Réponse des cellules épithéliales pulmonaires à l'exposition au perflurocarbone dans le contexte des applications de la ventilation liquide totale

par Sofia Andre Dias

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Daniel Isabey.

Soutenue le 27-03-2017

à Paris Est , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) (laboratoire) et de Institut Mondor de Recherche Biomédicale (laboratoire) .

Le président du jury était Atef Asnacios.

Le jury était composé de Arthur Brouillet, Jean-Christophe Richard, Luc Lotteau.

Les rapporteurs étaient Armelle Baeza-Squiban, Abdul I. Barakat.


  • Résumé

    Au cours de la ventilation liquide totale (VLT), les cellules pulmonaires sont exposées à des perfluorocarbones (PFC) dont les propriétés physiques diffèrent fortement du milieu standard de culture cellulaire (DMEM) et encore plus des propriétés de l'air. Dans cette thèse nous étudions les effets d’une exposition au PFC sur la réponse des cellules épithéliales pulmonaires, en effectuant une étude approfondie des propriétés structurales, mécaniques et fonctionnelles. La réponse des cellules A549 (alvéolaire), HBE (bronchique) et AM (Macrophage alvéolaire) exposées au PFC est étudiée par comparaison au DMEM. Les variations de la structure de F-actine, de la densité d'adhésion focale et de la distribution du glycocalyx sont évaluées par fluorescence. Les changements de propriétés mécaniques et de paramètres d’adhésion sont mesurés par la Magnétocymétrie (MTC) étendue à l’analyse multiéchelle. La mécanique cellulaire est caractérisée par deux modèles microrhéologiques reflétant deux types de comportement possibles du cytosquelette (CSK). L'adhésion à la matrice cellulaire est analysée par un modèle stochastique de dé-adhésion, décrivant la composante non-réversible de la réponse cellulaire. Les rôles fondamentaux de la structure de F-actine et de la couche de glycocalyx sont respectivement évalués par dépolymérisation de F-actine et en dégradant le glycocalyx. Les résultats montrent que l'exposition au PFC induit un remodelage de la structure de F-actine, un affaiblissement du CSK et une diminution de l'adhésion. Ces résultats démontrent que le PFC déclenche une réponse particulière des cellules épithéliales caractérisée par une diminution de la tension intracellulaire, l'affaiblissement de l'adhésion et la redistribution du glycocalyx. L’origine de cette adaptation cellulaire est physique et très probablement reliée à l’augmentation de l'énergie interfaciale associée à la basse tension de surface d’un PFC chimiquement apolaire. La faible tension de surface du PFC est également responsable d'une augmentation de la compliance pulmonaire pendant VLT et a des impacts profonds dans les paramètres respiratoires, parallèlement à la modification de la réponse cellulaire.

  • Titre traduit

    Epithelial lung cell response to perfluorocarbon exposure in the context of total liquid ventilation applications.


  • Résumé

    During Total Liquid Ventilation (TLV), lung cells are exposed to perfluorocarbon (PFC) whose physical properties highly differ from aqueous medium (DMEM) standardly used for cell culture and farther air properties. In this thesis, we study the effects of PFC exposure on the response of pulmonary epithelial cell by performing a thorough assessment of their structural, mechanical and functional properties. The response of A549 cells (alveolar), HBE (bronchial), and AM (alveolar macrophages) exposed to PFC is studied by comparison to DMEM. Changes in F-actin structure, focal adhesion size and density and glycocalyx expression are evaluated by fluorescence. Changes in cell mechanics and adhesion parameters are measured by a multiscale Magnetic Twisting Cytometry (MTC) method. Cell mechanics is analyzed by two microrheological models reflecting two possible cytoskeleton features. Cell-matrix adhesion is analyzed by a stochastic multibond de-adhesion model describing the non-reversible component of the cell response by MTC. The key roles of F-actin structure and glycocalyx layer are established by respectively depolymerising F-actin and degrading glycocalyx. Results show that PFC exposure induces F-actin remodelling, cytoskeleton softening and adhesion weakening. They demonstrate that PFC triggers an epithelial cell response which is characterized by decay in intracellular tension, adhesion weakening and glycocalyx redistribution. The origin of this cellular adaptations is physical and most likely related to the increase in interfacial energy, associated to the low surface tension of the non polar perflurorocarbon, The low surface tension of PFC is also responsible for an increase in lung compliance during TLV and has deep impacts during ventilation parallel to the modification of cell response.


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