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In current days, examination of circulating tumor DNA (ctDNA) finds new use across different cancers. It is directed at tumor-derived short fragments of DNA present in peripheral blood of patiens (mainly in advanced stages). Due to its minimal invasivity, almost 100 % specificity and relatively high sensitivity in stage IV patients, this approch found its main potential clinical utility especially in early detection of disease relapse or progression after tumor resection (i.e. post-operative follow-up), prediction and monitoring of therapy response and estimation of prognosis. As a result of minute levels of ctDNA on a high background of other non-tumor DNA fragments present in plasma, a suitable method exhibiting highest sensitivity is the key for proper detection of this marker. The approach is predominantly based on initial identification of a mutation in tumor tissue and its subsequent detection in plasma. The present work is aimed at optimization of ctDNA isolation and method of its detection based on PCR amplification followed by heteroduplex analysis by denaturing capillary electrophoresis (DCE) to achieve highest sensitivity for detection of mutated fraction in plasma sample. I have applied the optimized protocol to examine ctDNA in three types of cancers, namely colorectal cancer (122...

In my master’s thesis I describe basics of magnetic resonance measurement. I focus on methods of DCE-MRI with T1 weighting image. I mention some basic contrast agents which are used in MRI imaging. I describe some of pulse sequences which are used in experimental part of my thesis. There I measure contrast in the sample. The measurement is performed in accordance with an acquisition protocol I have proposed. The experiment part was realized on 1.5 T magnet at Masaryk Oncological Institute in Brno. I improved software which is use to research of MR IR TurboFLASH’s data and made software which is use to evaluation perfuse analysis ours measured sequences. At the end I made a discussion about gained facts.

Perfusion magnetic resonance imaging is modern diagnostic method used mainly in oncology. In this method, contrast agent is injected to the subject and then is continuously monitored the progress of its concentration in the affected area in time. Correct determination of the arterial input function (AIF) is very important for perfusion analysis. One possibility is to model AIF by multichannel blind deconvolution but the estimated AIF is necessary to be scaled. This master´s thesis is focused on description of scaling methods and their influence on perfussion parameters in dependence on used model of AIF in different tissues.

En raison de leur importante capacité de réponse aux changements environnementaux, les producteurs primaires sont depuis longtemps utilisés comme indicateurs biologiques de la qualité des milieux aquatiques. La Directive Cadre Européenne sur l’Eau (2000/60/CE) préconise ainsi l’utilisation du phytoplancton, du phytobenthos et des macrophytes afin de mesurer l’état écologique des écosystèmes lacustres. Dans cette étude, ces trois compartiments ont été utilisés pour déterminer l’état écologique de cinq lacs localisés dans la région Aquitaine (Sud-Ouest de la France), lacs ayant la particularité de présenter des niveaux trophiques différents. Les résultats ont montré qu’au niveau intra-lac la composition floristique dépend fortement des variables physiques dans la plupart des systèmes tandis qu’au niveau inter-lac celle-ci dépend du niveau trophique. Le phytoplancton s’est révélé être l’indicateur de qualité le plus performant et le seul utilisable dans les eaux ouvertes, et le plus précis dans les systèmes où les macrophytes submergés étaient absents. Cependant, dans les lacs humiques, les assemblages phytoplanctoniques semblent répondre davantage à la turbidité et aux brassages fréquents de la colonne d’eau qu’aux nutriments. Dans de telles conditions, afin de mieux caractériser la qualité de l’eau, l’utilisation complémentaire du phytobenthos et des macrophytes se révèle plus pertinente. En conclusion, considérant les trois compartiments biologiques, la présente étude permet une approche complémentaire de l’état écologique des systèmes lacustres. Certaines des méthodes appliquées ici représentent un outil potentiel de détermination de la qualité de l’eau selon les exigences de la DCE, mais elles nécessitent d’être affinées pour une meilleure évaluation de l’état écologique des lacs français. Une attention particulière a été portée aux taxa exotiques observés dans ces lacs tempérés, et cet aspect doit être pris en considération lors de l’évaluation écologique. En effet, ces espèces sensiblement avantagées par les conséquences du changement climatique, peuvent altérer la structure et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques en place, et aboutir à une perte de diversité. / Due to their important ability to respond to environmental changes, primary producers have been used for a long time as biological indicators of water quality. The Water Framework Directive (2000/60/EC) recommends the use of the phytoplankton, phytobenthos (diatoms) and macrophytes in the ecological status assessment of lakes. In this study, these three compartments have been used to determine the ecological status of five lakes located in the Aquitaine region (southwest of France) with different trophic status. The results showed that within lakes, the floristic composition in most of the systems strongly depends on physical parameters whereas among lakes it depends on the trophic status. The phytoplankton proved to be the most powerful indicator of quality in open-water areas as well as in systems where submerged macrophytes are absent. However, in the humic lakes, the phytoplankton assemblages seem to respond more to turbidity and mixing than to nutrient load. Under such conditions, water quality could be underestimated and the complementary use of phytobenthos and macrophytes appears more appropriated. In conclusion, considering the three biological elements, the present study allows a complementary approach of the ecological status of the lakes. Some of the methods applied here represent a potential tool for the assessment of the ecological status in the context of WFD, but they need to be refined to assess more properly the ecological status of French lakes. A special attention was paid to exotic taxa observed in these temperate lakes, and this aspect must be taken into account in the ecological assessment. Indeed, these species favoured by the consequences of the climate change, can modify the structure and functioning of the aquatic ecosystems, and lead to a loss of diversity.

Le cancer du sein est aujourd’hui le cancer le plus fréquent chez la femme ainsi que la première cause de décès féminin par cancer. Actuellement, l’IRM mammaire n’est réalisée qu’en seconde intention lorsque les autres modalités d’imagerie ne suffisent pas à poser un diagnostic. Dans le cas des populations à risque, l’IRM mammaire est recommandée comme examen de dépistage annuel en raison de sa très haute sensibilité de détection. Par IRM, la détection d’un cancer du sein se fait à la suite de l’injection d’un produit de contraste qui permet de visualiser les lésions mammaires en hypersignal. La majeure partie du diagnostic repose sur l’analyse morphologique de ces lésions ; une acquisition hautement résolue spatialement est donc nécessaire. Malgré l’utilisation des techniques d’accélération courantes, le volume de données à acquérir reste important et la résolution temporelle de l’examen d’IRM mammaire est aujourd’hui aux alentours d’une minute. Cette faible résolution temporelle limite donc intrinsèquement la spécificité de l’examen d’IRM mammaire. Un examen avec une haute résolution temporelle permettrait l’utilisation de modèles pharmacocinétiques donnant accès à des paramètres physiologiques spécifiques des lésions. L’approche proposée dans ce travail de thèse est le développement d’une séquence IRM permettant à la fois la reconstruction classique d’images, telle que celle utilisée en routine clinique pour le diagnostic, ainsi qu’une reconstruction accélérée d’images avec une plus haute résolution temporelle permettant ainsi l’application de modèles pharmacocinétiques. Le développement de cette séquence a été réalisé en modifiant l’ordre d’acquisition du domaine de Fourier de la séquence utilisée en clinique, afin qu’il soit aléatoire et permette la reconstruction a posteriori de domaines sous-échantillonnés acquis plus rapidement. Des acquisitions sur des objets tests, sur des volontaires et sur des patientes ont montré que l’acquisition aléatoire ne modifiait pas les images obtenues par reconstruction classique permettant ainsi le diagnostic conventionnel. Une attention particulière a été portée pour permettre la suppression de graisse nécessaire à l’acquisition des images d’IRM mammaire. Les reconstructions des domaines sous-échantillonnés sont réalisées via des reconstructions Compressed Sensing permettant la suppression des artéfacts de sous-échantillonnage. Ces reconstructions Compressed Sensing ont été développées et testées sur des fantômes numériques reproduisant des IRMs mammaires. Le potentiel de cette nouvelle acquisition a enfin été testé sur une lésion artificielle mammaire, développée à cet effet, et reproduisant des prises de contraste mammaires / Breast cancer is nowadays the first cause of female cancer and the first cause of female death by cancer. Breast MRI is only performed in second intention when other imaging modalities cannot lead to a confident diagnosis. In high risk women population, breast MRI is recommended as an annual screening tool because of its higher sensitivity to detect breast cancer. Breast MRI needs contrast agent injection to visualize enhancing lesions and the diagnosis is mostly based on morphological analysis of these lesions. Therefore, an acquisition with high spatial resolution is needed. Despite the use of conventional MRI acceleration techniques, the volume of data to be acquired remains quite large and the temporal resolution of the exam is around one minute. This low temporal resolution may be the cause of the low specificity of breast MRI exam. Breast MRI with higher temporal resolution will allow the use of pharmacokinetic models to access physiological parameters and lesion specifications. The main aim of this work is to develop a MRI sequence allowing a flexible use of the acquired data at the reconstruction stage. On the one hand, the images can be reconstructed with a conventional reconstruction like the protocol used in clinical routine. On the other hand, the new MRI sequence will also allow the reconstruction of images with a higher temporal resolution allowing the use of pharmacokinetic models. The development of this sequence was done by modifying the acquisition order in the Fourier domain. A random acquisition of the Fourier domain will allow the reconstruction of sub-sampled domains acquired faster. We paid attention to fat suppression efficiency with this new Fourier domain acquisition order. Tests were performed on phantom, female volunteers and patients. These tests showed that the random acquisition did not impact the quality of images (MRI signal and lesion morphology) obtained by conventional reconstruction thus allowing the conventional diagnosis. The reconstructions of the sub-sampled Fourier domains were made using Compressed Sensing reconstructions to remove sub-sampling artifacts. These reconstructions were developed and tested on digital phantoms reproducing breast MRI. The potential of this new MRI acquisition was tested on an artificial enhancing breast lesion developed especially for this purpose

L’insuffisance placentaire par défaut de vascularisation est une pathologie fréquente de la grossesse, de diagnostic difficile, avec des complications potentiellement graves (retard de croissance intra utérin, prééclampsie). L’objectif de ce travail de Thèse a été de développer l’IRM fonctionnelle multiparamétrique pour l’exploration du placenta à 4.7 T chez la rate gestante. Matériel et méthode : L’IRM de diffusion (SE- EPI DWI) avec analyse IVIM et l’IRM dynamique avec injection de gadolinium (DCE) et haute résolution temporelle (< 1s) ont été développées puis étudiées sur un modèle murin contrôlé d’hypoperfusion placentaire par ligature du pédicule vasculaire utérin gauche au 17ème jour de gestation. Les paramètres obtenus sur les placentas hypoperfusés de la corne gauche ligaturée étaient comparés à ceux des placentas normaux de la corne droite. L’effet de l’hyperoxygénation maternelle était étudié en diffusion. Résultats : Ont été étudiés 73 placentas, dont 23 pathologiques (n= 10 rates) en diffusion et 53 placentas, dont 11 pathologiques (n=12 rates) en DCE. Les paramètres significativement diminués du côté hypoperfusé étaient le coefficient apparent de diffusion (ADC), la fraction de perfusion (f) en diffusion et le flux sanguin maternel (F) en DCE. Sous hyperoxygénation maternelle, l’ADC et le coefficient de diffusion (D) augmentaient et f diminuait. Les paramètres obtenus en diffusion et en DCE n’étaient pas nettement corrélés entre eux. Conclusion : Un outil d’IRM fonctionnelle placentaire multiparamétrique a été développé à 4.7 T chez la rate gestante. La DWI comme la DCE apparaissent complémentaires pour le diagnostic d’hypoperfusion placentaire. / Placental insufficiency caused by deficient vascularization is common during pregnancy, difficult to diagnose and can lead to severe materno-fetal complications (intrauterine growth restriction, preeclampsia). The aim of this work was to develop multi-parametric functional magnetic resonance imaging (MRI) to assess the placenta at 4.7 T on a murine model. Materials and methods : Diffusion-weighted imaging (SE-EPI-DWI) with the intravoxel incoherent motion (IVIM) analysis and dynamic contrast enhanced MRI (DCE) with a high-time resolution (<1 s) were developed and evaluated on a controlled rat model of reduced placental perfusion, achieved by ligation of the left uterine vascular pedicle on the 17th embryonic day. Parameters from the placentas in the left ligated horn were compared to those from the normal placentas in the non ligated horn. The effect of maternal hyperoxygenation on placental microvascularization was studied with DWI.Results: For DWI, 73 placentas were examined, 23 from the ligated side (n=10 rats). For DCE, 53 placentas were analysed, 11 from the ligated side (n=12 rats). In the uterine horn with reduced perfusion, the apparent diffusion coefficient (ADC), the perfusion fraction (f) obtained with DWI and the placental blood flow (F) obtained with DCE were significantly decreased. Under maternal hyperoxygenation, ADC and the diffusion coefficient (D) increased whereas f decreased. DWI and DCE parameters were not significantly correlated with each other. Conclusion: Multi-parametric MRI has been developed for murine placental analysis at 4.7T. DWI and DCE are complementary tools for the diagnosis of reduced placental perfusion.

Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) techniques offer the opportunity to understand the physiological processes involved in the distribution of the contrast agent in vivo. This work utilises a liver specific contrast agent (gadoxetate) and demonstrates the potential use of these techniques to study transporter-mediated process in vivo. In vitro experiments investigated gadoxetate’s interaction with uptake and efflux transporters at the cellular level, ideally a prerequisite to understand the contribution of transporter proteins in in vivo pharmacokinetics. MRI was used to measure the accumulation of gadoxetate in fresh rat hepatocytes. Furthermore, LC-MS/MS methodology was optimised in conjunction with two in vitro systems to determine the role of transporters in gadoxetate uptake and efflux. HEK-OATP1B1 transfected cells were used to optimise the LC-MS/MS technique and Caco-2 cell monolayers were used to examine whether gadoxetate is a substrate of the efflux transporters, Pgp and BCRP. Subsequent studies demonstrated the use of DCE-MRI techniques to study transporter-mediated processes. Two pharmacokinetic models were proposed to quantify the uptake and efflux of gadoxetate in vivo. The suitability of the models in describing the liver concentration profiles of gadoxetate was assessed in pre-clinical and clinical reproducibility studies. Further pre-clinical experiments demonstrated the ability of the proposed DCE-MRI techniques to monitor changes in the uptake and efflux rate estimates of gadoxetate into hepatocytes, through co-administration of the transporter inhibitor, rifampicin, at two doses. The work presented demonstrates the potential use of DCE-MRI techniques as a diagnostic probe to assess transporter-mediated processes and drug-drug interactions (DDIs) in vivo.

La DCE a pour principale ambition d’harmoniser les politiques de l’eau sur un plan européen et d’atteindre le bon état des eaux d’ici 2015. L’évaluation de ce “bon état” implique en outre de dresser l’inventaire, dans les masses d’eau, des 33 substances prioritaires listées en annexe X de la DCE (annexe X, décision No 2455/2001/EC) et pour lesquelles des normes de qualité environnementales (NQE) ont été fixées (Directive 2013/39/EU). Parmi ces substances figurent les polychloroalcanes (SCCPs) et les polybromodiphényléthers (PBDEs) appartenant à la catégorie des micropolluants halogénés “émergents”. D’un point de vue analytique, leur détermination dans l’eau constitue actuellement un enjeu majeur, tant sur le plan de l’échantillonnage que de la sensibilité.Dans ce contexte, ce travail de thèse s’est attaché au développement d’une méthode d’analyse des SCCPs dans les eaux par SPME couplée à la GC/ECNI-MS. Les limites de quantification inférieures à 0,2 µg.L-1 et son degré d’automatisation font de cette méthode un outil de choix pour assurer le monitoring des milieux aquatiques tels que requis par la DCE. En complément de l’approche classique, un pilote de calibration en laboratoire pour l’étalonnage d’échantillonneurs passifs a pu être mis en place et validé pour la calibration des MESCO avec les HAPs. La participation à un essai interlaboratoire a permis de tester l’applicabilité des MESCO et des SR pour l’analyse des PBDEs en sortie de station d’épuration. Enfin la mise en application des LDPE, SR et MESCO sur l’étang de Berre a permis d’obtenir des résultats encourageants quant à l’applicabilité de ces échantillonneurs passifs pour l’analyse des SCCPs et PBDEs. / In order to achieve good water quality for 2015, the water framework directives (WFD 2000/60/EC and 2013/39/EU) force European countries to monitor the quality of their aquatic environment. For this purpose, all water bodies shall be monitored for all the 33 priority substances listed in annex X of WFD (annex X, decision No 2455/2001/EC) and for which environmental quality standards (EQS) were fixed (Directive 2013/39 / EU). Among these substances, we found the short chain chlorinated paraffins (SCCPs) and the polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) belonging to the class of emergent halogenated micro-pollutants. From an analytical point of view, the analysis of SCCPs and PBDEs in water is still a major challenge, either in terms of sampling or sensitivity.In respect of WFD, this thesis work has, among other things, aimed to develop a method to analyze SCCPs in water by using SPME coupled with GC/ECNI-MS. The limit of quantification below 0.2 µg.L-1 and its degree of automation makes this method a tool of choice to ensure the monitoring of the aquatic environment as required by the WFD. In addition to the traditional approach, a laboratory system for passive sampler calibration was also developed and validated to calibrate MESCO for PAHs analysis. Moreover, our participation in an inter-laboratory study, has served to test the applicability of MESCO and SR for the analysis of PBDEs in a waste water treatment plant. Finally the deployment of LDPE, SR and MESCO in Berre lagoon has yielded some encouraging results about applicability of these passive samplers to analyze SCCPs and PBDE in water.

This thesis deals with the magnetic resonance perfusion data analysis especially DCEMRI. In its introduction the thesis describes the problem of DCE-MRI data aquisition, the necessity of appropriate contrast agent and basic principles of perfusion analysis. The dynamic behavior of contrast agent vascular distribution can be described by arterial input function (AIF). The shape of the curves close to the area of interest is affected by dispersion which is called vascular transport function (VTF) due to the distribution of the contrast agent to the region of interest. Finally the tissue residual function describes system behavior of tissue. The practical part of the diploma thesis is aimed at implementation of model curves AIF, VTF and TRF. Furthermore, a simulation program was created for easy manipulation with introduced models moreover the program is used to perform an estimation of perfusion parameters based on nonblind deconvolution. The method is validated on synthetic data and illustrated on clinical data of the renal cell carcinoma patient.