Le foie joue un rôle prépondérant dans la biotransformation et l’élimination des xénobiotiques. Le développement de modèles cellulaires hépatiques humains pertinents représente un enjeu majeur afin d’étudier in vitro chez l’Homme la bioactivation de contaminants préoccupants, les altérations à l’ADN qui en dérivent et leur pouvoir mutagène/cancérigène. Ces analyses constituent des étapes clés pour l’identification de biomarqueurs d’exposition indispensables à l’évaluation du risque au niveau des individus et dans les populations. Lors de cette thèse, nous avons mis au point un modèle original de culture 3D en gels de collagène dans lequel les hépatocytes humains s’organisent en sphéroïdes polarisés. Par cette approche, nous avons démontré, pour la première fois, la capacité des hépatocytes primaires cultivés en 3D à proliférer in vitro. De plus, une réinitialisation du cycle cellulaire peut être obtenue après l’inhibition transitoire de la voie de signalisation des MAPKs MEK1/2-ERK1/2. Dans nos conditions, les hépatocytes primaires et transformés expriment des fonctions hépatiques hautement différenciées pendant plusieurs semaines de culture, et les cellules HepaRG se différencient après seulement quelques jours de culture, sans ajout de DMSO. Dans ce contexte, nous avons étudié la génotoxicité d’une classe de contaminants de l’environnement et de l’alimentation, les Amines Hétérocycliques Aromatiques (AHAs). Nos résultats démontrent la pertinence de la culture cellulaire en gels de collagène pour l’identification et la quantification des adduits à l’ADN et les études de toxicité aiguë et chronique dans les hépatocytes humains. Ces travaux représentent une avancée majeure car ils lèvent un verrou au développement de nombreuses applications biotechnologiques. L’établissement de tels modèles d’hépatocytes humains proliférants in vitro permet d’évaluer le pouvoir mutagène des contaminants de l’environnement.