Les dernières décennies ont été marquées par une augmentation du nombre des cas de cancers, ce qui a subséquemment conduit à une augmentation dans la consommation des agents de chimiothérapie. La toxicité et le caractère cancérogène de ces molécules justifient l’intérêt crucial porté à leur égard. Quelques études ont fait l’objet de détection et de quantification des agents de chimiothérapie dans des matrices environnementales. Dans ce projet, une méthode utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) précédée d’une extraction sur phase solide (SPE) automatisée ou en ligne a été développée pour la détection et la quantification d’un groupe de six agents de chimiothérapie. Parmi ceux-ci figurent les plus utilisés au Québec (gemcitabine, méthotrexate, cyclophosphamide, ifosfamide, irinotécan, épirubicine) et présentant des propriétés physico-chimiques et des structures chimiques différentes. La méthode développée a été validée dans une matrice réelle représentant l’affluent d’une station d’épuration dans la région de Montréal. Deux des six composés cytotoxiques étudiés en l’occurrence (cyclophosphamide et méthotrexate) ont été détectés dans huit échantillons sur les neuf qui ont été recensés, essentiellement au niveau de l’affluent et l’effluent de quelques stations d’épuration de la région de Montréal. Les résultats des analyses effectuées sur les échantillons réels ont montré qu’il n’y avait pas de différence significative dans la concentration entre l’affluent et l’effluent, et donc que les systèmes d’épuration semblent inefficaces pour la dégradation de ces molécules. / The last few decades have been marked by an increase in the number of cancer cases, which subsequently led to an increase in the consumption of chemotherapeutic agents. The toxicity and the carcinogenicity of these molecules justify the increased interest. Few studies have been conducted to detect and quantify chemotherapeutic agents in environmental matrices. In this project, a method using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) preceded by an online solid-phase extraction (SPE) has been developed for the detection and quantification of a group of six chemotherapeutic agents, which are among the most commonly used in Quebec (gemcitabine, methotrexate, cyclophosphamide, ifosfamide, irinotecan, epirubicin) and having different physico-chemical properties and different chemical structures. The developed method was validated in a real water matrix representing the influent of a sewage treatment plant in the Montreal area. Two of the six studied cytotoxic agents (cyclophosphamide and methotrexate) were detected in eight samples of the nine taken mainly at the influent and effluent of some treatment plants in the Montreal area. The results of the analysis of real samples showed that there was no significant difference in concentration between the influent and effluent. This also demonstrates the inadequacy of the current wastewater treatment approaches to remove those compounds.

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Caractériser l’odeur humaine revêt un intérêt particulier en sciences forensiques. Les chiens peuvent retrouver une personne grâce à son odeur, mais leur incapacité à témoigner fait que l’information qu’ils apportent a peu de force probante devant les tribunaux. Ainsi, développer une stratégie analytique complète, du prélèvement des échantillons à l’analyse et au traitement des données, permettra d’appuyer les identifications effectuées par les chiens policiers. Après un état de l’art des différentes études qui se sont déjà penchées sur le sujet, nous nous pencherons sur l’utilisation des chiens en Gendarmerie et sur quelques aspects de la biométrie pour savoir dans quelle mesure l’odeur peut être utilisée comme une caractéristique biométrique. Nous avons développé des méthodes d’échantillonnage de l’odeur innovantes, simples et fiables, que ce soit directement sur le sujet ou indirectement sur les lieux du crime. Une attention particulière est portée aux échantillons réels et à leur conservation. L’aptitude des techniques analytiques à séparer et identifier les différents constituants de l’odeur humaine a été évaluée. Ainsi, nous avons développé une méthode d’analyse en chromatographie gazeuse bidimensionnelle intégrale couplée à la spectrométrie de masse. Les performances de plusieurs jeux de colonnes ont été comparées en considérant neuf des critères les plus utilisés dans la littérature. Enfin, nous avons constitué un panel représentatif sur lequel nous avons pu mettre en place les approches statistiques de comparaison des échantillons à des fins d’identification. / Characterizing human odor is of particular interest in forensic science. Dogs can find a person using their odor-print, but cannot testify : the information they bring lacks probative value in the courts of justice. Thus, developing a whole analytical strategy, from sampling to analysis and data processing, may support the identification dogs provide. After reviewing the studies that have already worked on the subject, the use of dogs in the police force is developed and some aspects of biometrics are presented to know to if the odor can be used as a biometric trait. Innovative, simple and reliable methods were developed to sample odor, either directly on the subject or indirectly at the scene of the crime. Particular attention is paid to the real samples and their conservation. The ability of analytical techniques to separate and identify different constituents of human odor was assessed. Thus, we have developed an analytical method in two-dimensional gas chromatography integral coupled with mass spectrometry. The performance of several sets of columns was compared by considering nine of the criteria most used in the literature. Finally, we established a representative panel on which we were able to apply statistical approaches for the comparison of samples.

Ce travail porte sur l’étude électrochimique et par microscopie de fluorescence in situ de l’auto-assemblage, sur électrode d’or, de monocouches d’aptamères peptidiques de la protéine p53 en vue de la détection de la protéine MDM2. L’utilisation de nouvelles sondes de reconnaissance moléculaire telles que les aptamères peptidiques a été considérée en tant qu’alternative à l’utilisation d’anticorps. Les aptamères peptidiques sont des séquences synthétiques de peptide se liant à la protéine cible avec une affinité et une spécificité élevées. La première partie de ce travail porte sur l’étude électrochimique de l’interface modifiée résultant de diverses procédures d’immobilisation. Des mesures en présence du marqueur rédox [Ru(NH3)6]3+ ont démontré l’immobilisation de la sonde peptidique à la surface d’or et ont permis l’évaluation relative de la densité de sondes adsorbées à la surface respectivement à la méthode d’immobilisation considérée. Par ailleurs, des mesures en présence du couple rédox [Fe(CN)6]3-/4- ont mis en évidence une inhibition drastique du transfert d’électron dans le cas de monocouches composées exclusivement du peptide. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la détection de la protéine MDM2. Trois interfaces modifiées ont été envisagées soit deux monocouches mixtes de peptide et de 4-mercaptobutan-1-ol, ce dernier jouant le rôle de diluant, adsorbés en une ou en deux étape(s), et une monocouche uniquement composée de peptide. L’utilisation de la spectroscopie d’impédance électrochimique en présence du couple rédox [Fe(CN)6]3-/4- comme méthode de détection a mis en exergue la pertinence de cette dernière interface pour la détection. En effet, l’inhibition du transfert d’électron préalablement identifiée est fortement amoindrie suite à l’interaction avec la protéine cible. Une gamme de détection s’étendant de ~1 à 60 ng mL-1 et une limite de détection de 0,69 ng mL-1 ont été obtenues. Cette performance est comparable à celle des kits ELISA commerciaux. La fiabilité et la spécificité de la réponse ont été vérifiées par le biais de contrôles négatifs sur trois protéines, en l’occurrence le fibrinogène, le cytochrome c et l’albumine de sérum bovin, et validées par des mesures complémentaires de microbalance à cristal de quartz.La troisième partie de ce travail est consacrée à l’étude, par microscopie de fluorescence in situ, de l’organisation de la monocouche résultant des trois procédures d’auto-assemblage précitées. Ces mesures ont permis la mise en évidence d’une distribution hétérogène de la densité en sondes, et plus particulièrement la présence d’agrégats. Ceux-ci ne peuvent être désorbés de la surface par l’application de potentiels même très négatifs (-1,450 V vs Ag / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La maladie d’Alzheimer (MA) est un désordre neuro-dégénératif chronique fatal et la forme la plus répandue des démences chez l’adulte qui touchent plus de 28 millions de personnes dans le monde. En absence de traitement pour les démences neurodégénérative dont la maladie d’Alzheimer, le coût de celles-ci est estimé à 1 trillion d’USD en 2018 ce qui représente des enjeux économiques et sociétaux majeurs au niveau national et mondial. La MA est une forme d’amylose qui est caractérisée par l’agrégation du peptide amyloïde beta (Aβ) dans le cerveau des patients. Le facteur de risque génétique principal de la forme tardive (après 65 ans) de cette maladie est l’isoforme E4 de l’apolipoprotéine E (apoE) qui intervient dans le transport et le métabolisme des lipides et interagit avec le peptide Aβ. La modulation de la structure des isoformes d’apoE et de leur interaction avec l’Aβ apparaît comme une cible prometteuse dans la conception rationnelle de thérapies de la maladie. Celle-ci nécessite néanmoins une compréhension approfondie des propriétés structurales et dynamiques des deux partenaires moléculaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la structure de trois isoformes (E2, E3 et E4) de l’apoE par différentes techniques de biologie structurale et principalement par la réticulation chimique couplée à la spectrométrie de masse (CXMS) quantitative et par la bioinformatique structurale. Ces données complémentées par la spectroscopie infrarouge ont permis de construire des modèles structuraux de l’apoE2, E3 et E4. Nous avons mis en évidence l’interaction des domaines N- et C-terminal et la présence de multiples conformations de l’apoE chez les trois isoformes. Nos données suggèrent un équilibre entre deux principales conformations de l’apoE dont la population relative diffère entre les trois isoformes. Nous proposons les interfaces à cibler dans le cadre de thérapie visant à moduler les propriétés structurales des isoformes de l’apoE.Nous avons également mis en évidence que chaque isoforme d’apoE (E2, E3 et E4) interfère avec l’agrégation d’Aβ. Le peptide interagit avec les deux domaines N- et C- terminal de l’apoE. L’étude quantitative de l’interaction par CXMS a révélé des différences entre les cross-links formés en présence des isoformes. La modélisation du complexe apoE-Aβ a permis de mettre en évidence les interfaces impliquées dans l’interaction. Celle-ci possède une composante hydrophobe et électrostatique qui diffère chez les isoformes d’apoE. Nous proposons un mécanisme de l’interaction apoE-Aβ qui est initié par les propriétés hydrophobes des deux partenaires et qui est stabilisé par la suite via des contacts électrostatiques. Par ailleurs, une étude permettant d’explorer le potentiel de la nouvelle chimie de réticulation des résidues acides de protéine dans des applications en protéomique structurale a été effectuée. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les grains de poussière se trouvant dans les nuages moléculaires denses jouent un grand rôle dans la formation de molécules organiques complexes. Ces grains sont recouverts d'un manteau glacé contenant des molécules primitives. Au cours de l'évolution des nuages moléculaires vers des systèmes planétaires, les grains sont soumis à des processus énergétiques transformant la matière organique présente dans les glaces. Les grains finissent par être intégrés dans les petits corps du système solaire tels que les comètes et les astéroïdes. Cette thèse cherche à simuler en laboratoire l'évolution chimique de ces glaces. Des analogues de ces glaces sont formés sur un substrat à basse température, et sont irradiés avec des photons UV et/ou réchauffés afin de simuler les processus astrophysiques. On forme ainsi un résidu organique que l'on caractérise grâce à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la spectrométrie de masse à très haute résolution (VHRMS) par Orbitrap.Nous avons d'abord effectué des études mécanistiques centrées autour de la formation d'aminoalcools et d'hydroxynitriles lors du réchauffement de glaces contenant de l'acétaldéhyde (CH$_3$CHO) ou de l'acétone ((CH$_3$)$_2$CO) avec NH$_3$, HCN et H$_2$O. Nous avons ensuite étudié la composition globale de résidus issus de l'irradiation et du réchauffement de glaces contenant H$_2$O, CH$_3$OH, et NH$_3$. Nous présentons une nouvelle approche pour interpréter les données Orbitrap de ces résidus. Les similarités trouvées avec des analyses de matière organique météoritique issues de la littérature laissent à penser qu'une partie de son évolution pourrait être semblable à celle de nos résidus. / Dust grains located in dense molecular clouds play a major role in the formation of complex organic molecules. These grains are covered by icy mantles containing primitive molecules. Dense molecular clouds can collapse and lead to the formation of planetary systems such as our own. During this evolution, the grains are exposed to energetic processes which transform the organic matter inside the ices. The grains are ultimately incorporated into small solar system bodies such as comets and asteroids, which can then contribute to the exogenous delivery of organic matter on Earth. In this context, this thesis focuses on simulating the chemical evolution of ices. To that end, ice analogues are formed by condensing a relevant gas mixture on a cold substrate. These interstellar ice analogues are irradiated with UV photons and/or heated in order to simulate astrophysical processes. An organic residue is formed which we characterized with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and very high resolution mass spectrometry (VHRMS) by Orbitrap.First, we performed mechanistic studies focused on the formation of aminoalcohols and hydroxynitriles from the warming of ices containing acetaldehyde (CH$_3$CHO) or acetone ((CH$_3$)$_2$CO) with NH$_3$, HCN and H$_2$O. Secondly, we studied the global composition of residues made from irradiation and warming of ices containing H$_2$O, CH$_3$OH, and NH$_3$. We present a new approach to interpret Orbitrap data of the residues. Similarities observed with meteoritic organic matter analyses found in the literature could mean that some of the evolution that led to meteoritic organic matter is shared with the evolution of our residues.

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Les interfaces permettant le couplage entre l'électrophorèse capillaire (CE) et la spectrométrie de masse (MS) à source ESI souffrent actuellement d'un manque de robustesse ou de sensibilité. Les travaux présentés décrivent la mise en oeuvre d'un nouveau type d'interface CE-ESl-MS â haute sensibilité CESl-MS. La caractérisation du spray généré par CESl-MS a montré la production d'un nanoESI induisant une augmentation importante de la sensibilité par rapport au régime ESI classique. Le système CESl-MS a pu ainsi être mis en oeuvre comme plateforme d'infusion nanoESI et utilisé pour l'étude de complexes non-covalents de haut poids moléculaires en MS native. Une méthodologie par CESl-MS/MS a également été développée pour la caractérisation complète de la structure primaire d'anticorps monoclonaux (mAbs). Les résultats montrent la possibilité en une unique injection de caractériser l'ensemble de la séquence d'acides aminés, un nombre significatif de glycosylations et l'ensemble des modifications d'intérêts. Cette méthodologie a pu être appliquée pour déterminer la similarité entre des mAbs commerciaux et leur candidat biosimilaire respectif. / Interfacings allowing the hyphenation of capillary electrophoresis (CE) to ESI mass spectrometry(MS) currently suffer from lack of robustness and sensitivity. This work describes the application of a new design of CE-ESl-MS coupling referred as the CESl-MS. Characterization of the ESI generated through the CESl-MS system showed the production of a nanoESI allowing to increase drastically the sensitivity compared to conventional ESI. The CESl-MS was used as a nanoESI infusion platform allowing to study high molecular masses noncovalent complexes in native MS. A CESl-MS/MS method was developed enabling the complete primary structure characterization o fmonoclonal antibodies (mAbs). Results showed the ability of the methodology in a single injection to simultaneously characterize the entire amino acid sequence, a significant number of glycosylation and all the posttranslational modifications of interest. Finally the methodotogy was applied to assess the similarity between marketed mAbs and their respective biosimilar candidate.

Les vaccins conjugués furent développés suite à l’inefficacité des vaccins polysaccharidiques chez les nourrissons et les personnes âgées. Les vaccins conjugués sont composés d’un polysaccharide extrait de la capsule bactérienne et d’une protéine porteuse. Celle-ci permet de décupler la réponse immunitaire, permettant aux vaccins d’être efficaces. L’évolution des connaissances en chimie et en analytique permettent aujourd’hui de mieux caractériser ces vaccins et de mieux maîtriser leur production. Cependant, les chimies de conjugaison utilisées pour lier le polysaccharide et la protéine porteuse, ne sont pas toujours définies et cela mène souvent à l’obtention de produits hétérogènes. Les objectifs de cette thèse ont été d’étudier le polysaccharide, les protéines porteuses et de nouvelles voies de conjugaisons pour lier spécifiquement ces deux biomolécules.Différents outils analytiques ont été utilisés afin d’acquérir une meilleure connaissance des deux partenaires de conjugaison. Cela a également permis d’établir une stratégie d’analyse efficace pour caractériser les produits de réaction. La spécificité des réactions de conjugaison a été induite par l’utilisation d’espaceurs bi-fonctionnels, réagissant spécifiquement sur certains acides aminés. Leur réactivité a d’abord été testée sur un modèle peptidique. Cela a permis de faciliter la caractérisation et d’étudier l’efficacité et la spécificité des réactions. Les réactions efficaces ont ensuite été testées différents modèles : de la protéine au vaccin. Sur les quatre réactions testées, une a été efficace sur tous les modèles. Cette chimie de conjugaison est prometteuse pour le développement de nouveaux vaccins / Conjugate vaccines were developed because polysaccharide vaccines were not efficient in infant and old people. These vaccines were composed of the polysaccharide extracted from the bacterial capsule linked to a carrier protein. This protein created an immunological boost which allowed the vaccine to induce a proper protection for everyone. As chemistry knowledge and analytical techniques evolved, vaccines can now be better characterized and the production can be better controlled. Nevertheless, the chemistries used to bind the polysaccharide and the carrier protein are not always well-defined, which leads to the production of heterogeneous products. The objectives of this PhD were to study the polysaccharide, carrier proteins and new conjugation chemistries to specifically bind the two biomolecules. The other challenge was to be able to check the reaction specificity and characterize reaction products.To do so different analytical tools were used to allow a better knowledge of both conjugation partners but also to establish an efficient analytical strategy for glycoconjugate characterization. Conjugation reactions specificity was induced by using different bi-functional linkers, reacting specifically for one type of amino acid. Linkers’ reactivity was first tested on a model peptide. This allowed to facilitate the characterization and to check for both reaction specificity and reaction success. Efficient reactions were then tested on different models from carrier proteins to glycoconjugate vaccines. One of the four tested reactions was efficient from the peptide to the vaccine model. This conjugation is thus promising for the development of new conjugate vaccines

Cette thèse porte sur l’étude des propriétés plasmoniques de réseaux nanostructurés dans le but de développer des applications de bioanalyse. L'intérêt de travailler avec ces structures est dû à leur grande sensibilité de surface, leur facilité de fabrication et leur simplicité d'analyse par spectrophotométrie en transmission. L'objectif était de fabriquer un dispositif capable d'effectuer du criblage à haut débit pour des fins biomédicales. Le premier objectif de la thèse porte sur l’étude des propriétés plasmoniques des réseaux de nanotrous. Une compréhension approfondie de ces structures a permis d’exploiter efficacement leur performance pour des applications de bioanalyse plasmonique. Une solution analytique fut établie pour étudier les modes de diffractions des polaritons de plasmons de surface d’onde de Bloch (BW-SPP). Cette équation a permis de corroborer les observations expérimentales avec des calculs théoriques par rapport au couplage plasmonique des réseaux de nanotrous. De plus, la variation de l'angle d'incidence a permis de déplacer la fréquence à laquelle les modes plasmoniques sont excités. Il était donc possible d'ajuster la position des BWSPP de façon à maximiser un couplage à une longueur d'onde désirée. Cet effet a été exploité avec la technique d'amplification de surface de diffusion Raman exaltée (SERS). Finalement, la sensibilité en surface de réseaux de nanotrous a été amplifiée selon l’angle d’excitation en transmission. Ce gain en sensibilité permet la détection de protéines d’IgG humain pour des basses concentrations de l’ordre du nanomolaire (nM). Le second objectif de la thèse traite du développement d’un lecteur multipuits couplé avec la technologie des réseaux de nanotrous afin de créer une plateforme de détection plasmonique pour du criblage à haut débit. Cet instrument offre une analyse en transmission d’échantillons nanostructurés à l’aide d’une plaque 96-puits pour des angles d’incidence allant jusqu’à 50°. Une nouvelle méthode de microfabrication de réseaux de nanotrous par photolithographie fut établie. Cette technique a permis de fabriquer des réseaux de nanotrous sur de grandes surfaces avec uniformité. L’efficacité du système fut démontrée pour la détection de protéines d’IgG humain, du méthotrexate (MTX) et le criblage d’anticorps de l’antigène prostatique spécifique (PSA). Le dernier volet de la thèse discute de l’étude des propriétés plasmoniques de réseaux de nanodisques recouverts d’un film d’or pour amplifier plus fortement la sensibilité des capteurs plasmoniques. Cette section de la thèse a démontré la performance des réseaux de nanodisques en tant que capteur plasmonique. En effet, les réseaux de nanodisques ont l’avantage d’exciter un mode de Bragg (BM, Bragg modes) en transmission directe générant une bande plasmonique fine ayant un facteur de mérite (FOM, figure of merit) élevé (sensiblité/réponse plasmonique). L’excitation de ces structures en transmission directe a simplifié énormément l’utilisation du robot multipuits par l’excitation à incidence normale tout en offrant une FOM supérieure aux réseaux de nanotrous. Pour continuer, des simulations 3D et une image Raman du signal SERS des structures ont démontré que le champ plasmonique des BM est grandement confiné autour des nanodisques. Ce confinement du champ plasmonique des réseaux de nanodisques à générer un facteur d’amplification SERS de l’ordre de 107. En somme, cette thèse démontre une étude des propriétés plasmoniques de réseaux nanostructurés pour des applications de bioanalyse par criblage à haut débit. Les études rapportées dans cette thèse ont prouvés que le champ plasmonique des réseaux de nanotrous peut être contrôlé afin d’amplifier leur sensibilité. De plus, la thèse rapporte la première plateforme de bioanalyse plasmonique utilisant un lecteur multipuits. Finalement, la fabrication de structures plasmoniques composés de nanodisques d’or a permis de mettre en évidence des propriétés optiques qui peuvent être mises à profit pour des mesures optiques ultras sensibles. / This thesis describes the plasmonic properties of nanostructured arrays towards development of biosensing applications. These structures exhibited several advantages such as high surface sensitivity, ease of microfabrication and simple excitation setup in transmission spectroscopy. The goal was to design a plasmonic device able to achieve high throughput analysis for biomedical purposes. The first section of the thesis covers a study of the plasmonic properties of nanohole arrays. An analytical solution was derived to assess plasmonic properties of the diffraction modes of Bloch-Wave surface plasmon polaritons (BW-SPP). Tuning of the excitation angle allowed for a precise control of the plasmonic signal’s position and an optimal coupling at a specific wavelength. This feature of nanohole arrays was demonstrated for applications in surface-enhanced Raman scattering (SERS). Finally, this section described the enhancement of the surface sensitivity of nanohole arrays through variation of the excitation angle in transmission. Such enhancement of the sensitivity allowed for detection of the concentration of human IgG proteins in the low nanomolar range. The second section of the thesis discusses the development of a multi-well plate reader coupled with the nanohole arrays technology. A custom-built plasmonic reader, designed at University of Montreal, allowed analysis of plasmonic structures in transmission with a 96-well plate for excitation where the incident angle is up to 50° relative to normal. A novel microfabrication technique of nanohole arrays, based on photolithography, is described. This technique allowed fabrication of nanohole arrays on a large scale with great surface uniformity. The performance of the plasmonic reader is demonstrated for sensing of human IgG proteins, methotrexate (MTX) and screening of prostate specific antigen (PSA) antibodies. The final section of the thesis describes studies on the plasmonic properties of nanodisk arrays coated with a gold film. This section described the performance of nanodisk arrays for plasmonic sensing. This structure benefited from the excitation of Bragg modes (BM) in direct transmission, which generated a sharp plasmonic band with a high figure of merit (FOM). The excitation of nanodisk arrays in direct transmission simplified the design of the plasmonic reader while providing a greater FOM than nanohole arrays. Furthermore, 3D simulations and a Raman image of the nanodisk arrays’ SERS intensity showed the confinement of the plasmonic field of the BM at the edges of the nanodisk. Such confinement of the plasmonic field of nanodisk arrays led to high SERS enhancements to a factor of 10^7. In summary, this thesis studied the plasmonic properties of nanostructured arrays towards development of applications for high throughput biosensing. These studies proved that the plasmonic field of nanohole arrays can be tuned to enhance their surface sensitivity. Furthermore, the thesis revealed the first plasmonic sensing platform using a multiwell plate reader. Finally, the thesis describes a novel plasmonic structure with outstanding optical properties; the gold coated nanodisk arrays.