La carbamazépine est une molécule antiépileptique très largement utilisée au point de devenir un marqueur environnemental de l'activité humaine. Elle donne lieu à des réactions d'hypersensibilité particulières, rares mais potentiellement létales, associant manifestations cutanées, hyperéosinophilie et atteintes multi-organiques (DRESS syndrome). Les hypothèses physiopathologiques font principalement appel aux métabolites de la carbamazépine mais la voie métabolique minoritaire des dérivés acridiniques est peu explorée. Les résultats obtenus à partir de stimulations ex vivo en laboratoire indiquent d'une part que l'acridine stimule la sécrétion d'interleukine-5 (facteur de croissance principal des éosinophiles), et d'autre part que la formation d'acridine et d'acridone est possible dans le sang à partir de métabolites primaires (époxyde et iminostilbène). Les données cliniques montrent une diminution des taux sanguins du 9-hydroxyméthyl-10-carbamoylacridan et du rapport acridine/acridone au cours de l'état de DRESS. Le co-traitement par l'acide valproïque majore le taux basal d'IL-5 et oriente en partie le profil métabolique vers celui du DRESS. L'étude de l'action des procédés oxydatifs environnementaux indique que les lits bactériens et le lagunage augmentent le rejet d'acridine. Nos travaux en pharmacologie humaine positionnent l'acridine et l'acridone comme des métabolites sanguins, a minima marqueurs et a maxima acteurs de la physiopathologie du DRESS. L'établissement d'un profil métabolique apparaît justifié lors d'une co-thérapie avec l'acide valproïque chez des patients à terrain atopique. L'acridine semble également être un marqueur environnemental d'intérêt. / Carbamazepine is a very usefull antiepileptic drug, widely used at the point of becoming an environmental marker of human activity. It is giving rise to rare but potentially lethal hypersensitivity reactions, with specific combination of skin manifestations, eosinophilia and multi-organ damage (DRESS syndrome). The pathophysiological hypotheses rely primarily to metabolites of carbamazepine, but the minor pathway of acridinic derivatives is little explored.The results obtained from ex vivo stimulation in our laboratory suggest both that acridine stimulates the secretion of interleukin-5 (main growth factor of eosinophils), and that the formation of acridine and acridone is possible in blood from primary metabolites (epoxide and iminostilbene). Clinical data show a decrease in blood levels of 9-hydroxymethyl-10-carbamoylacridan and in the ratio (acridine / acridone) during the state of DRESS. Co-treatment with valproic acid increases the basal rate of IL-5 and diverts, at least in part, to the metabolic profile of DRESS. The study of the action of environmental oxidative processes indicates that the purification processes by trickling filters and stabilization ponds increase the release of acridine, while activated sludge systems have little impact.Our work in human pharmacology positions acridine and acridone as regular blood metabolites, involved as markers or actors of the pathophysiology of DRESS. The determination of the metabolic profile appears warranted for atopic patients requiring co-therapy with valproic acid. Acridine also appears to be a marker of environmental interest.

Ce travail porte sur l'étude des transformations induites par les procédés industriels (TIPI) dans le domaine de l'industrie pharmaceutique. Il se focalise sur le procédé de compression directe et sur deux principes actifs modèles qui sont la caféine et la carbamazépine. Des méthodes de caractérisations expérimentales des transitions de phases dans les comprimés ont été développées. La densité des comprimés a été mesurée par tomographie à rayons X et évaluée en surface par micro-indentation. Des méthodes thermiques telles que l'ACD et l'ATG ont été utilisées pour estimer les transformations dans tout le volume des comprimés. La spectroscopie Raman à basses fréquences a été appliquée pour la première fois pour cartographier la surface des comprimés. La spectroscopie Raman à hautes fréquences a été développée dans le but d'augmenter le nombre de données et d'automatiser le traitement des spectres. La transformation de la caféine forme I (métastable) en forme II (stable) nécessite plusieurs années dans les conditions ambiantes. Les investigations menées sur la caféine I ont révélé que la transition est induite par la compression directe car une transformation partielle en forme II est mesurée dans tout le volume du comprimé. La transformation continue au sein du comprimé lors de son stockage et le taux de transformation reste supérieur à celui de la poudre de caféine forme I non comprimée. Les quantifications misent en place par ACD et spectroscopie Raman à basses fréquences ont montré des transformations de la forme I dans tout le volume des comprimés et leur valeur est indépendante de l'intensité de la pression de compression. De plus, les deux formes de la caféine coexistent à l'échelle micrométrique, ce qui tend à prouver que des cristallites de forme II apparaissent dans tous les grains de caféine. La caféine formulée avec de la cellulose microcristalline présente un comportement plastique lors de la compression. La tomographie à rayons X révèle l'existence d'une zone locale de densité plus élevée au niveau des parois latérales, sans que ceci influe localement sur le taux de transition de la caféine. L'emploi d'une caféine calibrée entraine un comportement plus fragmentaire, qui semble réduire le taux de transformation mesuré. Aucune transformation de phase solide de la carbamazépine dihydrate n'a été décelée par ATG et spectroscopie Raman dans les comprimés fabriqués. Il semble que ce principe actif soit stable en compression directe

L'eau est vitale pour l'existence de tous les organismes vivants, mais cette ressource précieuse est de plus en en plus menacée et polluée à cause de l’augmentation de la demande en eau potable qui résulte à la fois de l’accroissement de la population mondiale mais aussi de l’activité économique tant au niveau de l’agriculture que de l’industrie. La préservation de cette ressource est aujourd'hui l'une des premières préoccupations de la recherche dans le domaine du traitement des eaux. Dans ce travail, l’élimination de deux polluants typiques des activités humaines, les nitrates et la carbamazépine, est étudiée au moyen de méthodes de traitements électrochimiques et biologiques non-conventionnelles. Le travail se concentre d'une part sur l'électrocoagulation (EC) qui associe les avantages d'être non-spécifique et de combiner plusieurs mécanismes de dépollution simultanés (adsorption, électro-oxydation ...); d’autre part, un traitement biologique innovant de faible coût utilisant une algue verte, Ankistrodesmus braunii, a été développé. Enfin, les avantages, limitations et perspectives de ces deux procédés sont comparés à ce qui existe dans la littérature et sont discutés. / Water is vital to the existence of all living organisms, but this valued resource is increasingly being threatened and polluted as human populations and activities grow and demand more water of high quality for domestic purposes and economic activities. Wastewater treatment for resource preservation is nowadays one of the first concerns of research in this field of science. In this work, two typical pollutants from agriculture and domestic activity, Nitrates and Carbamazepine, are quantitatively addressed by non-conventional electrochemical and biological treatment methods. The study focuses, on the one side, on electrocoagulation (EC) that exhibits the advantages to be non-specific and to combine various depollution mechanisms (adsorption, electro-oxidation...) that act simultaneously; on the other side, innovative and low-cost biological treatments using green algae, Ankistrodesmus braunii, are developed. Finally, the respective advantages, limitations and perspectives of these processes are compared to the literature and discussed.

Ce travail porte sur l’étude des transformations induites par les procédés industriels (TIPI) dans le domaine de l’industrie pharmaceutique. Il se focalise sur le procédé de compression directe et sur deux principes actifs modèles qui sont la caféine et la carbamazépine. Des méthodes de caractérisations expérimentales des transitions de phases dans les comprimés ont été développées. La densité des comprimés a été mesurée par tomographie à rayons X et évaluée en surface par micro-indentation. Des méthodes thermiques telles que l’ACD et l’ATG ont été utilisées pour estimer les transformations dans tout le volume des comprimés. La spectroscopie Raman à basses fréquences a été appliquée pour la première fois pour cartographier la surface des comprimés. La spectroscopie Raman à hautes fréquences a été développée dans le but d’augmenter le nombre de données et d’automatiser le traitement des spectres. La transformation de la caféine forme I (métastable) en forme II (stable) nécessite plusieurs années dans les conditions ambiantes. Les investigations menées sur la caféine I ont révélé que la transition est induite par la compression directe car une transformation partielle en forme II est mesurée dans tout le volume du comprimé. La transformation continue au sein du comprimé lors de son stockage et le taux de transformation reste supérieur à celui de la poudre de caféine forme I non comprimée. Les quantifications misent en place par ACD et spectroscopie Raman à basses fréquences ont montré des transformations de la forme I dans tout le volume des comprimés et leur valeur est indépendante de l’intensité de la pression de compression. De plus, les deux formes de la caféine coexistent à l’échelle micrométrique, ce qui tend à prouver que des cristallites de forme II apparaissent dans tous les grains de caféine. La caféine formulée avec de la cellulose microcristalline présente un comportement plastique lors de la compression. La tomographie à rayons X révèle l’existence d’une zone locale de densité plus élevée au niveau des parois latérales, sans que ceci influe localement sur le taux de transition de la caféine. L’emploi d’une caféine calibrée entraine un comportement plus fragmentaire, qui semble réduire le taux de transformation mesuré. Aucune transformation de phase solide de la carbamazépine dihydrate n’a été décelée par ATG et spectroscopie Raman dans les comprimés fabriqués. Il semble que ce principe actif soit stable en compression directe / The purpose of this study was to improve the understanding of process induced transformations (PITs) in the field of the pharmaceutical industry. This present study is focused on the direct compression process applied to two model active molecules named caffeine and carbamazepine. Experimental characterization methods of phase transitions in the tablets were developed. Densities inside the tablets were measured by X-ray computed micro-tomography and by micro-indentation at the surface. Thermal methods for DSC and TGA were applied in order to estimate transformation degrees of tablet parts. Low frequencies micro-Raman Spectroscopy (MRS) was used for the first time as a way for polymorphs mapping. Raman spectroscopy was also developed in the high frequencies range to increase the analyzed part area and to computerize the spectra treatment. Caffeine form I is transformed naturally toward caffeine form II but this transition can take many years at room temperature. Our investigations have shown that the direct compression process induced a partial transition of caffeine I toward caffeine II. Phase transition degree stayed higher in the tablet than in the non-compressed powder during two years. Quantification process was set up for DSC and low frequencies MRS. It was found that the pressure level did not influenced the transition degree. Moreover, both polymorphs coexist at the micrometer scale in all caffeine particles. Caffeine formulated with micro-crystalline cellulose exhibits a plastic behavior under compaction. X-ray tomography revealed higher densities zones next to the tablet slides but any impact on the transition degree was detected. The use of calibrated caffeine particles led to a more brittle behavior and seemed to decrease the transition degree. The investigations on carbamazepine dihydrate did not show any phase transformation of this active molecule induced by direct compression

La douleur neuropathique centrale post accident vasculaire cérébral est une condition débilitante dont le traitement s’avère souvent délicat et infructueux. Le but de ce projet était de reproduire cette condition chez le rat en injectant par stéréotaxie une solution de collagènase produisant une hémorragie localisée dans le noyau ventropostérolatéral du thalamus. Des tests comportementaux évaluant la coordination motrice, la sensibilité mécanique, au chaud et au froid étaient réalisés régulièrement afin d’établir la présence de douleur neuropathique puis les effets de l’administration de kétamine, d’amitriptyline, de gabapentine, et de carbamazepine étaient évalués. L’induction d’une hémorragie intrathalamique conduit à l’apparition d’allodynie mécanique bilatérale persistante ainsi que d’allodynie au froid transitoire chez certains sujets et ce sans modification de la coordination motrice. L’administration de kétamine à forte dose renverse l’allodynie mécanique mais est associée à une altération de la motricité. L’administration de gabapentine renverse également cette allodynie mécanique sans effet notable sur la coordination motrice. Les autres médicaments n’ont pas démontré d’effet significatif. L’évaluation histopathologique des cerveaux montre une lésion bien localisée dans la zone d’intérêt. Ces résultats montrent que l’injection intrathalamique de collagénase peut être utilisée comme un modèle fiable de douleur neuropathique centrale. Si la kétamine semble capable de soulager ce type de douleur, elle est associée à des effets indésirables. En revanche, la gabapentine serait une molécule prometteuse pour le traitement de cette condition. Le rôle des récepteurs NMDA et des canaux calciques voltage dépendants, cibles respectives de la kétamine et de la gabapentine dans le maintien de cette douleur mérite d’être précisé. / Central post stroke pain is a debilitating condition for which treatment is often difficult and unsuccessful. The goal of this project was to reproduce an animal model of this condition by performing a stereotaxic injection of collagenase solution inducing a localized hemorrhage within the ventroposterolateral thalamic nuclei of rats. Behavioral tests to evaluate motor coordination, sentivity to mechanical, hot and cold stimuli were performed regurlarly to establish if neuropathic pain was present. Then, the effects of ketamine, amitriptyline, gabapentin and carbamazepine on such pain were evaluated. Induction of an intrathalamic hemorrhage produced bilateral persistent mechanical allodynia as well as transient cold allodynia in some animals without notable changes in motor coordination. High doses of ketamine did reverse mechanical allodynia but with significant impairment in motor coordination. Similarly gabapentin also reversed mechanical allodynia without undesirable effect on coordination. The others two drugs failed to show any significant effect. Histopathological evaluation of the brain revealed a well localized lesion in the area of interest. These results show that an intrathalamic collagenase injection produced a reliable model of central neuropathic pain. Ketamine was able to reverse mechanical allodynia but with significant side effects. Gabapentin appeared to be a promising drug for the treatment of this condition. The role of NMDA receptors and voltage dependant calcium channels, that target ketamine and gabapentin respectively in the maintenance of this pain, needs to be further defined.

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Les co-cristaux représentent une classe de composés offrant de grandes opportunités pour l'industrie pharmaceutique. La plupart des études présentées dans la littérature porte sur le diagramme thermodynamique et sur l'ingénierie cristalline. Ce travail y ajoute l'aspect cinétique qui est essentiel à prendre en compte pour la mise en place d'un procédé de cristallisation à l'échelle industrielle. Différentes techniques d'analyse en ligne ont été mises en oeuvre pour suivre le procédé de co-cristallisation. Le système modèle carbamazépine / nicotinamide a été sélectionné. Dans un premier temps, l'utilisation d'une sonde de visualisation in-situ a permis la construction d'un diagramme de phase pour le système modèle étudié. Par la suite, les chemins cinétiques du procédé de co-cristallisation ont été mesurés en solution grâce au suivi des concentrations en soluté par spectroscopie InfraRouge à Transformée de Fourier. Enfin, la transition entre les phases solides (carbamazépine et cocristaux) a été suivie in-situ par spectroscopie IR et en couplant la sonde de visualisation avec la sonde Lasentec FBRM. Les essais ont permis de vérifier qu'une dérive de procédé conduisant à une autre phase cristalline que les co-cristaux peut être corrigée pour obtenir au final uniquement des co-cristaux / Co-crystals represent a class of compounds, which offers huge opportunities for the pharmaceutical industry. Most studies presented in the literature deals with the thermodynamic diagram and crystal engineering. This work adds the kinetic aspect that must imperatively be taken into account in the establishment of a crystallization process at an industrial case. Different in-line process analytical techniques were carried out to monitor the co-crystallization process. The model system carbamazepine / nicotinamide was selected. The use of an in-situ visualization probe allowed us to build the phase diagram of the model system studied. Afterwards, the kinetic pathways of the co-crystallization process were highlighted thanks to the following of the solute concentrations by Fourier Transform InfraRed spectroscopy. Finally, the phase transition between carbamazepine and co-crystals was monitored by IR spectroscopy, and by using simultaneously the visualization probe with the Lasentec FBRM probe. In order to finally obtain the only co-crystal phase, we subsequently verified that it was possible to correct a situation of process deviation, for which another crystalline phase remained in suspension

La carbamazépine (CBZ) est un antiépileptique largement consommé, peu dégradé dans les stations de traitement des eaux usées et donc rejeté dans les eaux de surface. Cette thèse vise à étudier le devenir de CBZ et de deux métabolites, l'oxcarbazépine (OxCBZ) et l'acide 9-carboxylique acridine (9-CAA), sous irradiation par la lumière solaire dans des eaux naturelles douces et salées. Les suivis cinétiques ont permis de mettre en évidence des comportements différents en fonction des composés mais aussi des types d’eaux et impliquant des mécanismes de phototransformation directe et induite mais aussi des réactions d’atténuation naturelle. Pour approfondir ces résultats, la spectrophotométrie d’absorption résolue en temps et l’utilisation d’une sonde chimique ont souligné la formation d’espèces réactives (radicaux hydroxyles, carbonates et halogénés) et des réactions de compétition ont permis de mesurer leur réactivité avec les composés étudiés.La formation de dérivés issus de processus d’hydroxylation, d’oxydation, de perte de la fonction latérale, d’ouverture et/ou contraction de cycle aromatique (etc.) et de sous-produits halogénés dans les eaux salées ont été identifiés lors de la photodégradation de CBZ, OxCBZ et 9-CAA. Enfin, l’écotoxicité aiguë et chronique de CBZ, OxCBZ et 9-CAA a été évaluée individuellement et en mélange à dose environnementales sur 3 espèces vivantes de différents niveaux trophiques en mesurant les paramètres suivants : luminescence sur la bactérie Vibrio fischeri, phytométabolites sur la lentille d'eau Lemna minor et altération aux niveaux population, cellulaire et moléculaire sur le cnidaire Hydra circumcincta. / Carbamazepine (CBZ) is a widely consumed anti-epileptic pharmaceutical drug, inefficiently removed in activated sludge secondary treatment process. Consequently, it is almost completely rejected in its original form into surface waters. Hence, this thesis aimed to study the fate of CBZ and two of its known bio-metabolites, i.e. oxcarbazepine (OxCBZ) and 9-carboxylic acridine acid (9-CAA), under solar light irradiation in fresh and salty waters. Kinetic monitoring revealed different behaviours both compounds and water types dependent implying photolysis, induced photodegradation but also natural attenuation reactions. To deeper understand these results, laser flash photolysis experiments and the use of a chemical probe highlighted the formation of reactive species (hydroxyl, carbonate and halogenated radicals). By implementing competition reactions, the rate constants of each compound with each chemical radical species were determined.The formation of derivatives from hydroxylation, oxidation, ring contraction, loss of side function, aromatic ring opening (etc.) and also halogenated by-products in salty waters were identified throughout CBZ, OxCBZ and 9-CAA phototransformations.Finally, acute and chronic ecotoxicity of CBZ, OxCBZ and 9-CAA individually and in mixture at environmental concentration levels were investigated on 3 living species from different trophic levels. The following endpoints were monitored: luminescence on the bacteria Vibrio fischeri, growth and development and phytometabolites on the duckweed Lemna minor and alterations at the population, cellular and molecular levels on the cnidarian Hydra circumcincta.