Les bactéries sont des microorganismes capables de se développer et de proliférer indépendamment les uns des autres en milieu liquide. Mais dès qu’une surface se présente, biotique ou abiotique, les bactéries privilégient un « mode de vie en communauté » pour se protéger des agressions externes et survivre aux environnements hostiles. Ces biostructures, appelées biofilms, sont présentes dans tous les environnements naturels, y compris chez l’Homme où elles peuvent être à l’origine d’infections chroniques lorsqu’elles hébergent des germes pathogènes. Il est aujourd’hui admis que de tels édifices biologiques perdurent sous l’action des antibiotiques. Outre le très médiatique phénomène de résistance qui trouve son origine dans des mutations génétiques bactériennes, la tolérance, quant à elle, provient des spécificités de la structure et de la physiologie des bactéries organisées en biofilms. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse qui vise à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au manque d’efficacité d’antibiotiques (vancomycine,daptomycine, rifampicine) vis-à-vis des biofilms de S. aureus, en s’appuyant notamment sur des techniques innovantes d’imagerie à résolution micro-nanométrique. Nous avons mis au point un modèle d’infections sur prothèse vasculaire implantable chez la souris qui a permis une toute première visualisation par imagerie de fluorescence de biofilms formés in vivo et soumis à l’action des antibiotiques mais aussi de montrer leur activité limitée. Nous nous sommes ensuite attachés à une meilleure compréhension de la tolérance aux antibiotiques de biofilms bactériens de S. aureus. Pour ce faire, nos études ont porté, d’une part, sur le rôle de la matrice extracellulaire et, d’autre part, sur le rôle de la physiologie des bactéries incluses en biofilm. Il a ainsi été mis en évidence le rôle crucial de la fluidité membranaire. Ces travaux nous ont alors permis de dégager des pistes pour améliorer l’antibiothérapie disponible mais aussi développer des alternatives à ce type de traitement. / Bacteria are microorganisms capable of growing independently in liquid media. However, as soon as they encounter a surface, either biotic or abiotic, bacteria favour a "community living" to protect themselves from external aggressions and survive in hostile environments. These bacterial communities, named biofilms, are present in all natural environments, including humans where they can cause severe infections when hosting pathogenic germs. It is now accepted that such biological edifices persist under antibiotics action. In addition to antibiotic 'resistance', which is associated with genetic mutations of bacteria, 'tolerance' is related with the specific structure and physiology of bacteria organized in biofilms. In this context, we took benefit from innovative high-resolution imaging techniques to better understand the mechanisms underlying antibiotics (vancomycin, daptomycin, rifampicin) (in)efficacy within S. aureus biofilms. In addition, we developed a model for prosthetic vascular graft infections in mice that allowed the visualization by fluorescence imaging of biofilms formed in vivo and subjected to the action of antibiotics. Considering the very limited antibiotics efficacy observed, we then focused on a better understanding of S. aureus bacterial biofilms tolerance towards antibiotics. To this purpose, our work was focused on the role of both the extracellular matrix and the physiology of bacteria included in biofilms. The crucial role of membrane fluidity was then demonstrated. This work allowed us to identify paths for the improvement of antibiotic therapy and to develop alternatives to this type of treatment.

Cette thèse traite du développement de nanoparticules d'imagerie multimodale vectorisées pour détecter spécifiquement des dépôts amyloïdes ou certains récepteurs cellulaires. Ces nanoparticules, dénommées AGuIX (Activation et Guidage de l'Irradiation par rayonnement X), sont composées d'un squelette de polysiloxane fonctionnalisées par des chélates de DOTAGA(Gd3+). Une fois marquées par un fluorophore organique ou des radioisotopes, ces Nps permettent de combiner jusqu'à trois techniques d'imagerie : l'IRM, qui présente une excellente résolution spatiale, et la scintigraphie et l'imagerie optique qui présentent toutes deux une excellente sensibilité. De par leur diamètre hydrodynamique inférieur à 5 nm, ces Nps sont efficacement éliminées par voie rénale et les différents tests in vivo réalisés n'ont pas révélé de toxicité de ces objets. Ainsi, les Nps AGuIX sont particulièrement indiquées dans le cadre d'un diagnostic précis et précoce de différentes pathologies. L'objectif de la thèse consiste donc à greffer à la surface de ces Nps des vecteurs ciblants (i) les fibres amyloïdes ; (ii) les récepteurs asialoglycoprotéines des cellules hépatocytes du foie. Selon la nature du vecteur à greffer (i.e. molécule organique, peptide, fragment d'anticorps, …) différentes stratégies ont été mises en place. Nous avons donc dans un premier temps optimisé les synthèses des Nps vectorisées, pour ensuite évaluer leur affinité pour leurs cibles respectives in vitro et/ou in vivo / The goal of this PhD is to develop multimodal imaging nanoparticles vectorized for the detection of amyloid deposit or specific cells receptors. These Nps, called AGuIX (Activation and Guidance of XRay Irradiation) are composed of a polysiloxane network surrounded by DOTAGA(Gd3+) chelates. One labeled with an organic dye or a radioisotope, these Nps could combine three imaging techniques such as MRI, known for its outstanding spatial resolution, and optical imaging and scintigraphy, known for their strong sensitivity. Thanks to their hydrodynamic diameter below 5 nm, they are efficiently eliminated from the body though renal clearance. Thus, these Nps are particularly indicated for earlier and more accurate diagnosis of a wide range of pathologies. To target amyloid deposits or asialoglycoproteins receptors we optimized the grafting several ligands (i.e. small molecules, peptides, antibody fragments, …). Then, we evaluated their affinity of their respective targets in vitro and/or in vivo

A l'adolescence, la maturation cérébrale implique des changements anatomiques globaux et régionaux subtils, et estimer la morphologie exacte de certaines structures au cours du développement post-pubertaire est par conséquent difficile. L'effet du dimorphisme sexuel sur la maturation cérébrale n'a été que très peu exploré de façon prospective par l'imagerie par résonance magnétique. Dans ce contexte, ce travail de thèse est consacré à l'étude longitudinale des effets du sexe sur la maturation cérébrale à l'aide de deux méthodes pour contrôler et analyser les variations de positionnement spatial des images acquises à différents intervalles de temps. Dans une première étude utilisant une approche multimodale, notre objectif était d'examiner si le dimorphisme sexuel dans la maturation cérébrale du système limbique pouvait expliquer les différences émotionnelles entre les filles et les garçons pendant l'adolescence. Nous avons adapté pour cela une méthode de traitement longitudinal sur des images anatomiques et de diffusion de 335 adolescents sains entre 14 et 16 ans. Nous avons mis en évidence des différences sexuelles dans la maturation cérébrale du système limbique avec une maturation plus tardive des garçons par rapport aux filles. Ces changements avaient un rôle médiateur sur les différences sexuelles dans la régulation émotionnelle, illustrée par une augmentation des traits de personnalité positifs chez les garçons et une diminution chez les filles. Dans une deuxième étude utilisant une approche originale de recalage, notre objectif était d'estimer et extrapoler des trajectoires de maturation en fonction du dimorphisme sexuel. Nous avons mis en évidence des trajectoires divergentes entre les filles et les garçons entre 14 et 16 ans, illustrant une différenciation des vitesses de maturation croissante à cette période, spécifiquement dans le cortex préfrontal. Ces trajectoires différentielles ont permis d'estimer une avance de maturation de 5 mois chez les filles dans le cortex préfrontal. L'ensemble de ces résultats apporte des informations utiles à une meilleure compréhension des différences de maturation cérébrale entre les filles et les garçons, et de leurs liens avec la dérégulation du système émotionnel et donc la vulnérabilité à la dépression à l'adolescence. / In adolescence, brain maturation involves subtle global and regional anatomical changes, and estimating the exact morphology of some structures during post-pubertal development is therefore difficult. Effect of sexual dimorphism on brain maturation has been under-explored prospectively by magnetic resonance imaging. In this context, this work is focused on the longitudinal study of the effects of sex on brain maturation using two methods to control and analyze the spatial positioning variations of images acquired at different time points. In a first study using a multimodal approach, our goal was to examine sexual dimorphism in brain maturation of the limbic system to explain the emotional differences between girls and boys during adolescence. We adapted a method of longitudinal processing on anatomical and diffusion images of 335 healthy adolescents between 14 and 16 years. We highlighted sexual differences in brain maturation of the limbic system with a later maturation of boys compared to girls. These changes mediated sexual differences in emotional regulation, illustrated by an increase in positive personality traits in boys and a decrease in girls. In a second study using an original registration approach, our objective was to estimate and extrapolate maturation trajectories based on sexual dimorphism. We highlighted divergent trajectories between girls and boys between 14 and 16, illustrating a differentiation in maturation rates that increased during this period, specifically in the prefrontal cortex. These differential trajectories made it possible to estimate a maturational advance of 5 months in girls in the prefrontal cortex. All these results provide useful information for a better understanding of the differences in brain maturation between girls and boys, and their links with the emotional system dysregulation and therefore the vulnerability to depression in adolescence.

Les phéochromocytomes et les paragangliomes (PCC/PGL) sont des tumeurs neuroendocrines rares qui se développent aux dépens de la médullosurrénale et des paraganglions sympathiques et parasympathiques. Près de 40% des patients ont une prédisposition génétique, et, à ce jour 13 gènes de prédisposition ont été identifiés. Les mutations du gène SDHB sont un facteur de risque de malignité et de mauvais pronostic qui conduisent à une perte de fonction de la succinate déshydrogénase (SDH), enzyme du complexe mitochondrial II. Il en résulte une accumulation intracellulaire de succinate responsable du phénomène dit de « pseudohypoxie » qui stimule la production de VEGF et donc l’angiogenèse, ainsi que l’expression du transporteur membranaire du glucose GLUT-1. Le surrisque de malignité liée à SDHB et l’absence de traitement curatif des formes métastatiques de PCC/PGL justifient l’élaboration d’un modèle murin permettant de mettre en place des essais précliniques. L’obtention d’un modèle murin prédisposé au PCC/PGL par mutation du gène Sdhb s’étant révélée infructueuse, notre équipe a finalement généré des cellules chromaffines Sdhb-/- immortalisées (imCC Sdhb-/-) dont l’implantation dans le coussinet adipeux sous-cutané (Fat-pad) de souris nudes NMRI a permis l’établissement du premier modèle de tumeurs porteuses d’une inactivation complète du gène Sdhb. La caractérisation phénotypique du modèle a été réalisée par imagerie multimodalité in vivo, comparativement à un groupe contrôle de souris ayant reçu des imCC non mutées (WT). L’angiogenèse tumorale évaluée par imagerie optique retrouve une expression des intégrines αvβ3 plus marquée dans le groupe Sdhb-/- avec une rétention du traceur prolongée 12 h après injection. L’IRM dynamique de contraste (IRM-DCE), montre un rehaussement tumoral global nettement plus important dans le modèle Sdhb-/-, que le post-traitement par le logiciel PhysioD3D permet d’attribuer à une augmentation du volume capillaire intratumoral. Sur le plan métabolique, la consommation globale de glucose mesurée par TEP au 18FDG est également plus marquée dans les tumeurs Sdhb-/-. Enfin, la spectroscopie par résonance magnétique (1H-MRS) a mis en évidence une accumulation de succinate dans les tumeurs Sdhb-/-, non retrouvée dans les tumeurs WT. Ce résultat a été confirmé par spectrométrie de masse et cette technique innovante de détection du succinate in vivo a été transférée avec succès en clinique pour l’exploration des patients porteurs de PCC/PGL. En conclusion, l’imagerie in vivo a permis de distinguer le phénotype des tumeurs Sdhb-/- de celui des WT, avec une néoangiogenèse, une microcirculation et un métabolisme glucidique augmentés. Ces résultats permettent de proposer des études précliniques de réponse précoce aux traitements. La détection de l’accumulation de succinate par 1H-MRS ouvre la possibilité d’un diagnostic « métabolique » préopératoire pour détecter les patients de mauvais pronostic. / Pheochromocytomas and paragangliomas (PCC/PGL) are rare neuroendocrine tumours that arise from chromaffin cells of the adrenal medulla, sympathetic and parasympathetic paraganglia respectively. Around 15% of PCC are malignant. SDHB mutations are associated with malignancy and poor prognosis. SDH deficiency leads to succinate accumulation that induces a cellular pseudohypoxic phenotype, promoting in particular VEGF and GLUT-1 expression and increasing angiogenesis and glucose metabolism. The high malignancy hazard associated with SDHB and the absence of curative treatment of metastatic forms of the disease make it essential to develop a mouse model for preclinical trials launching. The quest for a predisposed mouse model of Sdhb-deficient tumors being unsuccessful, Sdhb-/- and wild-type (WT) immortalized mouse chromaffin cells previously generated in the laboratory were propagated in the fat pad of NMRI nude mice, thereby providing the first pattern of Sdhb- deficient tumors. These mice were compared to a control group receiving non-mutated imCC (WT) and characterization was performed in vivo by multimodality imaging. Optical imaging assessing the tumor angiogenesis with Angiostamp®, an RGD fluorescent peptide, found an increased expression of integrins αvβ3 in the Sdhb-/- group 12 h after tracer injection. Dynamic contrast enhanced MRI (DCE-MRI) showed an overall tumor enhancement significantly higher in the Sdhb-/- model secondary to an increase of the tumor blood flow (F) and of the intratumoral capillary volume fraction (Vb) (compartmental analysis using PhysioD3D software). Metabolic imaging assessed by 18FDG-PET confirmed the expected high glucose consumption by Sdhb-/- tumors. Finally, magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) detected succinate accumulation in Sdhb-/- tumors and not in WT tumors. This result was confirmed by mass spectrometry and this innovative procedure for in vivo detection of succinate was translated into patients suffering from PCC/PGL. A succinate peak was specifically observed in SDHx-related PCC/PGL patients. In conclusion, these results show strong differences between Sdhb-/- and WT allografts and suggest that preclinical therapeutic studies could be implemented in this unique model of Sdhb-deficient tumour. Our noninvasive, highly sensitive and specific method allowing in vivo detection of succinate, the major biomarker of SDHx-mutated tumors was translated into clinical imaging.

Les nanoparticules (NPs) hybrides peuvent combiner les propriétés physiques uniques des éléments inorganiques pour des applications en imagerie et en thérapeutique avec la biocompatibilité des structures organiques. Cependant, leur utilisation en médecine est encore limitée par des risques potentiels de toxicité à long terme. Dans ce contexte, des NPs hybrides ultrafines pouvant être éliminées rapidement par la voie rénale apparaissent comme de bonnes candidates pour la nanomédicine. La NP à base de silice contenant des chélates du gadolinium appelée AGuIX (Activation et Guidage de l’Irradiation par rayon-X) a été développée avec un diamètre hydrodynamique de moins de 5 nm qui lui permet d’être éliminée rapidement via l’urine après injection intraveineuse. Cette NP s’est révélée être une sonde efficace en imagerie multimodale et un amplificateur local en radiothérapie pour le diagnostic et le traitement du cancer. Elle est en train d’être évaluée dans un essai clinique de phase I par radiothérapie des métastases cérébrales (NANO-RAD, NCT02820454). Néanmoins, la synthèse d’AGuIX est un procédé multi-étapes qui est difficilement modulable.Ce manuscrit rapporte, pour la première fois, le développement d’un protocole « one-pot » direct pour des nanoparticules de silice ultrafines (USNP) contenant des chélateurs complexés ou non à partir des précurseurs silanes chélatants moléculaires. Dans ce nouveau protocole, la taille des particules et les types des métaux chélatés peuvent être contrôlés facilement. Certaines des propriétés chimiques des USNP ont été clarifiées davantage pendant ce travail exploratoire. Les particules élaborées ont été caractérisées par différentes techniques analytiques complémentaires. Ces nouvelles nanoparticules USNPs présentent des caractéristiques similaires aux AGuIX en terms de propriétes biologiques et de biodistribution.Dans un second temps, un nouveau protocole de fonctionnalisation d’USNP par des précurseurs silanes chélatants a été développé. Ces chélatants libres fonctionnalisés sur la particule peuvent être alors utilisés afin de complexer des radiométaux pour l’imagerie bimodale. Enfin, d’autres stratégies de fonctionnalisation sont aussi décrites. La nouvelle sonde (17VTh031) combinant un petit chélateur cyclique (NODA) et un fluorophore proche-infrarouge tumeur ciblant (IR783) ainsi que le pyridinium quaternaire ont été greffés sur l’AGuIX pour créer une nouvelle sonde en imagerie multimodale et cibler des tumeurs chondrosarcomes respectivement / Hybrid nanoparticles (NPs) can combine unique physical properties for imaging and therapeutic applications of inorganic elements in bio-friendly organic structures. However, their uses in medicine are limited by the potential risks of long-term toxicities. In this context, ultrasmall renal clearable NPs appear as novel solutions. Silica based NP displaying gadolinium chelates named AGuIX (Activation and Guidance for Irradiation by X-ray) has been developed to have hydrodynamic diameter less than 5 nm which allows rapid elimination through urine after intravenous injection. This NP has been demonstrated as an efficient multimodal imaging probe and a local enhancer for radiotherapy for cancer diagnostics and treatment. It is now being evaluated in a phase I clinical trial by radiotherapy of cerebral metastases (NANO-RAD NCT02820454). Nevertheless, the synthesis of AGuIX implies a multisteps process that can be further improved.This manuscript shows, for the first time, the development of a straightforward one-pot protocol for ultrasmall silica nanoparticles (USNP) containing complexed or non-complexed chelators from molecular chelating silane precursors. In this new protocol, the size of particle and types of metals can be easily tuned. The chemical properties of USNP have been further clarified during this exploratory work. The produced particles have been characterized by different complimentary analytical techniques. These new nanoparticles USNPs show similar characteristics to AGuIX in terms of biological properties and biodistribution.Secondly, a new protocol of functionalization for USNP by chelating silane precursors has been developed. These functionalized free chelators on the particle can be used then to complex radiometals for bimodal imaging applications. Finally, other functionalization strategies have also been described. New probe (17VTh031) combining small cyclic chelator (NODA) and tumor targeting near-infrared fluorophore (IR783) as well as quaternary pyridinium have been grafted on AGuIX for creating new multimodal imaging probe and targeting chondrosarcoma tumors respectively

Les recherches en nanotechnologies ne cessent de s’intensifier depuis plusieurs dizaines d’années du fait de leur haut potentiel dans le développement d’un large champ d’applications allant de la médecine à l’énergie de demain. Les recherches ont conduit à l’émergence de nombreuses nanoparticules aux propriétés adaptables en modifiant la composition, la taille, la forme ou encore l’état de surface. Cette modularité a permis l’apparition de nanoparticules multifonctionnelles qui ont démontré des intérêts cliniques en imagerie médicale ou pour la thérapie de certains cancers. Plus récemment, les recherches s’intéressent à l’assemblage de nanoparticules en nanostructures afin de combiner leurs propriétés au sein d’un seul assemblage. Ce manuscrit de thèse présente un nouveau procédé d’assemblage de nanoparticules inorganiques sous la forme de nanocapsules, stabilisées par un polymère et appelées Hybridosomes®. Dans une première partie, nous présentons les caractéristiques de cette nouvelle classe de nanocapsules à travers l’étude du procédé d’auto-assemblage et d’un ensemble complet de techniques de caractérisation. Nous présentons également leur évaluation en tant qu’agent de contraste pour l’Imagerie par Résonnance Magnétique (IRM). De plus, nous proposons des perspectives de recherche utilisant les Hybridosomes® comme potentielle plateforme multifonctionnelle pour l’imagerie médicale et la thérapie. Dans une seconde partie, nous présentons l’application des Hybridosomes® dans l’auto-construction des premiers films nanostructurés par un procédé de chimie électro-click. A travers plusieurs méthodes d’analyses, nous montrons la modularité des films construits ainsi que la possibilité de relargage d’un fluorochrome initié par différents stimuli. Dans une troisième partie, nous élargissons le procédé d’auto-assemblage à une autre famille de nanoparticules: les clusters octaédriques de molybdène. Pour la première fois des nanocapsules et nanosphères ont été assemblées uniquement à partir des clusters de type A2[Mo6Li8La6]. Ces nouveaux nanomatériaux ont été caractérisés et évalués pour leurs propriétés catalytiques. / Nanotechnology research activities have been intensifying for several decades as a result of its high potential in the development of a wide range of applications ranging from medicine to future’s energy. Research has led to the emergence of many nanoparticles with tunable properties by modifiying the composition, size, shape or surface properties. This versatility has led to the emergence of multifunctional nanoparticles that have demonstrated clinical interest in medical imaging or cancer therapy. More recently, research has focused on the assembly of nanoparticles into nanostructures in order to combine their properties within the same particle. This PhD manuscript present a novel process of self-assembling of inorganic nanoparticles into nanocapsules, stabilized by a polymer and called Hybridosomes®. In a first part, we present the characteristics of this new class of nanocapsules through the study of the process of self-assembly and with a full set of characterization techniques. We also present their evaluation as contrast agent for Magnetic Resonnance Imaging (MRI). Moreover, we propose future research outlooks for Hybridosomes® as a potential multifunctional platform for medical imaging and therapy. In a second part, we present the application of Hybridosomes® in the self-construction of the first nanostructured films by an electro-click process. Through several analysis techniques we demonstrate the versatility of such constructed films and their cargo release properties triggered by different stimuli. In a third part, we enlarged the process of self-assembly to another type of nanoparticles: octahedral molybdenum clusters. For the first time, nanocapsules and nanospheres exclusively based on A2[Mo6Li8La6] clusters have been self-assembled. These new types of nanomaterials have been characterized and evaluated regarding their catalytic properties.

L’inventaire aérien est une approche pratique pour effectuer l’inventaire de la grande faune sur de grands territoires; particulièrement pour les zones peu accessibles. Toutefois, les limitations liées aux capacités de détection des observateurs, la coloration cryptique de certaines espèces fauniques et la complexité structurelle de certains habitats font en sorte que les inventaires ont généralement des biais qui sous-estiment la densité réelle de la population. Par ailleurs, peu d’études ont démontré la capacité d’effectuer la détection aérienne simultanée de plusieurs espèces. La détection multiespèce peut s’avérer utile pour les espèces qui se côtoient spatialement afin de connaître leur utilisation de l’espace, pour étudier la relation proie/prédateur et pour limiter les coûts à un seul inventaire. Cette pratique s’avère néanmoins trop exigeante pour les observateurs qui doivent déjà faire preuve de beaucoup de concentration pour détecter une seule espèce lors d’un inventaire aérien traditionnel. L’utilisation d’imagerie aérienne multispectrale acquise avec un aéronef sans pilote (ASP) représente une méthode potentielle pour la détection d’une ou plusieurs espèces fauniques. Ce projet de recherche consistait donc dans un premier temps à détecter, identifier et dénombrer à l’aide d’imagerie acquise avec un ASP et par traitements d’images les cerfs de Virginie (Odocoileus virginianus). Différentes combinaisons de bandes spectrales, méthodes d’analyses d’images et résolutions spatiales ont été testées pour déterminer la méthode la plus efficace pour la détection du cerf. Dans un deuxième temps, la meilleure méthode identifiée pour les cerfs a été utilisée et adaptée pour effectuer la détection simultanée des bisons d’Amérique (Bison bison), des daims européens (Dama dama), des loups gris (Canis lupus) et des wapitis (Cervus canadensis). L’inventaire de la faune a été réalisé au Centre d’observation de la faune et d’interprétation de l’agriculture de Falardeau à Saint-David-de-Falardeau, Québec, Canada. Les résultats démontrent que l’imagerie visible et infrarouge thermique avec une résolution spatiale de 0.8 cm/pixel combinée à une analyse d’images par objet constitue la combinaison la plus efficace parmi celles testées pour la détection des cerfs de Virginie. Tous les individus visibles à l’œil nu sur les mosaïques ont été détectés. Néanmoins, considérant l’obstruction visuelle causée par la canopée coniférienne, cette approche offre un taux de détectabilité moyen de 0.5, comparable aux inventaires aériens classiques. La complexité structurelle de l’habitat demeure ainsi un problème non résolu. Quant à l’analyse multiespèce, les bisons et les wapitis ont tous été détectés même en présence d’autres espèces comme l’autruche (Struthio camelus), le coyote (Canis latrans) et l’ours noir (Ursus americanus). Pour les daims et les loups, entre 0 à 1 individu par parcelle a été confondu avec les autres éléments du paysage tels que le sol. De plus, entre 0 à 2 individus par parcelle n’ont pas été détectés alors qu’ils étaient présents dans la ligne de vol. Non seulement cette approche a démontré sa capacité à détecter une ou plusieurs espèces, mais également son adaptabilité à cibler spécifiquement les espèces d’intérêts pour le gestionnaire et à ignorer celles qui ne sont pas ciblées. Ce projet a donc permis de valider le potentiel des ASP pour l’acquisition d’imagerie d’une qualité permettant l’extraction de données d’inventaires. Cela ouvre la voie à l’utilisation de ce type de plateforme d’acquisition pour des applications reliées à la gestion de la faune grâce à leur faible impact sonore et leur haut taux de revisite. Toutefois, la réglementation canadienne actuelle limite l’utilisation de ces appareils sur de faibles superficies. Il n’en demeure pas moins que la technologie peut être développée en attendant les futurs progrès du domaine des ASP et de la réglementation.

L’imagerie préclinique se pratique majoritairement sur des modèles animaux murins principalement des souris (61%), elle représente une étape indispensable en recherche préclinique car elle suit les deux premières recommandations de la règle des 3R (réduction, raffinement et remplacement). Pour donner une signification biologique aux mesures extraites des images acquises in vivo chez la souris, il est nécessaire d’évaluer les performances des instruments utilisés mais également des procédures expérimentales en jeu. La qualification des appareils nécessite l’usage de fantômes spécifiques, et l’évaluation des méthodes impose de tester les procédures sur des individus non pathologiques, avant le passage aux expérimentations proprement dites. L’objectif de ce travail a été de développer des outils et des méthodes permettant de qualifier les instruments d’imagerie et certaines procédures in vivo. La nécessité de quantification, à partir d’images réalisées chez le petit animal, nous amène à considérer les instruments d’imagerie préclinique comme des outils métrologiques ; ce qui amène à intégrer le principe d’incertitude de mesure dans l’expression des résultats. / Preclinical imaging is mostly performed on mouse animal models (61%). It is a necessary step in preclinical research, in compliance the first two recommendations of the 3Rs rules (reduction, refinement and replacement). In order to give a biological significance to measurements extracted from in vivo-acquired mouse images, it is necessary to evaluate instruments performances but also experimental procedures involved. The qualification of apparatuses requires the use of specific phantoms while the evaluation of methods requires procedures tests on non-pathological animals before experimentations. The scope of this work was to develop tools and methods to qualify imaging instruments and in vivo procedures. The need for quantification in small animal imaging, leads us to consider preclinical imaging instruments as metrological tools; which means integrating measurement uncertainty into.

Cette thèse a pour but de développer des techniques en imagerie par résonance magnétique(IRM) afin de détecter des altérations neurologiques à l’échelle microscopique dans des modèlesanimaux. Deux modèles chez la souris ont été étudiés en particulier: le modèle Glio6 de glioblastomehumain et le modèle MAP6, apparenté à la schizophrénie. Les méthodologies développées ont étécentrées autour de l’IRM du tenseur de diffusion (DTI) 3D rapide et à haute résolution spatiale pourdes applications ex vivo et in vivo chez le rongeur. Dans le modèle Glio6, la migration de cellulestumorales dans le corps calleux a été précocement détectée et quantifiée alors qu’aucun signe n’étaitvisible sur les IRM anatomiques classiques. La tractographie, imagerie des fibres de la matièreblanche, a permis d’identifier des déficits de certains tracts et de leurs connectivités dans le modèleMAP6. Des altérations inhomogènes ont été détectées, avec en particulier une réduction drastique dela voie cortico-spinale, résultats mettant en exergue le rôle primordial de la protéine MAP6 lors de laneuromorphogénèse. La méthode « Super Résolution » développée puis appliquée in vivo aux sourisMAP6, a permis d’obtenir en moins d’une heure une imagerie de tractographie comparable à celleobtenue ex vivo (en 59h), ce qui ouvre la voie à des suivis longitudinaux in vivo pour des études dudéveloppement du cerveau ou de l’évaluation de nouvelles thérapies. D’autre part, une méthode IRMcellulaire in vivo quantitative a été mise en place. Le principe repose sur la mesure combinée desrelaxivités cellulaires in vitro (pouvoir à réduire les temps de relaxation T2*, T2 et T1) pour convertir lestrois paramètres de la relaxation in vivo en concentrations cellulaires. En utilisant le modèle de gliomeU87 et des cellules U937 marquées magnétiquement, les résultats ont montré qu’une très large gammede concentrations cellulaires peut être quantifiée et que la biodistribution des cellules U937 autour dela tumeur est hétérogène, information essentielle pour étudier l’efficacité d’une thérapie cellulaire. / This thesis aims to develop magnetic resonance imaging (MRI) techniques to detectneurological damage at the microscopic level in animal models. Two mouse models were examined inparticular human glioblastoma model (Glio6) and a schizophrenia mouse model (MAP6 model). Themethodologies developed were centered around 3D fast diffusion tensor imaging (DTI) with highspatial resolution for ex vivo and in vivo applications in rodents. In Glio6 model, the migration oftumor cells in the corpus callosum was early detected and quantified while no signs were visible onconventional anatomical MRI. Tractography identified deficits of some tracts and their connectivity inthe MAP6 model. Inhomogeneous alterations were detected, especially with a drastic reduction of thecorticospinal pathway. Theses results highlight the crucial role of the MAP6 protein in the braindevelopment. The "Super Resolution" post-proccesing was developed and applied in vivo to MAP6mouse model. Tractography imaging comparable to that obtained ex vivo (in 59h) was obtained in lessthan one hour, paving the way for in vivo longitudinal studies as brain development studies orevaluation of new therapies. On the other hand, a in vivo cellular MRI method has been established.The principle is based on the combined measurement of cell relaxivities in vitro, to obtain in vivo cellconcentrations based on relaxation parameters. Using the U87 glioma model and U937 magneticallylabeled cells, the results showed that a wide range of cell concentrations can be quantified and thebiodistribution of U937 cells around the tumor is heterogeneous, information essential to study theeffectiveness of cell therapy.

Ce mémoire présente les travaux effectués sur le développement d'une source optique servant à des applications d'imagerie biomédicale en général et de diffusion Raman cohérente en particulier. En effet la diffusion de ces dernières est freinée par le verrou technologique que constitue la nécessité de deux impulsions synchronisées et décalées en longueur d’onde. La praticité et les possibilités de conversions de fréquences offertes par l’optique non-linéaire fibrée sont ainsi utilisées pour adresser ce verrou technologique. Tout d’abord, une source simplement réglable en longueur d’onde est générée par l’effet d’auto-décalage en fréquence optique d'un soliton par effet Raman. Une étude des principaux paramètres de fibre aboutit à des décalages de 320 à plus de 500 nm, permettant une imagerie des résonances d’intérêt (≈ 1000-4000 cm-1). Deux applications de ce décalage sont présentées. Ensuite, l’autre impulsion voit sa largeur spectrale réduite de 70 à 10 cm-1 par compression spectrale, qui consiste en un "regroupement non-linéaire de fréquences sans pertes", afin de bénéficier de la résolution spectrale nécessaire. Enfin, la source développée est validée par l’acquisition de spectres CARS de différents échantillons de référence, pour différentes résonances (850 à 1750 cm-1). Une extension de la source à d'autres types d'imagerie est proposée, ainsi qu'une architecture de source quasiment entièrement fibrée exploitant les principes développés au cours de cette thèse / This manuscript presents the work done concerning the development of a light source used for biomedical imaging and more particularly for coherent Raman scattering imaging. In fact an efficient broadcasting of these ones is hampered by the need of two synchronized and wavelength shifted pulses. As so, the handiness and frequency conversion capabilities of nonlinear fiber optics are used to circumvent this technological lock. First of all, an easy wavelength tunable source is set by the use of the self-shifting in optical frequency of a soliton. A study of the main fiber parameters lead to shifts of 320 to more than 500 nm which allows interesting molecular resonances imaging (≈ 1000-4000 cm-1). Two applications of this shift are also reported. Then, the second pulse sees its spectral width reduced from 70 to 10 cm-1 by spectral compression, which consists in a "loss-less frequency regrouping", in order to obtain a proper spectral resolution. Finally, the developed source is validated by acquiring CARS spectra of different reference solvents and for different resonances (850 to 1750 cm-1). An evolution of this source to allow other imaging techniques is proposed, as well as a quasi-all-fibered source exploiting the principles addressed during this thesis work