Notre équipe a récemment développé une méthode polyvalente permettant de préparer des dérivés complexes de C60 hexa-adduits fonctionnalisés. Cette méthodologie permet d’obtenir des produits aux caractéristiques originales. Le C60 central agit comme un support central peu réactif, autour duquel des fonctionnalités sont réparties dans un espace octaédrique parfaitement défini. La première partie de ce travail de thèse a consisté à exploiter cette méthodologie pour créer des C60 hexa-adduits polycationiques aux propriétés de transfection remarquables. Dans un second temps, les dendrons polyamines synthétisés ont été mis à profit pour créer des structures supramoléculaires de C60 hexa-adduits, sous forme micellaire. Par la suite, l’étude de ces assemblages a orienté nos investigations vers l’élaboration de dérivés de C60 hexa-adduits mannosylés multivalents résultant d’un assemblage supramoléculaire, dont leurs possibles applications biologiques sont actuellement à l’étude. En parallèle une synthèse covalente a permis d’obtenir un «équivalent dendritique» de C60 hexa-adduit multimannosylé. Partant du constat que notre méthodologie est efficace principalement pour des dérivés de C60 hexa-adduits qui ont une régio-sélectivité particulière, la dernière partie a été consacrée au développement de nouvelles voies de synthèses qui pourront permettre de créer des dérivés de C60 avec un contrôle régio-sélectif original. / Our team has recently built a polyvalent method that gives complex functionalized C60 hexa-adducts. This methodology permits to obtain products with original features. C60 acts as an inert scaffold, around which functionnalities are distributed in a well-defined octahedral space. The first part of this thesis describes exploitation of this methodology to create polycationics C60 hexa-adducts, which have shown remarkable gene delivery capabilities. Next, the synthetized polyamine dendrons were used to build supramolecular structure of C60 hexa-adducts, as micellar forms. The study of these self-assembled structures has guided us to design micelles of mannosylated C60 hexa-adducts, which biological applications are under investigation. In parallel a covalent synthesis has furnished a dendrimers-like multimannosylated C60 hexa-adduct. Based on the observation that our methodology to create C60 hexa-adduct is efficient only for a specific regio-selectivity, the last part of this thesis was devoted to the development of new synthetic routes to obtain C60 derivates with an original regio-selective control.

Le travail présenté ici porte sur l’étude et le contrôle de la cavitation acoustique dans le but de développer un système de sonoporation efficace pour les cellules en suspension et les cellules adhérentes. Le manuscrit est composé de trois chapitres. Tout d’abord, une revue de la littérature sur les différentes techniques physiques utilisées en transfection cellulaire, et plus particulièrement la sonoporation. Il a été démontré que le principal mécanisme de la sonoporation est étroitement lié au phénomène de cavitation acoustique. Un contrôle de ce phénomène aléatoire apparaît alors intéressant afin d’augmenter le taux de transfection tout en gardant une forte viabilité cellulaire. Dans le second chapitre, un système de régulation de cavitation ultrasonore basé sur un indice acoustique de cavitation a été étudié. Cet indice, est basé sur la mesure de bruit large bande émis lors de l’implosion des bulles de cavitation. Les avantages d’un tel système sont : un suivi en temps réel du niveau de cavitation durant l’irradiation, des informations quasi-instantanées sur les composantes spectrales caractéristiques de la cavitation, une meilleure reproductibilité et stabilité du niveau de cavitation surtout pour les intensités modérés. Dans le troisième chapitre, pour comprendre les mécanismes de la sonoporation, un deuxième système de cavitation contrôlé a été conçu dans le but de permettre une visualisation du milieu en cours d’insonification. Ce nouveau dispositif est adapté à un fonctionnement sous microscope photonique à transmission et à fluorescence. Des essais de transfection de siRNAs, sur les cellules en suspension (RL du lymphome folliculaire) et sur les cellules adhérentes (cancer du sein ; MDA-MB 231) ont permis de valider in vitro l’efficacité de ce système en atteignant un taux de 40 % de transfection pour ces deux types de cellules, avec un très faible taux de mortalité (< 10 %) / The aim of the present work, which is based on the study and the control of acoustic cavitation, is to develop an efficient sonoporation system to transfect the cells in suspension and the adherent cells. The manuscript is composed of three chapters. The first one takes a glance on the state of art of different physical techniques used in cells transfection, and more precisely on sonoporation. It has been shown that the principal mechanism of sonoporation is closely linked to acoustic cavitation. Thus, a control of this random phenomenon is important to increase the rate of transfection while keeping strong cell viability. In the second chapter, a regulated cavitation generator based on an acoustic index was studied. This index is based on the measure of broad band noise emitted during the implosion of the cavitation bubbles. The advantage of such a system is: a control in real time of the level cavitation during sonication, leading to a better reproducibility and stability of the cavitation level, especially for the moderate intensities. In the third chapter, in order further study the sonoporation mechanisms, a second regulated cavitation generator was studied; its aim is to be able to visualize the medium during sonication. This new device is adapted to the performance under a fluorescencemicroscope with fluorescence transmission. SiRNAs transfection, was validated in vitro by attending a rate of 40 % of transfection for the two types of cells, with a very low rate of mortality (< 10%), for both suspended cells (RL of follicular lymphoma) and adherent cells (Cancer of breast; MDA-MB 231)

L'ARN interférence est un mécanisme d'inhibition post-transcriptionnel, capable de réguler l'expression des gènes. Ce mécanisme endogène, activé par l'intermédiaire de microARN, peut être détourné après transfection de cours fragments d'ARN synthétiques, notamment les siARN. Cette technique autorise ainsi le ciblage spécifique de l'ensemble des gènes composant le génome, dont l'extinction transitoire permet d'étudier à la fois leurs fonctions, mais aussi de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques ou de nouveaux biomarqueurs. Ce très fort potentiel pour la recherche in vitro se retrouve également in vivo, où l'ARN interférence peut être directement utilisé comme agent thérapeutique pour des situations pathologiques telles que les cancers, les infections ou les maladies systémiques. Cependant, la délivrance intra-cytoplasmique des ARN interférents exogènes est nécessaire pour déclencher ce mécanisme de régulation. À l'heure actuelle, en dépit de nombreuses méthodes de transfection développées dans la littérature, cette étape de délivrance reste une limite importante selon les applications envisagées.En ce sens, ces travaux de thèse ont permis de développer un nouveau vecteur à base de nanoparticules lipidiques cationiques, les cLNP, dédié à la transfection cellulaire de siARN. Cette formulation de cLNP a été adaptée, à l'aide d'un plan d'expérience, d'une formulation neutre de LNP permettant l'encapsulation de molécules lipophiles pour des applications en imagerie de fluorescence et/ou de délivrance de médicaments liposolubles. Les caractérisations physico-chimiques des particules cLNP ont démontré une très forte stabilité colloïdale, à la fois pour dans les tampons aqueux et dans les milieux de culture cellulaire complémentés par du sérum. En outre, ces nano-vecteurs se sont avérés extrêmement efficaces pour établir et conserver des liaisons électrostatiques avec des siARN, permettant ainsi d'obtenir rapidement des complexes démontrant une stabilité élevée dans le temps. Les efficacités d'inhibition fonctionnelle de ces nanoparticules ont été testées avec succès sur 3 lignées cellulaires différentes (PC3, HeLa et U2OS). L'ensemble des résultats obtenus confirme le fort potentiel de ce nouveau nano-vecteur, en termes d'inhibition fonctionnelle et d'absence de cytotoxicité, et le positionne parmi les meilleurs agents de transfection commerciaux testés. Ces caractéristiques sont complétées par des capacités de multi-modalité, dont la possibilité d'encapsuler dans le cœur des particules des drogues ou des fluorophores lipophiles. Enfin, des tests préliminaires réalisés sur des cellules considérées comme difficile à transfecter (cellules primaires, cellules non-adhérentes, neurones), ou sur des structures cellulaires tridimensionnelles plus complexes, ouvrent de nouvelles perspectives extrêmement prometteuses. / L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais

La transfection est le processus de transfert de gènes (ADN) dans des cellules. L'utilisation des plasmas froids à la pression atmosphérique est un excellent vecteur pour la transfection de gènes. Cela peut conduire à une perméabilisation temporaire de la membrane cellulaire permettant ainsi le processus de transfection de gènes, dans lequel l'ADN et les cellules sont exposées aux flux des espèces actives du plasma (électrons, ions et radicaux neutres). Cependant beaucoup de questions restent sans réponse notamment sur les mécanismes de transfection par plasma, en particulier de formation de pores et de perméabilisation de la membrane par interactions avec les espèces actives du plasma. Ainsi, nous avons développé un modèle Monte Carlo simulant la formation de pores de quelques nm de largeur sous l'effet d'un microplasma d'air. Ce model nécessite a priori des données d'entrées sur la densité des espèces chargées et la température du gaz et des électrons. C'est pourquoi nous avons aussi effectué une caractérisation expérimentale par spectroscopie d'émission optique OES de la micro décharge couronne. On a estimé les températures rotationnelles de plusieurs espèces variant entre (700K-2350K) même si dans nos conditions de plasma hors équilibre la température du gaz demeure ~300K. Les variations spatiales de la température vibrationnelle Tvib et des électrons Te le long de l'espace inter-électrode (de la pointe vers l'électrode de masse) ont aussi été estimées (Tvib:3000K-6500K et Te:6.75 eV-3.4eV). Les densités des ions et des électrons ont été déterminées et valent environ 1015 cm-3. Par ailleurs, sachant qu'il n'existe dans la littérature aucune modélisation consacrée à la perméabilisation de la membrane et la formation de pore par interactions avec les espèces actives du plasma, nous avons développé pour la première fois dans la littérature un modèle spécifique de simulation Monte Carlo pour la poration. Chaque espèce du plasma (électrons, ions, neutres radicaux) est considérée comme une macro-espèce (ou super-particule) représentant un grand nombre de particules. La proportion des espèces du plasma arrivant sur la membrane est estimée à partir de leurs flux, calculés à l'aide d'un modèle de cinétique réactionnelle et par mesures spectroscopiques. La membrane est supposée comme une simple structure multicouche de phospholipides et protéines. Les interactions avec les couches membranaires sont considérées comme étant des super-processus (recombinaison, réflexion, activation, ouverture). Une probabilité d'occurrence de chacun de ces super-processus est assignée à chaque super-particule sur la base d'une étude paramétrique. Le but est d'évaluer les effets des paramètres de simulation initiaux ainsi que l'effet des probabilités d'occurrence de chaque processus sur la formation de pores. Plusieurs résultats importants ont été obtenus. Les électrons jouent un rôle principal sur l'activation et l'ouverture des sites dus à leur forte anisotropie dans la direction avant. Malgré les faibles énergies, proche de celle du gaz, des ions et des radicaux, leur processus de réflexion est déterminant pour élargir et approfondir les dimensions des pores. Il a été montré que le nombre initial de particules NP est le paramètre qui contrôle le plus efficacement la formation de pores. De plus, nous avons observé une corrélation directe entre NP et la durée d'exposition de la membrane cellulaire au plasma. Dans les conditions actuelles de simulation, on a obtenu une dynamique de formation de pores avec des dimensions (diamètres~10nm) compatibles pour la transfection de gènes. Les résultats de simulation Monte Carlo ont été qualitativement validés par une comparaison préliminaire avec les mesures des taux de transfection d'ADN et de survie de cellules fibroblaste de souries. La méthode de Monte Carlo développée dans ce travail représente un outil très prometteur pour une meilleure compréhension des mécanismes de transfection de gènes par plasma. / Gene transfection is a technique of deliberately introducing DNA into cells through the membrane. The cold atmospheric plasma CAP is potentially a new alternative, safe and damage-free technique. It can lead to a transient permeabilization of the cell membrane allowing processes of gene transfection in which DNA and cells are both exposed to fluxes of active plasma species (electrons, ions, and neutral radicals). The mechanisms of more particularly membrane poration are far to be clear and controlled. Therefore, the aim of this thesis is to numerically study the mechanisms of plasma-induced membrane permeabilization using a specific micro-air plasma. More precisely, is to develop and exploit a specific Monte Carlo poration model. This model is aimed to simulate the pore formation of few nm of width through cell membranes when irradiated by micro-air plasma. This developed model requires a prior input data on the density of charged particles and the temperature of gas and electrons. Thus, an experimental characterisation by OES of the micro-air corona discharge is performed. Rotation temperature was determined (between 700K to 2350K) even though under our non-equilibrium conditions Tg remains ~300K. OES also has given the space variation from the high voltage tip to the grounded plate of vibration temperatures (between 3000K up to about 6500K) and Te (about 6.75 eV down to 3.4 eV near the plate). A magnitude around 1015cm-3 for the electron and ion densities have been also determined. Moreover, knowing that there are no literature simulations devoted to membrane permeabilization and pore formation when impacted by plasma actives species, we developed for the first time in literature a specific Monte Carlo poration model. In this framework, we assumed each plasma species (electrons, ions, and neutral radicals) as a super-particle grouping a large number of particles. The species fluxes were estimated from a plasma reaction kinetic model and OES study. The membrane layers were assumed as a simple membrane model superposing four layers of phospholipids and proteins. Each layer was constituted by a succession of super-sites subjected to specific super-processes (recombination, reflection, activation of a site, opening, etc). For an accurate exploitation of our model, the estimation of the probability of occurrence of the whole considered super-processes is absolutely necessary. Thus, a large parametric study is conducted. The aim is to evaluate the effects of the initial simulation parameters as well as the magnitude of the occurrence probabilities of each reaction process on pore formation.

Les lipides cationiques sont des molécules amphiphiles chargées positivement et couramment utilisées comme vecteur de transfection tant in vitro qu'in vivo avec une bonne efficacité. <p><p>Cependant, la transfection in vivo par voie intraveineuse à l'aide de complexes lipides cationiques/ADN (lipoplexes) induit une réponse inflammatoire, attribuée à la présence de séquences CpG dans les plasmides transportés, et qui limite l'efficacité de transfection des complexes.<p><p>Il a été montré dans notre laboratoire que la pré-injection de liposomes de diC14-amidine, un lipide cationique mis au point dans notre laboratoire, avant l'injection des lipoplexes diC14-amidine/ADN permettait d'augmenter l'efficacité de transfection tout en diminuant la production de TNF-¦Á dans le sérum [Elouahabi et al. 2003b]. Ce résultat suggérait une nouvelle propriété anti-inflammatoire de la diC14-amidine dans le cas d'une inflammation causée par les lipoplexes de diC14-amidine/ADN. <p><p>Dans le présent travail, nous d¨¦montrons que les macrophages de la rate sont les principales cellules productrices de TNF-¦Á suite à l'injection intraveineuse des lipoplexes à des souris. Ces mêmes cellules sont également la principale cible des liposomes de diC14-amidine après injection intraveineuse. Nous avons dès lors centré notre étude sur ce type cellulaire, en utilisant une lignée établie de macrophages murins. <p><p>Nos résultats ont permis de confirmer la capacité des liposomes de diC14-amidine à inhiber la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires induites par des séquences CpG, des lipopolysaccharides ou des poly(I :C). Fait intéressant, la présence de sérum est indispensable à la propriété anti-inflammatoire des liposomes de diC14-amidine. Par fractionnement successifs des composants du sérum, nous avons pu montrer que seuls les phospholipides des lipoprotéines pouvaient conférer cette propriété aux liposomes de diC14-amidine. <p> / Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La thérapie génique et l'interférence par l'ARN sont des méthodes pleines de promesses pour le traitement de nombreux troubles génétiques et infections virales, mais ce sont aussi des outils polyvalents pour l'étude des mécanismes génétiques et épigénétiques à la base du bon fonctionnement ou dysfonctionnement des cellules et des organismes complexes. Toutefois, la délivrance intracellulaire d'acides nucléiques reste un obstacle majeur pour la mise en œuvre de ces thérapies. En dépit des progrès récents dans le domaine, il existe un nombre limité d'agents de transfection non viraux qui ont passé à la phase clinique de la mise au point de médicaments. Un agent de transfection efficace forme un complexe (généralement non-covalent) avec des acides nucléiques, qui est stable dans l'environnement extracellulaire, en particulier dans le plasma sanguin. En outre, il doit favoriser la délivrance cellulaire en interagissant avec la membrane plasmique ou avec des glycosaminoglycanes chargés négativement et induire l'absorption par endocytose du complexe de transfection. Enfin, l’agent de transfection devrait améliorer l'échappement de l'endosome et le dépaquetage des acides nucléiques à partir du complexe. Les peptides amphiphiles et cationiques, qui ont la capacité de pénétrer dans les cellules, possèdent toutes les caractéristiques ci-dessus nommées. En effet, ils s’associent aux acides nucléiques via des liaisons électrostatiques, ils se lient de manière efficace et traversent la membrane plasmique en favorisant l'absorption de la cargaison. LAH4-L1 est le peptide de la famille LAH4 riche en lysines et histidines, possédant une activité de transfection d’ADN et de pARNi prometteuse. Ce qui a été montré dans des expériences biologiques sur des cellules en culture. Le peptide LAH4-L1 présente des modes d'interaction différents avec les membranes à pH neutre et acide, ce qui est l'une des caractéristiques les plus importantes puisqu’elle assure une libération efficace des acides nucléiques dans le cytoplasme. Ce travail est dédié à l'étude des caractéristiques structurales et thermodynamiques de l'association LAH4-L1 avec des membranes modèles et des acides nucléiques, comme l'ADN générique et de pARNi. Une grande variété de techniques biophysiques, telles que la résonance magnétique nucléaire, le dichroïsme circulaire, la calorimétrie de titration isotherme, la diffusion dynamique de la lumière et le dosage d'efflux de la calcéine, a été utilisée pour élucider le mécanisme de la transfection cellulaire efficace par le peptide LAH4-L1. / Gene and RNA-based therapies have a great promise as the methods for the treatment of variety of the genetic disorders and viral infections, but also it is a versatile tool for the investigation of the genetic and epigenetic mechanisms underlying the proper functioning or dysfunctioning of the cells and complex organisms. However, intracellular delivery of nucleic acids remains a major hurdle for the implementation of these therapies. In spite of the recent progress in the field, there is limited number of the non-viral transfection agents that passed to the clinical phase of the drug development.An efficient transfection agent forms a complex (usually non-covalent) with nucleic acids, which is stable in the extracellular environment, in particular in the blood plasma. Furthermore, it should promote the cellular delivery by interacting with the plasma membrane or negatively charged glycosaminoglycans and inducing the endocytic uptake of the transfection complex. Finally transfection agent should enhance the endosomal escape and unpacking of the nucleic acids from the complex.Cationic amphipathic cell-penetrating peptide comprise all above-named features as they associate electrostatically with the nucleic acids, they bind efficiently and translocate plasma membrane promoting the cargo uptake. LAH4-L1 is the lysine and histidine-rich designed peptide from LAH4 family, possessing a promising DNA and siRNA transfection activity, which was shown in biological experiments on the cell culture. LAH4-L1 peptide displays different modes of interaction with the membranes at neutral and acidic pH, which is one of the most important features that assure an efficient nucleic acid release to the cytoplasm.This works is dedicated to the investigation of structural and thermodynamic characteristics of the LAH4-L1 association with model membranes and nucleic acids, such as generic DNA and siRNA. The variety of the biophysical techniques, as nuclear magnetic resonance, circular dichroism, isothermal titration calorimetry, dynamic light scattering and calcein efflux assay, were used to unravel the mechanism of efficient cellular transfection by LAH4-L1 peptide.

Le développement des nanotechnologies dans le domaine médical a suscité un engouement considérable ces dernières années, notamment l’utilisation de nanoparticules pour la vectorisation de principes actifs. Les nanoparticules offrent des perspectives uniques pour la vectorisation et la délivrance de principes actifs qu’ils soient des gènes (thérapie génique),des anti-cancéreux (chimiothérapie) ou encore des agents photosensibilisateurs (photothérapie dynamique, TPD). Le défi majeur reste cependant l’acheminement des molécules thérapeutiques jusqu’à leur site d’action, tout en gardant leur intégrité ainsi que leur effet thérapeutique.L’axe de recherche de cette thèse est l’utilisation des nanocapsules lipidiques comme plateforme multifonctionnelle pour la délivrance de principes actifs. Un des objectifs étant le développement de nanocapsules lipidiques, stables de point de vue physico-chimique, et fonctionnalisées avec du polyéthylèneimine capables de délivrer efficacement un plasmide ADN et un anti-cancéreux (paclitaxel) dans le cadre d’une thérapie combinée. Les applications de ces nanovecteurs pour la transfectionde gènes et la vectorisation de chimiothérapeutique in vitro ont été réalisées.Par ailleurs, l’aptitude de nanocapsules lipidiques à vectoriser des agents photosensibilisants pour la thérapie photodynamique a été aussi étudiée in vitro, et les résultats ont montré que l’encapsulation de deux molécules de PS dans les nanocapsules permet une synergie de l’effet photodynamique tout en gardant les propriétés physico-chimiques de chaque PS. Enfin, l’encapsulation d’un agoniste au canal ionique TRPM8, le menthol, fait l’objet du dernier chapitre. L’étude par imagerie calcique du relargage de cette molécule lipophile in vitro a permis de confirmer le potentiel des NCL comme nanovecteurs de principes actifs. / The development of nanotechnology in the medical field has attracted considerable interest in recent years, including the use of nanoparticles for drug delivery. Nanoparticles offer unique opportunities for delivery of active drugs such as genes (gene therapy), anti-cancer (chemotherapy) or photosensitizers (photodynamic therapy, PDT). The major challenge, however, remains the delivery of therapeutic molecules to their site of action while keeping their integrity and their therapeutic effect.The research focus of this thesis is the use of lipid nanocapsules as a multifunctional platform for the delivery of drugs. One goal is the development of stable lipid nanocapsules, functionalized with polyethyleneimine and capable of effectively delivering a plasmid DNA and an anti-cancer (paclitaxel) as part of a combination therapy. The applications of these nanocarriers for transfection and delivery of chemotherapeutic were performed in vitro.Moreover, the ability of lipid nanocapsules to encapsulate photosensitizers for photodynamic therapy has been studied in vitro, and the results showed that the encapsulation of two molecules of PS in the nanocapsules allows a synergy photodynamic effect while protecting the PS from photo degradation.Finally, encapsulating an ion channel TRPM8 agonist (menthol) is the subject of the last chapter. The study by calcium imaging of the release of this lipophilic molecule in vitro confirmed the potential of lipid nanocapsules as nanocarriers of drugs.

Les dendrimères sont une famille de macromolécules utilisées dans de nombreux domaines d’applications. Parmi ceux-ci, le domaine biomédical concentre une grande partie de l’intérêt de recherche. En effet, la structure tridimensionnelle parfaitement définie et monodispersée des dendrimères en font de parfaits candidats pour une application en médecine. Initialement utilisés en tant que mimes de protéines comme cela fût le cas lors du développement de la première famille de dendrimères, les poly(amidoamines) (PAMAM), de nombreuses études sur la capacité de transfection de ces molécules ont été réalisées, avec des résultats extrêmement encourageants. Afin d’améliorer l’efficacité et la biocompatibilité de ces vecteurs non viraux, nous avons orienté nos recherches sur le développement de nouveaux dendrimères poly(aminoesters) potentiellement biodégradables par hydrolyse enzymatique ou par variation de pH.Compte tenu des résultats précédemment obtenus au laboratoire, concernant la synthèse en solution de ces dendrimères, nous avons envisagé de les synthétiser en deux parties, à savoir un coeur central fonctionnalisé et des dendrons comportant la fonctionnalité appropriée. Notre choix s’est plus particulièrement porté sur la chimie « Click », en l’occurrence la cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen entre un azoture et un alcyne catalysée par du cuivre. D’autre part, nous avons également envisagé de créer de nouveaux dendrons à l’aide de la chimie supportée. En effet, cette méthodologie de synthèse basée sur deux étapes répétitives d’addition de Michael et d’estérification, semble très prometteuse pour obtenir des dendrons de plus hautes générations. / Dendrimers are a special family of synthetic macromolecules with myriad applications, in particular biomedical implementation. The tridimensional, monodispersed and well defined structure of dendrimers give to them a unique position in medicine applications. Initially used as a mimic of proteins, poly(amidoamine) dendrimers (PAMAM) are also very efficient for nucleic acid delivery. With the aim to improve the biocompatibility and delivery efficiency of these non viral vectors, we designed and synthesized new poly(aminoester) dendrimers as potential biodegradable dendrimers sensitive to enzymatic hydrolysis or pH variations.On the basis of our previous results for the solution-phase synthesis of poly(aminoester) dendrimers, we decided to construct our dendrimers using a multi functionalized core and dendrons with complementary functions. These building units will be connected together at the end of the synthesis by a Huisgen dipolar cycloaddition through a copper-catalysed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) well known as « Click » reaction. In order to obtain higher generation dendrimers, we explore the supported chemistry using both soluble and solid supports. The solid-phase synthesis based on two iterative steps, Michael addition and esterification, seems to be very promising.

Les précédents travaux menés au laboratoire avaient permis d’obtenir des lipides cationiques biolabiles dérivés d’un constituant naturel des membranes cellulaires, la DOPC, en masquant temporairement sa charge négative par l’introduction d’un substituant, clivable sous stimuli acide ou enzymatique. Ce concept s’était révélé efficace pour la délivrance, in vitro et in vivo, d’acides nucléiques, avec un impact toxicologique minimisé. Ce doctorat est la transposition de ce système à une approche thérapeutique du cancer, à l’aide de constructions dérivées d’alkylphospholipides (APLs), des lipides antitumoraux. De nombreuses prodrogues biolabiles (pro-APLs) ont été développées à partir de trois APLs prometteurs : miltéfosine, périfosine et érufosine. L’évaluation et l’optimisation de l’activité biologique des pro-APLs ont conduit à des formulations performantes pour la délivrance in vitro d’un ADN thérapeutique TRAIL et la production in situ d’APLs, pour une combothérapie antitumorale. / Previous work in the laboratory had resulted in biolabile cationic lipids derived from a naturally cell membrane component, DOPC, by temporarily masking its negative charge by the introduction of a cleavable substituent, under acidic or enzymatic stimuli. This concept was particularly efficient for the delivery, in vitro and in vivo, of nucleic acids such as DNA plasmid or siRNA, with a minimized toxicological impact for cells. The present study is the transposition of this system to a therapeutic approach to cancer, using constructions derived from alkylphospholipids (APLs), a recent class of antitumor lipids. Biolabile prodrugs (pro-APLs) have been developed from three promising APLs: miltefosine, perifosine and erufosine. The biological evaluation of pro-APLs activity and the optimization of various parameters led to efficient formulations for the in vitro delivery of a therapeutic DNA plasmid, related to TRAIL, and the in situ APLs production for a potential antitumor combotherapy.

Optical transfection is a promising technique for the delivery of foreign genetic material into cells by transiently changing the permeability of the cell membrane. Of the different optical light sources that have been used, femtosecond laser based transfection has been one of the most effective methods for optical transfection which is generally implemented using a free-space bulk optical setup. Here in this thesis, a few novel fabrication methods are devised to obtain easy and inexpensive fabrication of microlensed optical fibers, which can be used to replace traditional optical setup and perform femtosecond optical transfection. These fabrication methods offer the flexibility to fabricate a microlens which can focus femtosecond laser pulses at 800 nm to a small focal spot whilst keeping a relatively large working distance. In conventional optical transfection methods the foreign genetic material to be transfected is homogenously mixed in the medium. This thesis reports the first realization of an integrated optical transfection system which can achieve transfection along with localized drug delivery by combining lensed fiber based optical transfection system with a micro-capillary based microfluidic system. Finally, based on an imaging fiber (coherent optical fiber bundle), the first endoscope-like integrated system for optical transfection with subcellular resolution epifluorescence imaging was built. The transfection efficiency of these fiber based systems is comparable to that of a standard free-space transfection system. Also the use of integrated system for localized gene delivery resulted in a reduction of the required amount of genetic material for transfection. The miniaturized, integrated design opens a range of exciting experimental possibilities, such as the dosing of tissue slices to study neuron activities, targeted drug delivery, and in particular for using endoscope-like integrated systems for targeted in vivo optical microsurgery.