L’imagerie de l’angiogénèse tumorale représente actuellement un domaine majeur de la recherche pour la détection précoce des cancers et le développement de nouveaux traitements des tumeurs. Les cellules endothéliales des néovaisseaux formés surexpriment l’intégrine αvβ₃, qui se lie sélectivement aux peptides contenant la séquence Arg-Gly-Asp (RGD). Le processus angiogénique joue également un rôle dans le développement d’autres pathologies telles les maladies cardiovasculaires. Le but de ce projet est ainsi de concevoir un agent de contraste bimodal (IRM et fluorescence) ciblant les intégrines αvβ₃ pour une détection précoce de l’angiogénèse. Des nanoparticules superparamagnétiques d’oxyde de fer ont été fonctionnalisées en surface par des agents complexants de type cathécol ou bisphosphonate présentant des fonctions réactives terminales, acide carboxylique ou alcyne. L’efficacité du couplage de diverses molécules (fluorophores, PEG, RGD) par chimie des carbodiimides ou par chimie click (réactions de Huisgen ou thiol-yne) a été comparée. La stabilité des différentes sondes dans le sérum et leur potentiel en tant qu’agent de contraste IRM a été évalué. L’affinité vis-à-vis des intégrines a été étudiée par résonance plasmonique de surface et par dosage de liaisons sur support solide en présence d’un compétiteur radioactif. Dans le but d’optimiser les propriétés d’agents de contraste IRM, une étude de l’influence de la taille et de la forme des nanoparticules a été réalisée. Les premières évaluations in vitro et in vivo des nanoplateformes ont été entreprises. Parallèlement, une nanoplateforme théranostique, alliant diagnostic et thérapie, a été envisagée. / The molecular imaging of tumor angiogenesis currently represents a major field of research for the diagnostic and the development of new treatment strategy of solid tumors. Endothelial cells from tumor neovessels overexpress the αvβ₃ integrins, which selectively bind to Arg- Gly-Asp (RGD)-containing peptides. The angiogenic process plays a key role during the development of other pathologies like cardiovascular diseases. So, the aim of this project is to design a bimodal contrast agent (MRI and fluorescence) targeting αvβ₃ integrins for early angiogenesis detection. Superpamagnetic iron oxide nanoparticles were surface functionalized with cathecol and bisphosphonate as anchoring agents and bearing carboxylic acid or alkyne functions as terminal end groups. We compared the efficiency of conjugation of three different types of molecules (fluorophores, PEG and RGD peptides) using carbodiimide coupling and click chemistry (Huisgen and thio-yne reactions). The stability of the various nanoplatforms and their uses as MRI contrast agents were evaluated. The affinity towards integrins was evidenced by surface plasmon resonance and solid-phase receptor-binding assay with a radioactive competitor ligand. With the aim to improve MRI properties, nanoparticles differing by their size and shape were synthesized and the magnetic properties were studied. The first in vitro and in vivo experiments were performed. In parallel, a theranostic nanoplatform, with both properties of diagnostic and therapy, has been considered.

L'imagerie par résonance magnétique cinétique en contraste de phase (IRM-PC) sensible aux flux permet la quantification et la caractérisation des écoulements sanguins in-vivo de manière non-invasive. En clinique, cette séquence est principalement appliquée en une coupe à deux dimensions (2D), mais elle a évolué vers une acquisition volumique des vitesses (4D IRM-PC) offrant une quantification complète de l'écoulement dans l'ensemble d'une arborescence vasculaire. Cependant, cette technique nécessite d'outils de post-traitement qui sont encore peu nombreux et d'une évaluation de la précision de la mesure des vitesses en 2D et 4D dans des vaisseaux de petits diamètres. Dans ce travail de thèse, un logiciel de post-traitement des images 2D et 4D IRM-PC a été mis au point avec une interface facile et est utilisé par des équipes de recherches et des cliniciens. Des protocoles d'acquisitions des vitesses par IRM pour des vaisseaux constitués de diamètres millimétriques ont été développés. Ces protocoles ont été validés in-vitro à partir d'un travail réalisé sur fantôme qui montre une erreur inférieure à 10% dans la précision des mesures. Les protocoles validés ont été appliqués sur les artères de la région cervico-faciale chez 30 volontaires sains afin de constituer la première base hémodynamique des vaisseaux de cette région. Des patients atteints de pathologies cervico-faciale ont bénéficié de ce protocole et son intérêt a été montré dans le suivi du patient et pour la planification chirurgicale / Phase-Contrast Magnetic Resonance imaging (PC-MRI) is a non-invasive technique used for quantification and characterization of the blood flow. In clinical pratice, this sequence is principally used in a two-dimensional single slice (2D), but it evolved to a velocity volumic acquisition (4D PC-MRI) allowing a complete quantification of the flow through a vascular tree. However, this technique requires post-processing software which are few and an evaluation of the velocity accuracy in 2D and 4D to quantify vessels with millimetric diameter. In this thesis work, a user-friendly post-processing software of 2D and 4D MRI images has been developed and it is used by research teams and clinicians. MRI acquisitions protocols of velocities for vessels composed by millimetric has been created. These protocols developed in-vitro form a phantom work show an error in the measurement accuracy less than 10%. These validated protocols are applied in facial area arteries in 30 healthy volunteers to create the first hemodynamic data base of arteries in this area. Then, the protocols have been performed to patients with pathologies affecting the facial area to show is interest on patient follow-up and surgical treatment

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7873_1.pdf: 2197155 bytes, checksum: 9debcd70dfd5eaad6f2002dc9345c757 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Foram utilizadas Imagens por Ressonância Magnética para estudar o ingresso de água em um sistema poroso formado por zeólita em pó fino compactado por alta pressão. A condição experimental é escolhida tal que a aplicabilidade da transformação de Boltzmann da equação de difusão em uma dimensão é aproximadamente satisfeita. Os perfis de umidade medidos indicam condição subdifusiva, com uma variável de escala tempo-espacial 2//&#947;&#951;tx=(10<< ) &#947;. Um modelo baseado na equação de difusão de tempo fracional para difusão anômala foi adotado para analisar os dados dos perfis de umidade e gerar uma expressão que produz a dependência da umidade com a difusividade generalizada. Sistemas que exibem diferentes valores de &#947; indicam uma sistemática similaridade na dependência da difusividade com a umidade. Isto sugere que o modelo pode representar o processo físico básico envolvido no transporte de água

L'imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN) permet l'obtention d'images anatomiques et morphologiques de grande qualité. Il est actuellement possible sur les imageurs cliniques d'obtenir des paramètres de fonction associés aux données morphologiques. Nous nous sommes intéressés à l'imagerie de diffusion par RMN pour les explorations hépatiques. Cette technique mesure les mouvements microscopiques de l'eau dans les tissus permettant l'obtention d'un paramètre fonctionnel nommé coefficient de diffusion apparent (CDA).Nous nous sommes attachés à étudier l'influence des paramètres d'acquisition et de post traitement sur les valeurs mesurées de CDA : valeur de b, taille et position de la région d'intérêt, méthode de suppression de la graisse, utilisation d'un trigger cardiaque, et respiratoire. Nous avons ensuite étudié le potentiel éventuel de cette imagerie pour des applications cliniques : quantification de la fibrose dans le cadre des hépatopathies et optimisation de la caractérisation des lésions focales hépatiques. Dans une dernière partie, nous avons corrélé les données de l'imagerie de diffusion à l'histologie, afin de mieux appréhender l'interprétation de ces nouvelles données. L'imagerie de diffusion a un formidable potentiel pour la détection des lésions focales et pour la caractérisation lésionnelle sous réserve de réaliser un protocole d'acquisition et de post traitement strict permettant de s'affranchir des artéfacts de mouvements. Malgré cela les valeurs mesurées de CDA sont soumises à de très nombreuses contraintes qui limitent encore actuellement son utilisation pour les applications clinique usuelles. / Magnetic Resonance (MR) allows to obtain high quality anatomical and morphological images. Thanks to the recent developments on clinical systems, it is possible to add functional information that we associate with these morphological data. We were interested in Diffusion Weighted Imaging (DWI) by MR for hepatic explorations. This technique measures the microscopic movements of water allowing to obtain a functional parameters like the Apparent Diffusion Coefficient (ADC). However, this information is very sensitive to cardio-respiratory motions. We analysed the different MR parameters; the b value, the size and the position of the region of interest, different methods of fat suppression, and the benefit of a cardiac trigger and/or respiratory trigger. Potential of the DWI for clinical applications are the quantification of the fibrosis within the framework of the diffuse diseases and an optimization of the characterization of the hepatic focal lesions. We correlated DWI with histology, in order to understand the interpretation of the new information obtained. DWI has a large potential for the detection and characterization of the focal lesions. However, the management of motion is important to obtain correct ADC values. We fund many limits to use DWI for clinical routine.

La capacité de mesurer les rapports isotopiques par spectroscopie RMN du 13C (irm-13C NMR) donne un accès direct à la distribution d’isotopes possédant une position spécifique au sein de molécules. Dans cette thèse, cette approche a été développée dans le but d’élucider le fractionnement isotopique au cours de la biosynthèse dans des plantes de différents alcaloïdes (nicotine, tropine, tramadol) qui ont certaines caractéristiques communes lors de leurs biosynthèses. L’une des caractéristiques clés de ces composés est la présence de groupes O-méthyle et/ou N-méthyle. En général, le rapport 13C/12C dans les groupes O-méthyle et N-méthyle de produits naturels est exceptionnellement faible comparé aux autres carbones dans la molécule, ces travaux ont été axés sur l’explication de ce phénomène. La grande majorité de ces groupes méthyles dans les produits naturels proviennent du transfert d’un groupe Sméthyle de L-méthionine (L-Met) via la Sadénosylméthionine (AdoMet). Il a été prouvé par irm-13C NMR que, dans la molécule donneuse, L-Met, le groupe Sméthyle est appauvrit. La cause de ce phénomène a été explorée par le biais de l’étude de petit modèle théorique pour la cobalamin-independent méthionine synthase, l’enzyme responsable du transfert du groupement méthyle durant la biosynthèse de L-met. Ces calculs ont montré une barrière d’énergie élevée pour le transfert du groupe méthyle et un fort effet isotopique cinétique du 13C y associé. De plus, une méthodologie générique de l’étude du ratio 13C/12C dans les aminoacides a été développée, ce qui permet une meilleure compréhension du fractionnement isotopique intervenant durant la biosynthèse d’acides aminés. Une caractéristique supplémentaire de ces travaux est que les données permettent : (i) une comparaison entre les produits naturels et commerciaux, permettant de distinguer ces deux sources, et (ii) une interprétation du modèle isotopique en terme d’origine biosynthétique de composés naturels. Pour le tramadol, il a été possible de proposer un chemin hypothétique pour ce produit naturel récemment découvert. / The ability to carry out isotope ratio monitoring by 13C NMR spectrometry (irm-13C NMR) gives direct access to position-specific isotope distributions in whole molecules. In this thesis this approach has been developed with the aim of elucidating isotopic fractionation during the biosynthetic pathways in plants of a number of alkaloids (nicotine, tropine and tramadol) that have certain features of their biosynthesis in common. One key common feature of these compounds is the presence of O-methyl and/or N–methyl groups. As it is generally found that the 13C/12C ratio in the O-methyl and N-methyl groups of natural products is exceptionally low relative to the other carbon positions in the molecule, the work focused on explaining this phenomenon. The vast majority of these methyl groups in natural products are derived by the transfer of the S-methyl group from L-methionine (L-Met) via S-adenosyl methionine (AdoMet). It is shown by irm-13C NMR that in the donor molecule, L-met, the S-methyl group is impoverished. The cause of this was investigated by the study of a small theoretical model for the cobalaminindependent methionine synthase, the enzyme responsible for methyl group transfer in L-met biosynthesis. These calculations showed a high energy barrier for methyl group transfer and an associated large 13C kinetic isotope effect. In addition, a generic methodology to study the 13C/12C ratios in amino acids has been developed, which allows insight into the isotopic fractionation occurring during amino acid biosynthesis. A further feature of the work is that the data allow: (i) a comparison of natural and commercial products, which enables distinguishing between sources, and (ii) an interpretation of the isotopic pattern in terms of the biosynthetic origin of natural compounds. For tramadol, this made it possible to propose a hypothetical pathway for this newly-discovered natural product.

Les pathologies du foie représentent une des causes les plus fréquentes de mortalité. Ceci provient sans doute de la difficulté de poser le diagnostic à un stade précoce de leur développement malgré les très bonnes performances de l'échographie et de la tomographie de rayons X. On espère que l'IRM dont les résultats spectaculaires dans le diagnostic des tumeurs cérébrales sont aujourd'hui incontestés améliorera la situation. Malheureusement, comme les autres techniques et en dépit de son excellent contraste inhérent, l'IRM se heurte aussi au problème de la mise en évidence des maladies hépatiques. Afin de remédier à cette situation, la recherche s'est orientée vers l'élaboration de produits de contraste spécifiques. La stratégie suivie jusqu'ici est double: d'une part, des complexes d'ions paramagnétiques sont développés pour favoriser leur incorporation par les hépatocytes, et, d'autre part, des nanoparticules superparamagnétiques sont synthétisées afin de cibler les cellules de Kupffer, les macrophages fixes du foie.

Au cours des dernières années, des modalités d'imagerie comme la tomographie d'émission par positrons (TEP) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) ont été utilisées pour caractériser le microenvironnement tumoral et prédire la réponse au traitement durant la thérapie. La TEP est reconnue pour sa fonctionnalité et elle est utilisée avec une multitude de radiotraceurs. Par contre, sa résolution spatiale est limitée. L'IRM apporte une localisation anatomique précise et une information sur la perfusion des tissus. La modélisation pharmacocinétique augmente le potentiel de ces deux modalités en permettant des études quantitatives. Cependant, ces analyses quantitatives nécessitent l'acquisition de plusieurs images successives afin de suivre la distribution d'un agent de contraste (AC) en IRM et d'un radiotraceur en TEP. Plusieurs types d'analyse pharmacocinétique en IRM et en TEP requièrent la concentration de l'agent en fonction du temps dans le sang, nommée fonction d'entrée artérielle (AIF). Toutefois, cette dernière est difficile à mesurer. En IRM, pour la modélisation, il existe un compromis à faire entre la résolution spatiale et la résolution temporelle. Dans ce mémoire, une approche pour convertir l'AIF d'une modalité à l'autre est proposée pour le petit animal. L'AC gadolinium-acide diéthylène-triamine penta-acétique (Gd-DTPA) en IRM et le radiotraceur [indice supérieur 18] F-fluorodésoxyglucose (FDG) en TEP ont été utilisés. Un modèle mathématique a été développé pour effectuer la conversion et comparer les AIFs. Afin d'évaluer l'efficacité de la méthode, les paramètres pharmacocinétiques ont été calculés pour l'AIF obtenue par prélèvements sanguins et par notre méthode de conversion. Aucune différence statistique n'a été trouvée entre les paramètres des deux méthodes. Ces résultats suggèrent donc qu'une seule AIF serait nécessaire pour faire la modélisation dans les deux modalités. Une méthode qui optimise le temps d'acquisition d'images de même que la résolution spatiale en IRM a été proposée afin d'obtenir une quantification tumorale plus juste. Le temps d'acquisition a été réduit d'un facteur 3,2 avec une perte négligeable (1,5%) de résolution spatiale. Il a également été démontré qu'il est possible d'utiliser la méthode de région de référence combinée avec notre méthode de conversion d'AIF afin de faire la modélisation dans les deux modalités. Il s'agit, à notre connaissance, du premier travail évaluant la synergie entre les acquisitions IRM et TEP combinées. Ce travail pourrait donc avoir un impact significatif sur l'exploitation des deux modalités d'imagerie.

L'imagerie par résonance magnétique dynamique (IRM-dynamique) consiste en l'observation de la distribution dans le temps d'un agent de contraste à l'aide de l'IRM. L'une des approches très répandues est d'analyser les données à l'aide de modèles mathématiques qui décrivent la pharmacocinétique de cet agent dans les tissus. L'une des hypothèses utilisées par l'ensemble des modèles présentés dans la littérature à ce jour est que les images d'IRM-dynamique peuvent être analysées pixel-par-pixel ce qui néglige implicitement la possibilité de diffusion de l'agent à l'intérieur des tissus. Dans ce mémoire, un nouveau modèle est proposé dans lequel la diffusion de l'agent est explicitement incluse dans un modèle à deux compartiments. Les deux paramètres couramment utilisés dans la littérature sont : K[indice supérieur trans] , le taux de transfert transcapillaire, et [nu]e, la fraction de volume extravasculaire extracellulaire. Deux méthodes d'optimisation stochastique ont été évaluées pour le lissage avec le modèle proposé à cause de la très grande taille de l'espace des solutions. Le modèle a été caractérisé avec des données simulées incluant la diffusion de l'agent de contraste et des données expérimentales montrant des signes de diffusion à l'intérieur du tissu tumoral. Les résultats avec les données simulées montrent que le modèle peut retrouver de façon fiable les valeurs des paramètres utilisés pour générer ces données (erreur relative moyenne de 16% pour K trans et 17% pour [nu]e) même lorsqu'un niveau de bruit raisonnable est ajouté. Le modèle standard à deux compartiments négligeant la diffusion retourne des distributions de valeurs de K[indice supérieur trans] erronées (erreur relative moyenne de 43%) qui sont moyennée sur le tissu. Lorsque les données expérimentales sont ajustées avec le modèle standard, les valeurs de K[indice supérieur trans] retournées montrent une perfusion moyennée sur l'ensemble du tissu, ce qui n'est pas en accord avec le rehaussement initial du signal qui est observé. À l'opposé, le modèle proposé retourne des cartes de K[indice supérieur trans] ayant une démarcation franche entre les zones bien perfusées et celles très peu perfusées en accord avec ce qui est observé sur les images d'IRM. De plus, le modèle standard à deux compartiments assigne des valeurs n'ayant pas de sens physique à [nu]e ([nu]e [supérieur à] 1) dans le centre des tumeurs où l'agent parvient par diffusion à partir de la périphérie bien vascularisée. De son côté, le modèle proposé trouve des valeurs plausibles de [nu]e pour l'ensemble du tissu.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les anévrysmes de l'aorte abdominale sont retrouvés chez 5 à 9 % de la population après l'âge de 65 ans, et la rupture de ces anévrysmes cause chaque année au moins 15000 décès. Bien que la plupart soient petits et asymptomatiques, typiquement leur diamètre s'accroît avec le temps et environ 60% finissent par nécessiter une réparation chirurgicale. A ce jour, aucune thérapeutique ne permet de ralentir ou de stopper la croissance des petits anévrysmes. La paroi anévrysmale est caractérisée par une inflammation chronique et un remodelage du tissu conjonctif associant synthèse et destruction qui conduisent à l'appauvrissement de la paroi en élastine. Tous ces éléments sont présents dans le modèle d'anévrysme à l'élastase chez la souris. Alors que de nombreuses données ont été accumulées sur l'implication des metalloprotéinases dans la dégradation de la matrice extracellulaire, le rôle des serines protéases a reçu beaucoup moins d'intérêt. En utilisant le modèle d'anévrysme à l'élastase chez les souris cathepsine S et cathepsine C knockout, nous avons montré que leur présence était indispensable au développement anévrysmal. Nous avons également montré qu'il était possible de bloquer le modèle au moyen d'un inhibiteur des cathepsines, l'E64. L'ensemble de nos travaux semblent montrer que les cathepsines jouent un rôle prépondérant dans la phase d'initiation de la réaction inflammatoire et que les cathepsines sont une voie de recherche potentielle pour le développement de traitements médicamenteux pouvant ralentir la croissance des AAAs. / Abdominal aortic aneurysms occur in 5-9% of the population over the age of 65, and rupture of these aneurysms cause every year at least 15,000 deaths. Although most AAAs are small and asymptomatic, their diameter typically increases over time and about 60% eventually require surgical repair. To date, no therapy can slow or stop the growth of small aneurysms. The aneurysmal wall is characterized by chronic inflammation and tissue remodeling involving synthesis and destruction that leads to the loss of elastin. All these elements are present in the elastase model of aneurysm in mice. While many data have been accumulated on the involvement of metalloproteinases in the degradation of the extracellular matrix, the role of serine proteases has received much less interest. Using this model in mice cathepsin S and cathepsin C knockout, we have shown that their presence was essential for aneurysmal development. We also showed that it was possible to block the model using E64, an inhibitor of cathepsins. Taken together these data suggest that cathepsins play a role in the initiation of the inflammatory reaction and that cathepsins are a potential way of research for the development of medication which could slow down the AAAs growth. In order to block by pharmacological means the model, we developed the possibility to infuse doxycyline directly on the aneurysm. These studies showed that it was possible to block the model with an infusion of local doxycycline without blood levels of doxycycline. This experimental work opens the way for the development of drug-eluting stent graft, i.e. a stent graft able to infuse an active product which can stabilize the wall of the aneurysm.