaison à la fois sur la nécrose hépatique et sur la survie des souris. En conclusion, nos travaux confirment l’importance du rôle joué par la protéine HMGB1 dans l’hépatotoxicité induite par le paracétamol et nous permettent de mettre en évidence un nouveau mécanisme, impliquant la protéine HMGB1, qui pourrait contribuer à l’amplification et la propagation des lésions hépatiques induites par une overdose de paracétamol. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La néphropathie aux acides aristolochiques (NAA) est une néphrite tubulo-interstitielle (TI) toxique initialement rapportée chez des patients après la consommation de remèdes à base de plantes chinoises contenant des acides aristolochiques (AA). Histologiquement, elle est caractérisée par une fibrose interstitielle, facilement reconnaissable à son gradient corticomédullaire, et une atrophie tubulaire, responsables d’une dégradation rapide de la fonction rénale conduisant à l’insuffisance rénale terminale. La reproduction de la maladie humaine chez l’animal (rat) dans le laboratoire expérimental de néphrologie a permis de retrouver les adduits d’ADN spécifiques aux AA et de décrire une évolution biphasique de l’atteinte TI :une phase aiguë, caractérisée par une nécrose tubulaire des cellules épithéliales tubulaires proximales (CETP) (en particulier du segment S3) associée à un infiltrat inflammatoire mononucléé et une phase chronique caractérisée par une atrophie tubulaire et une fibrose interstitielle. L’atteinte ciblée des CETP observée dans la NAA a suggéré l’existence de mécanismes physiopathologiques spécifiques à ce segment du néphron. Par ailleurs, l’infiltrat inflammatoire a été proposé comme étant le lien physiopathologique entre la phase aiguë et la phase chronique. La localisation des transporteurs d’anions organiques (ou organic anion transporter, OAT) dans le tubule proximal et leurs rôles dans d’autres néphropathies toxiques ont suggéré leur implication dans la NAA. Des études in vitro ont permis de démontrer leur responsabilité dans l’accumulation intracellulaire des AA, mais leur implication ainsi que l’effet protecteur du probénécide (PBN) un inhibiteur des OAT, n’a jamais été démontrée in vivo. Dans un modèle murin, nous avons confirmé le rôle des OAT dans le transport des AA ainsi que l’effet protecteur du PBN dont l’administration a permis de prévenir l’augmentation de la créatinine plasmatique, de réduire les lésions aiguës et chroniques et de diminuer la sévérité et l’étendue des lésions en microscopie électronique. De plus, la quantité d’adduits d’ADN spécifiques aux AA a été significativement réduite aux temps précoces. Bien qu’un infiltrat inflammatoire ait été démontré dans la NAA chez l’homme et l’animal, le rôle précis des leucocytes n’a jamais été étudié dans ce modèle. Nous avons démontré que la déplétion en lymphocytes T-CD4+ ou CD8+ aggravait l’atteinte rénale aiguë (ARA) (augmentation de la nécrose, de la créatinine plasmatique et de l’urée) induite par les AA. En outre, leur injection prolongée a provoqué une augmentation importante de la mortalité dans le groupe déplété en lymphocytes T-CD4+ par rapport au groupe injecté uniquement avec des AA. L'injection d’AA induisant une augmentation de la proportion de lymphocytes T régulateurs intrarénaux par rapport aux souris contrôles, nous avons également testé les effets de leur déplétion. Etonnamment, aucune augmentation de la créatinine plasmatique, de l’urée ou du score de nécrose n'a été observée. De plus, l’ARA de la NAA s’est accompagnée d’une augmentation de la population CD11bhighF4/80mid et d’une diminution de la population CD11blowF4/80high. La déplétion lymphocytaire CD4+ a provoqué une augmentation encore plus importante de la population CD11bhighF4/80mid et la déplétion T-CD8+ une diminution plus importante de la population CD11blowF4/80high. Les lymphocytes T-CD4+ et CD8+ exercent donc un effet protecteur dans la NAA expérimentale. L’aggravation de l’atteinte rénale consécutive à leur déplétion pourrait être liée à la perte du rétrocontrôle de l’immunité innée par l’immunité adaptative ou à une modification du phénotype des macrophages. Cette hypothèse mériterait d’être confirmée par des données complémentaires. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'œil est un organe complexe quotidiennement exposé au rayonnement électromagnétique ambiant. Les fonctions sensorielles uniques qu'il assure nécessitent l'acheminement spécifique d'une portion de ce rayonnement, la lumière, jusqu'à la rétine tapissant son fond. À cette fin, le chemin optique est constitué de différents tissus caractérisés par leur remarquable capacité à absorber ou transmettre des longueurs d'onde définies. L'absorption de longueurs fortement énergétiques s'accompagne néanmoins d'un risque de toxicité susceptible de compromettre l'intégrité et la santé des tissus absorbants. Tel est notamment le cas des rayons ultraviolets de type B ou UVB (rayons les plus énergétiques atteignant la surface oculaire en conditions normales). Les effets dommageables des UVB ont été documentés et découlent principalement de processus photochimiques directs. Il est de plus en plus reconnu que deux autres domaines du spectre électromagnétique ambiant, les UVA et la lumière bleue visible à haute énergie (HEV), disposent d'un potentiel significatif de toxicité pour les tissus oculaires. Toutefois, les fondements de cette nocivité sont mal compris. Les UVA, absorbés par la cornée et le cristallin, et la lumière HEV, absorbée au niveau de la rétine, se démarquent par une grande capacité à causer un stress oxydatif, à travers des processus indirects largement dépendants de la présence d'oxygène et de photosensibilisateurs adéquats dans les tissus absorbants. Plusieurs évidences lient leur toxicité à ce stress oxydatif, mais les événements moléculaires sous-tendant ce lien restent à définir. L'objectif global des travaux présentés dans cette thèse était donc d'identifier les déterminants de la toxicité tissulaire reliés à l'effet pro-oxydant de ces rayons. Bien que majoritairement absorbés par le cristallin, la cornée filtre une portion significative des rayons UVA parvenant à la surface oculaire et les conséquences de cette filtration sont très peu documentées. Le premier volet de nos travaux s'est donc penché sur les conséquences précoces d'une exposition de la cornée à ces rayons. L'exposition d'yeux de lapins aux UVA a permis de confirmer que ceux-ci induisent de nombreux phénomènes d'oxydation tout le long du tissu cornéen. Nous avons décrit les altérations moléculaires immédiates causées par ces phénomènes et leur profil de distribution à travers les trois couches cellulaires cornéennes (épithélium, stroma et endothélium). Nous avons ainsi déterminé que dans sa configuration native, la sensibilité aux dommages et la réponse de la cornée aux UVA ne sont pas uniformes d'une région à l'autre du tissu. Par exemple, alors que l'épithélium subit d'importantes altérations moléculaires en réponse à l'exposition, ses cellules limitent efficacement les manifestations immédiates de la toxicité des UVA par des mécanismes compensatoires. En contraste, l'endothélium à la surface postérieure de la cornée, présente une grande susceptibilité à une toxicité immédiate, et l'oxydation induite par une exposition prolongée aux UVA pose un risque particulier pour sa santé. Le second volet visait à déterminer les mécanismes cellulaires mis en œuvre dans l'action toxique de la lumière HEV. Les données disponibles sur la toxicité oculaire de ce rayonnement montrent que celle-ci touche principalement l'épithélium pigmenté de la rétine (EPR) et repose sur une accumulation de photosensibilisateurs endogènes dans ce tissu avec l'âge. Nous avons toutefois identifié un photosensibilisateur exogène de la lumière HEV susceptible de s'accumuler dans l'EPR, l'indénopyrène (IcdP), un hydrocarbure aromatique polycyclique abondant dans la fumée de tabac. Par l'exposition de cellules d'EPR humain à l'IcdP et/ou la lumière HEV, nous avons mis en évidence une synergie toxique émanant de leur interaction. L'IcdP devient au moins 3000 fois plus cytotoxique en présence de doses sous-létales de lumière HEV, causant un stress oxydatif, des altérations structurelles et une mort cellulaire rappelant les événements dégénératifs observés dans la dégénérescence maculaire liée à l'âge (première cause de cécité chez les personnes âgées). L'étude des mécanismes derrière cette synergie révèle que l'interaction IcdP-lumière HEV induit une perte du contrôle synchrone des phases assurant le métabolisme normal du xénobiotique dans l'EPR, ce qui semble précipiter le déclin cellulaire. Nos travaux ouvrent la perspective que la toxicité de la lumière HEV pour l'EPR soit significativement modulée, entre autres, par le style de vie des individus et la pollution environnementale. En évaluant leur toxicité sous des angles nouveaux, cette thèse démontre que le caractère nocif des rayons UVA et de la lumière HEV pour les tissus oculaires est largement sous-estimé. / The eye, a complex organ, faces the ambient electromagnetic spectrum on a daily basis. Its unique sensory functions require the specific delivery of light, a small portion of that spectrum, to the retina, the inside lining of eye fundus. To achieve such specificity, the optical path is made up of different tissues, each showing a remarkable ability to absorb or transmit precise wavelengths. However, high energy wavelengths absorption is associated with a risk of toxicity, which might threaten the integrity of absorbing tissues. This is particularly true for ultraviolet B or UVB (most energetic naturally occurring radiation that reach the ocular surface). UVB deleterious effects have been documented and mainly arise from direct photochemical processes. There is now a growing consensus that UVA and high energy visible blue light (HEV), the wavelengths adjacent to UVB in the spectrum, hold a significant potential for ocular toxicity. However, the basis for such toxicity is poorly understood. UVA rays are absorbed by the cornea and the lens, while HEV light is absorbed by the retina. Both spectral regions are characterized by a strong ability to promote oxidative stress in target tissues through indirect oxygen-dependent processes that rely on the presence of specific photosensitizers in tissues. Several data show that oxidative stress correlates with the toxic effects induced by eye exposure to UVA or HEV light, but the molecular events underlying such correlation remain to be clarified. The overall goal of the work presented in this thesis was therefore to identify key oxidation-related determinants of UVA and HEV light toxicity for ocular tissues. Even if the lens absorbs the majority of UVA rays reaching the ocular surface, the cornea also filters out a significant part of these wavelengths, and there is very little information on the repercussion for the cornea. In the first section of my thesis, we thus sought to determine the early consequences of cornea exposure to UVA. Using UVA-irradiated rabbit eyes as a model, we confirmed the induction of numerous oxidation reactions through corneal entire thickness. We reported oxidatively generated molecular changes occurring in the cornea very shortly after exposure and we described their distribution within the three corneal cellular layers (epithelium, stroma and endothelium). We provide evidence that in corneal native conformation, damage susceptibility and responsiveness to UVA-induced oxidation vary from one layer to another. For example, while corneal epithelial cells are subjected to important modifications in response to UVA exposure, they efficiently limit the early manifestations of UVA-induced toxicity by using compensatory mechanisms. On the other hand, the endothelium, the posterior portion of the cornea, is more susceptible to UVA-induced immediate toxicity. Oxidation resulting from extended exposure of the cornea to UVA is therefore expected to pose a hazard to corneal endothelium integrity. The second section of my thesis aimed to define cellular mechanisms involved in HEV light toxic action. Available data in the literature show that HEV light ocular toxicity primarily affects retinal pigment epithelium (RPE) and relies on the age-related accumulation of endogenous photosensitizers in RPE cells. However, we have identified an exogenous HEV light photosensitizer, indenopyrene (IcdP), an important tobacco smoke derived polycyclic aromatic hydrocarbon, which may accumulate in RPE. Using IcdP and/or HEV light-exposed human RPE cells as a model, we highlighted a toxic synergy between IcdP and HEV light. IcdP is at least 3000 times more toxic for RPE cells when irradiated with sub-lethal amounts of HEV light. It then promotes degenerative changes comparable to those observable in age-related macular degeneration (the leading cause of irreversible vision loss among elderly people). These changes include oxidative stress, structural defects and apoptotic cell death. A study of the molecular processes underlying this synergy reveals that IcdP HEV light interaction results in loss of the tight coupling required between the two metabolic phases ensuring IcdP efficient detoxification in RPE. Such loss seems to precipitate cell deterioration. Our work raises the prospect that HEV light toxicity for RPE is significantly modulated, among other things, by lifestyle and environmental pollution. This thesis, addressing UVA and HEV light ocular toxicity from a new perspective, proves that their harmful nature in ocular tissues is largely underestimated

Le présent projet vise à déterminer l'impact du mercure sanguin sur la variabilité cardiaque (VC) chez des adultes du Nunavik en tenant compte des concentrations des oméga-3 et d'autres facteurs potentiellement confondants. Des échantillons sanguins ont été prélevés chez 280 adultes de 40 ans et plus et, des électrocardiogrammes ambulatoire de type Holter ont été enregistrés pendant 2 heures consécutives afin de calculer des indices de temps et de fréquence de la VC. En corrélation simple, le mercure n'a été associé faiblement qu'à la basse fréquence (LF) (r= -0.18; p= 0.02) et à la déviation standard des intervalles RR (SDNN) (r= -0.14; p= 0.047) mais ces associations sont devenues non significatives après le contrôle statistique des facteurs confondants (|3= -0.09, p= 0.35; p= -0.04, p= 0.37 respectivement). En conclusion, aucun effet du mercure sur la VC n'a pas été constaté dans cette population. / The objective of the present study was to determine the impact of mercury levels on heart rate variability (HRV) in an adult population of Nunavik taking into account the influence of n-3 fatty acids and other possible confounding factors. Blood samples were collected in a sub-sample of 280 adults 40 years and older and, ambulatory electrocardiograms (Holter monitoring) were performed during 2 hours in order to derive time and frequency domains indices of HRV. In simple correlation, mercury was weakly associated with low frequency (LF) (r= -0.18; p= 0.02) and the standard deviation of RR intervals (SDNN) (r= -0.14; p= 0.047) but these associations became non statistically significant after adjusting for confounders (p= -0.09, p= 0.35; p= -0.04, p= 0.37 respectively). In conclusion, no impact of mercury on HRV was observed in this population.

L'objectif principal de cette étude était de mesurer les concentrations plasmatiques des composés de type dioxine (DLCs) dans un échantillon représentatif de la population inuite du Nunavik et d'étudier les divers facteurs pouvant les moduler. Des échantillons plasmatiques de 874 sujets ont été analysés à l'aide d'un bioessai sensible aux dioxines. La moyenne arithmétique chez les participants était de 13,3 pg TEQ (équivalents toxique de dioxine)/g de lipides avec des valeurs comprises entre < 5 à 144 pg TEQ/g de lipides. Une analyse multivariée a montré que l'âge et la teneur en acide gras oméga-3 dans les membranes de globules rouges étaient positivement, et les graisses corporelles négativement, associés aux concentrations plasmatiques de DLCs (r2 total ajusté = 0,24; p<0,001). Les concentrations plasmatiques des congénères de BPCs no. 105, 118, 153, 156, 157, 167 et 189, déterminées par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse sont intercorrélées (r = 0,626-0,973; p < 0,001) et corrélées aux concentrations de DLCs (r = 0,521-0,562; p < 0,001). Cette étude dont les données sont analysées de façon transversale permettra d'examiner dans le futur les associations entre l'exposition à ces substances chimiques et le risque de maladies chroniques au sein de cette population.

Le p-tert-octylphénol est un produit présent dans l’environnement et issu de la dégradation des alkylphénols éthoxylés. Ce composé a la capacité de se lier au récepteur œstrogénique et d’exercer ainsi un léger effet œstrogénique. Les objectifs de cette étude étaient de 1) développer une méthode d'identification de l'octylphénol dans le sang et les tissus à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse jumelée à la spectrométrie de masse, 2) caractériser la toxicocinétique sanguine et tissulaire de l’octylphénol chez le rat Sprague-Dawley mâle et femelle et 3) développer un modèle toxicocinétique à base physiologique permettant de décrire la cinétique sanguine et tissulaire de l’octylphénol inchangé. Pour ce faire, des rats mâle et femelle Sprague-Dawley ont reçu des doses uniques d’octylphénol par les voies intraveineuse, orale et sous-cutanée. Deux autres groupes ont reçu des doses répétées d'octylphénol par voie orale pour une durée de 35 jours consécutifs pour les femelles ou 60 jours pour les mâles. Les concentrations sanguines et tissulaires d’octylphénol ont été mesurées à différents moments après administration à partir d’une méthode d’analyse développée dans nos laboratoires dans le cadre de ce projet. Les expériences impliquant des administrations uniques ont montré que les concentrations sanguines et tissulaires d'octylphénol étaient en général plus élevées chez les femelles que chez les mâles. Des expériences réalisées avec des microsomes hépatiques ont confirmé que ces différences étaient vraisemblablement reliées au métabolisme de l'octylphénol. Les expériences impliquant des administrations répétées ont montré qu'il n'y avait pas d'accumulation d'octylphénol dans l'organisme aux doses étudiées. Les résultats obtenus expérimentalement ont servi à développer et valider un modèle toxicocinétique à base physiologique. Ce modèle a permis de simuler adéquatement les concentrations sanguines et tissulaires d'octylphénol suite à des expositions intraveineuses, orales et sous-cutanées. En conclusion, cette étude a fourni des données essentielles sur la toxicocinétique de l'octylphénol. Ces données sont nécessaires pour établir la relation entre la dose externe et la dose interne et vont contribuer à une meilleure évaluation des risques liés à l'octylphénol. / p-tert-Octylphenol is a degradation product of alkylphenol ethoxylates that can be found in the environment. It has been reported to act as a weak estrogenic compound by binding to the estrogen receptor. This study was undertaken to 1) develop a sensitive method for the determination of octylphenol in blood and various tissues using gas chromatography coupled with detection by mass spectrometry, 2) characterize the blood and tissues toxicokinetics of octylphenol in male and female Sprague-Dawley rats and 3) develop a physiologically-based toxicokinetic model for octylphenol that can describe/predict unchanged blood and tissues octylphenol concentrations in rats. Male and female Sprague-Dawley rats were given a single dose of octylphenol either by oral gavage, intravenous injection or subcutaneous injection. In a repeated dosing experiment, rats were given octylphenol (oral) daily for 35 days (female) or 60 days (male). Blood and tissue samples were collected at various time following the onset of exposure and analyzed for octylphenol content using a method developed in our laboratory. These results showed that blood and tissues octylphenol concentrations were generally higher in female than male rats. Experiments done with rat liver microsomes confirmed that these differences were related to octylphenol metabolism. The results of the repeated exposure study indicate that there is no bioaccumulation of octylphenol at these exposure levels. A physiologically-based pharmacokinetic model for octylphenol was developed and validated using the data obtained in female and male rats. The model simulates adequately blood and tissues octylphenol concentrations following oral, intravenous or subcutaneous exposure. In conclusion, this study provided essential data on the toxicokinetics of octylphenol. These data are essential to predict the relationship between the internal and the external dose of octylphenol and will facilitate the risk assessment of octylphenol in humans.

Le p-tert-octylphénol est un produit présent dans l’environnement et issu de la dégradation des alkylphénols éthoxylés. Ce composé a la capacité de se lier au récepteur œstrogénique et d’exercer ainsi un léger effet œstrogénique. Les objectifs de cette étude étaient de 1) développer une méthode d'identification de l'octylphénol dans le sang et les tissus à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse jumelée à la spectrométrie de masse, 2) caractériser la toxicocinétique sanguine et tissulaire de l’octylphénol chez le rat Sprague-Dawley mâle et femelle et 3) développer un modèle toxicocinétique à base physiologique permettant de décrire la cinétique sanguine et tissulaire de l’octylphénol inchangé. Pour ce faire, des rats mâle et femelle Sprague-Dawley ont reçu des doses uniques d’octylphénol par les voies intraveineuse, orale et sous-cutanée. Deux autres groupes ont reçu des doses répétées d'octylphénol par voie orale pour une durée de 35 jours consécutifs pour les femelles ou 60 jours pour les mâles. Les concentrations sanguines et tissulaires d’octylphénol ont été mesurées à différents moments après administration à partir d’une méthode d’analyse développée dans nos laboratoires dans le cadre de ce projet. Les expériences impliquant des administrations uniques ont montré que les concentrations sanguines et tissulaires d'octylphénol étaient en général plus élevées chez les femelles que chez les mâles. Des expériences réalisées avec des microsomes hépatiques ont confirmé que ces différences étaient vraisemblablement reliées au métabolisme de l'octylphénol. Les expériences impliquant des administrations répétées ont montré qu'il n'y avait pas d'accumulation d'octylphénol dans l'organisme aux doses étudiées. Les résultats obtenus expérimentalement ont servi à développer et valider un modèle toxicocinétique à base physiologique. Ce modèle a permis de simuler adéquatement les concentrations sanguines et tissulaires d'octylphénol suite à des expositions intraveineuses, orales et sous-cutanées. En conclusion, cette étude a fourni des données essentielles sur la toxicocinétique de l'octylphénol. Ces données sont nécessaires pour établir la relation entre la dose externe et la dose interne et vont contribuer à une meilleure évaluation des risques liés à l'octylphénol. / p-tert-Octylphenol is a degradation product of alkylphenol ethoxylates that can be found in the environment. It has been reported to act as a weak estrogenic compound by binding to the estrogen receptor. This study was undertaken to 1) develop a sensitive method for the determination of octylphenol in blood and various tissues using gas chromatography coupled with detection by mass spectrometry, 2) characterize the blood and tissues toxicokinetics of octylphenol in male and female Sprague-Dawley rats and 3) develop a physiologically-based toxicokinetic model for octylphenol that can describe/predict unchanged blood and tissues octylphenol concentrations in rats. Male and female Sprague-Dawley rats were given a single dose of octylphenol either by oral gavage, intravenous injection or subcutaneous injection. In a repeated dosing experiment, rats were given octylphenol (oral) daily for 35 days (female) or 60 days (male). Blood and tissue samples were collected at various time following the onset of exposure and analyzed for octylphenol content using a method developed in our laboratory. These results showed that blood and tissues octylphenol concentrations were generally higher in female than male rats. Experiments done with rat liver microsomes confirmed that these differences were related to octylphenol metabolism. The results of the repeated exposure study indicate that there is no bioaccumulation of octylphenol at these exposure levels. A physiologically-based pharmacokinetic model for octylphenol was developed and validated using the data obtained in female and male rats. The model simulates adequately blood and tissues octylphenol concentrations following oral, intravenous or subcutaneous exposure. In conclusion, this study provided essential data on the toxicokinetics of octylphenol. These data are essential to predict the relationship between the internal and the external dose of octylphenol and will facilitate the risk assessment of octylphenol in humans.

L'environnement électromagnétique, et donc l'exposition aux champs électromagnétiques, existe depuis toujours. En revanche, le nombre de sources d'exposition a augmenté de façon inégale au cours de l'histoire humaine. La source primaire principale et omni-présente est le champ magnétique statique terrestre, appelé champ géomagnétique. Sa valeur moyenne est de 50 µT. Dans l'Antiquité, le savant grec Thalès serait le premier à s'être intéressé à l'électricité, mais c'est à la fin du 18ème siècle et surtout au 19ème siècle que l'électricité artificielle fait son apparition et devient indispensable aux sociétés dites modernes. Les télécommunications se développent également à partir du 19ème siècle et trouvent une extension avec les nouvelles technologies de communication sans fil au siècle dernier. Des applications industrielles et médicales non invasives ont également été développées au cours des dernières décennies, comme l'imagerie par résonance magnétique (IRM), la stimulation magnétique transcrânienne et d'autres signaux électromagnétiques complexes. Au total, le nombre de sources d'exposition, généralement de faible puissance, ne cesse de croître et les développements technologiques se poursuivent, avec éventuellement de nouveaux usages qui peuvent parfois être à l'origine de nouveaux types d'exposition. L'évaluation des risques liés à l'exposition aux champs électromagnétiques date du 20ème siècle avec la notion de radioprotection et l'apparition des organismes dédiés à la radioprotection. Une distinction entre la radioprotection stricte (protection contre la radioactivité) et la protection contre les rayonnements non-ionisants ou champs électromagnétiques est intervenue dans les années 1960. En France, la Société Française de Radio Protection comporte une section " ionisant " et une section " non-ionisant ". Au plan international, à l'instar de la CIPR pour les rayonnements ionisants, l'ICNIRP est l'organisme qui propose les normes d'exposition aux rayonnements non-ionisants. Ces normes sont établies à partir de l'analyse collective des articles scientifiques parus dans des journaux à comité de lecture. C'est donc sur les connaissances scientifiques que se fait l'évaluation des risques liés à l'exposition aux champs électromagnétiques, et les propositions de limites d'exposition peuvent évoluer si les résultats des évaluations périodiques du risque le nécessitent. Cependant, le développement de nouvelles technologies et/ou de nouveaux usages, la question des faibles doses et des expositions à long terme ont généré une demande sociétale forte et incité les industriels et/ou les autorités à financer de nouvelles recherches. Classiquement en toxicologie, le risque caractérisé est directement lié à la " dose " de l'agent en cause et c'est le cas ici des champs électromagnétiques. Aussi, généralement, les pathologies associées se développent rapidement et apparaissent de façon aiguë, exception faite du cancer. Implicitement, des expositions à des intensités ou puissances faibles, comme celles générées par les nouvelles technologies de communication sans fil par exemple, ne peuvent pas générer ces manifestations physiopathologiques. Pourtant, avec la téléphonie mobile, force est de constater que l'on approche, pour la première fois, une source RF près du cerveau. En revanche, les techniques d'IRM évoluent vers l'utilisation de champs magnétiques statiques, intenses jusqu'à 11 teslas. Or, peu de recherches ont été menées avec des champs statiques aussi intenses. Des questions sanitaires légitimes se posent alors quant aux effets sanitaires liés aux nouvelles technologies utilisant des champs électromagnétiques, et la recherche fournit des éléments de réponse. Dans les années 1990, la thématique " santé-environnement " émerge avec, notamment, la question des enfants et leur possible plus grande sensibilité aux toxiques de l'environnement . Les champs électromagnétiques ne sont pas toujours cités dans ces documents. En 1996, l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) établit le Projet International pour l'étude des champs électromagnétiques (International EMF project). Ce projet se propose " d'évaluer les effets sanitaires et environnementaux provoqués par des champs électriques et magnétiques statiques ou variables dans les fréquences allant de 0 à 300 GHz ". Ainsi, l'OMS publie régulièrement des recommandations de recherche qui sont une référence incontournable pour les instituts de recherche. L'OMS justifie ce programme " au titre de sa Charte pour la protection de la santé publique et en réponse à la préoccupation suscitée par la possibilité d'effets sanitaires imputables à l'exposition à des sources de champs électromagnétiques ". Ainsi, des aspects sociétaux justifient également notre recherche. En parallèle, la notion de principe de précaution s'est développée jusqu'à l'inscription de la charte de l'environnement, et donc du Principe de Précaution, dans le préambule de la constitution française en 2005. Consacré dans le champ de la protection de l'environnement - il s'agit de ne pas attendre de disposer de toutes les certitudes scientifiques sur l'existence d'un risque de dommage grave et irréversible pour agir - ce principe demande " la mise en œuvre de procédures d'évaluation des risques " et la recherche doit être considérée comme un élément à part entière de ce principe. Je présente dans ce document mes activités de recherche depuis ma soutenance de thèse en 1997. Mes recherches incluent des études de confirmation et des études originales dans une approche toxicologique qui s'inscrit pleinement dans la démarche d'évaluation du risque. Le processus d'évaluation des risques est en effet un processus dynamique qui tient compte des nouvelles données scientifiques. Je contribue ainsi à l'évaluation du risque à la fois par mes recherches et par l'activité d'expertise que j'exerce en parallèle, laquelle vise à recenser et évaluer les données scientifiques disponibles. Ce document présente un rappel succinct de la notion de champs électromagnétiques et des mécanismes d'action pour les interactions avec le vivant, puis une synthèse des travaux réalisés en cinq sections : (i) Systèmes d'exposition, dosimétrie et expositions ; (ii) Études de confirmation d'effets biologiques des champs magnétiques et des champs RF ; (iii) Étude d'effets biologiques des champs RF ; (iv) Étude d'effets biologiques des champs magnétiques et (v) Expertise. Viennent ensuite mes perspectives de recherche, pour les quatre prochaines années.

Le béryllium (Be) est un métal dont les propriétés physiques et mécaniques sont très recherchées, notamment dans les secteurs spatial, énergétique et électronique. Les principaux effets associés à l’exposition au Be sont la sensibilisation et la bérylliose chronique. La prévalence des effets associés au Be suggère que les risques sont, entre autres, fonction de sa spéciation. Par ailleurs, il semble que les particules fines constituent la fraction d’intérêt pour l’occurrence de tels effets. Dans cette étude nous avons vérifié l’hypothèse que la forme chimique et la taille des particules du Be jouent un rôle majeur au niveau de la toxicité et de l’apparition d’effets spécifiques à une exposition au Be. Les effets spécifiques se traduisent, entre autres, par la formation de granulomes inflammatoires pulmonaire, par la prolifération de lymphocytes TCD4+ et la production de cytokines de type Th1. Pour chacune des trois formes chimiques visées par la présente étude (le Be métallique ou Be, l’oxyde de Be ou BeO et l’alliage Be aluminium ou BeAl), la toxicité a été évaluée à la suite d’une exposition subchronique par inhalation oro-nasale à des particules fines (F) et totales (T). À cette fin, un modèle animal (souris) a été utilisé. Au total, 245 souris ont été utilisées. Elles ont été subdivisées en sept groupes de 35 souris. Un groupe a servi de contrôle, alors que chacun des six autres a été exposé soit à des particules fines soit à des particules totales, pour chacune des trois formes chimiques de Be (Be-F, Be-T, BeO-F, BeO-T, BeAl-F, BeAl-T). La durée d’exposition pour chacun des groupes s’est étendue sur 3 semaines, 5 jours par semaine, 6 heures par jour. Le niveau d’exposition des souris était de 250 µg/m3. L‘urine des souris a été recueillie avant et durant l’exposition. Au moment du sacrifice, plusieurs tissus (poumon, rate, foie et reins) ainsi que des échantillons de sang ont été prélevés puis immédiatement congelés jusqu’à leur analyse pour la détermination de leur teneur en Be. De plus, certains poumons et rates ont été analysés pour l’évaluation de la sensibilité immunologique et de l'inflammation pulmonaire. Cette étude d’exposition subchronique est la première étude murine qui étudie les effets toxiques de différentes tailles particulaires sur les changements pathologique et immunologique similaires à ceux observés chez l’humain. Cette étude a permis de constater qu’il existait des différences importantes au niveau de la toxicité du Be d’après les différentes tailles particulaires à l’étude. Ces différences seraient reliées au dépôt des particules de Be dans les voies respiratoires et également à la capacité des voies respiratoires à les éliminer totalement ou partiellement. La clairance respiratoire est fonction, notamment, du site de déposition et du caractère soluble ou non des particules. Cette recherche aura également permis de démontrer que les souris C3H/HeJ représentent un bon modèle pour l’étude des effets toxicologiques et immunologiques d’une exposition au Be. De plus, nos résultats démontrent que la sévérité des lésions pulmonaires causées par le Be, tel que l’infiltration interstitielle de lymphocytes et la formation de granulomes non-caséeux, augmente avec le temps de résidence pulmonaire des particules de Be. Combinés à d’autres résultats, nos résultats contribueront à guider les actions de prévention relativement à l’exposition au Be, incluant éventuellement la révision de la valeur limite de l’exposition et possiblement l’établissement de valeurs limites en fonction de la forme chimique et de la taille des particules. / Beryllium (Be) is a metal with physical and mechanical properties and is used extensively in the aerospace, energy, and electronics industries. The main effects associated with Be exposure are sensitization and chronic beryllium disease. The prevalence of the effects associated with Be suggests that the risks are function of its speciation. Futhermore, it appears that the fine particles constitute the fraction of interest for the occurrence of such effects. In this study we verified the hypothesis that the chemical form and the particle size of Be play a major role in the level of the toxicity and in the appearance of specific effects in an exposure to Be. The specific effects are translated, among others, by the formation of inflammatory granulomes, by the proliferation of lymphocytes TCD4 + and the production of type Th1's cytokines. For each of the three chemical forms assessed in this research (Be metal or Be, Be oxide or BeO and Be aluminum alloy or BeAl) the toxicity was estimated following an subchronic exposure by nose-only to fine (F) and total (T) particles. An animal model (mouse) was used. Two hundred and forty five mice divided into seven groups of 35 each were used. The first group was used as a control, while the six other groups were exposed to total or fine particles of three different Be species (Be-F, Be-T, BeO-F, BeO-T, BeAl-F, BeAl-T). The duration of exposure for each of the groups was 3 consecutive weeks, 5 days per week and 6 hours per day. The target level of exposure was 250 μg/m3. Urine was collected before and during exposure. At the time of the sacrifice, several tissues (lungs, spleens, livers and kidneys) and blood samples were taken and immediately frozen until their chemical analysis for Be concentrations. Lungs and spleens were also sampled to evaluate the immunological effects and pulmonary inflammation. This study of subchronic exposure is the first murine study to examine the toxic effects of various particle sizes for similar pathological and immunological changes to those observed in a human being. This study allowed for the identification of important differences in the level of the toxicity of Be according to the various particles sizes. These differences are connected to the deposit of the particles of Be in respiratory tracts and also the capacity of respiratory tracts to eliminate them totally or partially. The respiratory clearance is a function of the site of deposition and of the solubility of the particles. This research has also demonstrated that mouse C3H/HeJ represents a good model for the study of the toxicological and immunological effects of a Be exposure. Furthermore, our results showed that the severity of the lung hurts caused by Be, such as the interstitial infiltration of lymphocytes and the formation of non-caseous granulomes, increases in time by lung residence of Be. Alongside other results, the results of this research will contribute to informing the prevention of Be exposure, including possibly the revision of the limit value and the establishment of a scientifically based threshold according to chemical form and particle size.