Entailing of phosphorus exchanges in most bio-chemicals as a key factor in disease, increases researcher’s interest to develop the technologies capable of detecting this metabolite. Phosphorus magnetic resonance spectroscopy is able to detect key metabolites in a non-invasive manner. Particularly, it offers the ability to measure the dynamic rate of phosphocreatine(PCr) degeneration through the exercise and recovery. This metric as a valid indication of mitochondrial oxidative metabolism in muscle, differentiate between normal and pathological state. To do magnetic resonance imaging and spectroscopy, clinical research tools provide a wide variety of anatomical and functional contrasts, however they are typically restricted to the tissues containing water or hydrogen atoms and they are still blind to the biochemicals of other atoms of interests. Through this project we intended to obtain the phosphorus spectrum in human body – specificadenerativelly in muscle – using 31P spectroscopy. To do so a double loop RF surface coil, tuned to phosphorus frequency, is designed and fabricated using bench work facilities and then validated through in vitro spectroscopy using 3 Tesla Siemens scanner. We acquired in vitro as well as in vivo phosphorus spectrum in a 100 mM potassium phosphate phantom and human calf muscle in rest-exercise-recovery phase in a 3T MR scanner. The spectrum demonstrates the main constituent in high-energy phosphate metabolism. We also observed the dynamic variation of PCr for five young healthy subjects who performed planter flexions using resistance band during exercise and recovery. The took steps in this project pave the way for future application of spectroscopic quantification of phosphate metabolism in patients affected by carotid artery disease as well as in age-matched control subjects. / L’importance des échanges de phosphore liés à l’apparition de troubles et de maladies neurodégénèratives a suscité l’intérêt des chercheurs en ce qui concerne le développement de technologies pouvant détecter ces composés métaboliques. Á l’aide de la spectroscopie en résonance magnétique du phosphore, il est possible de détecter ces métabolites d’une manière non-invasive. Cette technique permet plus particulièrement de mesurer le taux de degénération de la phosphocréatine (PCr) lors de périodes d’exercice et de récupération post-activité. Cette dernière métrique agit en tant qu’indicateur valide du métabolisme oxydatif mitochondrial dans le muscle et permet de différentier un muscle sain d’un muscle pathologique. Pour effectuer l’imagerie ou la spectroscopie par résonance magnétique, de nombreux outils cliniques peuvent être utilisés afin de générer des images comprenant une variété de contrastes anatomiques et fonctionnels. Par contre, ces contrastes ne peuvent être habituellement produits qu’à partir des molécules d’eau ou des atomes d’hydrogène renfermés dans les tissus biologiques et les outils permettant de générer les images correspondantes demeurent, pour la plupart, insensibles à la présence d’autres atomes d’intérêt. Au cours de ce projet, il a été question d’obtenir un spectre du phosphore à partir de l’activité musculaire chez l’humain in vivo en se servant de la technique de spectroscopie de type 31P. Pour ce faire, une antenne radiofréquence à deux canaux, devant être syntonisée à la fréquence de résonance du phosphore, a d’abord été conçue et fabriquée en laboratoire pour ensuite être validée lors d’expériences sur une plateforme IRM 3T de marque Siemens. Les spectres du phosphore furent acquis sur un fantôme, une solution de phosphate de potassium à une concentration de 100 mM, ainsi que sur le mollet d’un sujet humain au cours d’une période de repos, d’exercice et de récupération. Le spectre obtenu à la suite de cette dernière expérience démontre la présence accrue du phosphore lors de procédés métaboliques à haute teneur énergétique impliquant la dégradation de phosphates. Par la suite, il a été question d’observer la variation des niveaux de PCr durant des périodes d’exercice et de récupération chez 5 jeunes adultes effectuant une série iv de flexions plantaires ayant un élément résistif attaché à leurs pieds. La démarche entreprise au cours de ce projet permettra l’utilisation future des techniques quantitatives en spectroscopie pour l’évaluation du métabolisme des phosphates chez des patients souffrant de maladies coronariennes ainsi que chez des sujets contrôles sains provenant du même ensemble démographique.

Dans la première partie de cette thèse, les ultrasons focalisés (HIFU) guidés par Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) sont utilisés pour l’activation locale transgénique in vivo. Une souris transgénique avec un gène luciferase sous contrôle d’un promoteur thermosensible est utilisée comme modèle biologique. L’hyperthermie locale est induite par une sonde HIFU et contrôlée via un IRM. Dans la seconde partie de ce travail de thèse, les ultrasons sont utilisés pour améliorer le dépôt local de médicaments dans les cellules et les tissus. Le suivi du médicament est effectué à l’aide de différentes techniques d’imageries telles que l’IRM ou l’imagerie par fluorescence. / In the first part of the thesis magnetic resonance imaging (MRI) guided high intensity focused ultrasound (HIFU) is used for the local activation of a transgene in vivo. A transgenic mouse with a luciferase gene under control of a heat sensitive promoter is used as biological model. Local hyperthermia is induced by HIFU and monitored and controlled via MRI. In the second part of the thesis (focused) ultrasound is used for improving local drug delivery in cells and tissue. The fate of the drug is followed by different imaging techniques such as MRI and fluorescence imaging.

Pour répondre à des questions biologiques émergentes, l’IRM 3D in vivo est une approche de choix, mais elle souffre principalement d’une faible résolution temporelle en raison d’une faible sensibilité. Par ailleurs, l’IRM gagnerait à une meilleure sensibilité aux agents de contrastes exogènes. Il est proposé ici des développements en IRM du petit animal permettant de réduire considérablement la durée d’acquisition des images à trois dimensions chez la souris, ou la détection de très faibles quantités d’agents de contraste. Ces développements reposent sur la manipulation de l’espace-k (espace des données acquises). La première partie de ce travail a reposé sur la mise en place d’une méthode d’acquisition rapide de l’imagerie 3D permettant de conserver la qualité de l’image. Le «keyhole» 3D a été la technique choisie pour accéder à une résolution temporelle très élevée. Ainsi, le temps d’acquisition en imagerie ciné 3D cardiaque, chez la souris, a été réduit par un facteur 4 tout en conservant la qualité de l’image (SSB) et les informations extraites. Le «keyhole» 3D est aussi une méthode favorable à la mesure de prise de contraste. La biodistribution d’agent de contraste, peut être suivie en imagerie 3D à contrastes T1 et T2* dans le corps entier de la souris en quasi temps réel. La manipulation de l’espace-k permet aussi d’améliorer la qualité de l’image en réalisant une imagerie très sensible au contraste T2*. Pour cela, la correction de mouvements intrinsèques, comme ceux issus de la respiration au niveau de l’abdomen, générant un effet de perte de résolution spatiale, est indispensable. L’utilisation d’un écho navigateur permettant de détecter et de supprimer tous les signaux indésirables apporte une amélioration nette de la qualité d’image. Le seuil de détection de l’agent de contraste testé est d’ailleurs inférieur à 100 picomole de fer par kilogramme dans l’abdomen de souris. L’utilisation des propriétés de l’espace-k montre à quel point la qualité de l’image peut être améliorée et adaptée à l’information souhaitée. C’est un moyen peu couteux et efficace pour rendre l’imagerie par résonance magnétique encore plus performante en terme de résolution spatiale et de résolution temporelle. / In vivo 3D MRI is a powerful method which can be used to answer emerging biological issues. However, low temporal resolution due to intrinsic low sensitivity is one of its main drawbacks. Similarly, breakthroughs are needed to detect by MRI low-concentrated contrast agents used for molecular imaging. In this work, several methodology developments in small animals are proposed to greatly reduce acquisition times of 3D MRI and to increase contrast sensitivity to T2* agents. Both achievements were performed through the manipulation of the k-space, i.e the acquired data space in a retrospective approach. To achieve very high temporal resolution a 3D keyhole technique was chosen. This allowed the acquisition time in cardiac 3D-cine imaging in mice to be reduced by a factor 4. Image quality (signal-to-noise ratio) and the extracted functional data were preserved. Interestingly, 3D keyhole imaging also allowed the evaluation of T1 and T2* contrast enhancement and biodistribution in real time in the whole mouse body. In the last part of the work, the goal was to generate highly T2*-sensitive 3D images in mouse abdomen to detect diluted iron-oxide-based contrast agents. The use of a navigator echo enabled efficient motion correction and detection threshold of less than 100 picomol iron per kilogram. The results are discussed in a general frame of future applications and development of fast and highly-resolved 3D imaging.

Dans le but de mieux comprendre le rôle et le fonctionnement des régions cérébrales impliquées dans le traitement et la modulation de la perception douloureuse, la première partie de cette thèse s’intéresse à l’évaluation en IRMf des modifications de la réponse cérébrale à la douleur grâce à deux modulations de la perception douloureuse. La première s’intéresse à l’effet d’un contexte émotionnel négatif sur la perception douloureuse afin de dissocier des aires cérébrales répondant à la douleur, les réponses liées à la composante émotionnelle. La deuxième s’intéresse à l’effet d’une manipulation de l’appréciation de la durée d’une stimulation douloureuse sur la perception de la douleur. L’utilisation d’une illusion permet, pour une intensité de stimulation thermique donnée, de modifier la perception douloureuse et d’évaluer les zones cérébrales impliquées dans ce type de modulation. Nous avons modulé la douleur perçue et pu observer que l’émotion met en jeu la partie prégénuale du cortex cingulaire antérieur, tandis que l’illusion d’une durée raccourcie met en jeu un réseau occipito-pariétal attentionnel. La seconde partie de cette thèse s’intéresse à la caractérisation du décours temporel de la réponse hémodynamique dans deux régions importantes pour le traitement de l’information douloureuse qui sont l’insula et le cortex cingulaire. La douleur est caractérisée par une latence de la réponse plus courte, par rapport à une stimulation non-douloureuse, dans l’insula antérieure et le cortex cingulaire moyen, tandis qu’il est possible de différencier une stimulation douloureuse d’une stimulation non-douloureuse grâce à l’amplitude de la réponse dans l’insula postérieure. / Pain is a complex and multidimensional experience that can be modulated by many factors. In order to better understand the respective role and function of the brain regions involved in the processing and the modulation of pain perception, the first part of this thesis focuses on the evaluation with functional magnetic resonance imaging (fMRI) of changes in the brain response to pain through two modulations of pain perception. The first study examines the effect of a negative emotional context on pain perception in order to dissociate the brain areas responding to pain from that related to the emotional context. The second study focuses on the effect of the manipulation of perceived duration of a painful stimulation on the perception of pain. The use of this illusion allows us to change the perceived intensity of pain and to assess the brain areas involved in this type of modulation at given intensity of thermal stimulation. We succeeded to increase or decrease perceived pain intensity and we observed that emotion involves pregenual part of the anterior cingulate cortex, while the illusion of a shortened duration involves an occipito-parietal attentional network. The second part of this thesis focuses on characterizing the time course of the hemodynamic response recorded with fMRI in two important areas processing pain that are the insula and the cingulate cortex. Painful sensation is characterized by a shortened latency of hemodynamic response compared to a non-painful sensation in the anterior insula and the midcingulate cortex, while it is possible to differentiate painful and non-painful sensation by the amplitude of the hemodynamic response in the posterior insula.

Cette étude présente la mise au point de mesures de porosité et de vitesse d’écoulement faites par IRM dans des colonnes de billes de verre et de polymère de différentes granulométries saturées en eau. L’avantage des billes en polymère est qu’elles ne contiennent pas d’éléments ferro ou paramagnétiques, contrairement aux billes de verre qui perturbent le champ magnétique créant des artéfacts sur les images IRM. La séquence d’IRM utilisée pour l’étude des écoulements en milieu poreux a été préalablement paramétrée à l’aide d’une étude sur un écoulement de Poiseuille. Deux situations ont été examinées : d’une part, l’observation des écoulements interstitiels entre les billes permet de minimiser les effets de volume partiel et de faciliter la correction du phénomène de repliement de phase. D’autre part, la mesure de vitesses moyennes (Darcy) nécessite d’utiliser simultanément les images de vitesse et les images de porosité. Dans ce cas, il est préférable d’ajuster la puissance des gradients d’encodage de vitesse de façon à éviter tout phénomène de repliement de phase. La géométrie du dispositif utilisé a permis une comparaison rigoureuse des mesures de débit de façon intrinsèque uniquement par IRM (débit en milieu poreux et dans l’espace annulaire) et aussi à partir de la mesure directe du débit (pesée). / This study presents the development of measurement of porosity and velocity of flow made by MRI in packed beds with glass and polymer beads of various size saturated in water. The advantage of polymer beads is that they do not contain elements ferro or paramagnetics, contrary to the glass beads which disrupt the magnetic field creating artifacts on the MRI images. The calibration of the MRI velocity measurements was achieved from Poiseuille flow in a tube at different flow rates. Two situations were examined: first, the observation of interstitial flows between the beads minimizes partial volume effects and facilitates the correction of the phenomenon of phase aliasing. On the other hand, the measurement of average interstitial velocity (Darcy) requires using simultaneous velocity image and porosity image. In this case, it is preferable to adjust the strength of magnetic field gradient in the velocimetry sequence in a way to avoid any phase aliasing. The geometry of the flow cell was chosen to enable comparison by the MRI method between volume flow rates of water in the porous media and in the outer annulus.

Ce travail de recherche vise à mettre au point la première gamme de sondes magnétogéniques à base de Fer(II) répondant à un analyte biochimique. L’objectif est de créer les premières sondes résolument silencieuses en IRM qui ne génèrent un signal qu’après leur rencontre avec l’analyte, une caractéristique hautement désirable dans le domaine de l’IRM moléculaire. Au cours d’un travail doctoral précédent, une paire de complexes ferreux modèles, hydrosolubles et chargés positivement, a été identifiée et a permis de valider l’idée de ce concept OFF-ON in vitro. Dans un premier temps nous avons démontré qu’un tel concept pouvait être également validé in vivo chez la souris. Ceci a nécessité le développement de stratégies de synthèse organique inédites et notamment la mise au point de synthons tétrazolyleméthyle protégés. Une telle méthodologie a notamment démontré son efficacité dans la synthèse du premier analogue totalement azoté de l’EDTA. Par la suite nous avons démontré qu’il était possible sous certaines conditions, non physiologiques, de réaliser les exigences du concept de magnétogénèse. En particulier nous avons démontré que des unités amidines peuvent être modifiées, en ayant recours à des concepts de type prodrogue, et utilisées pour éteindre et allumer le spin électronique du Fer(II) après rencontre avec l’analyte. Enfin nous avons également démontré au cours de ce travail, avec une seconde stratégie, que le concept de magnétogénèse était possible dans des conditions physiologiques et constantes et avons construit un modèle biologique afin d’évaluer une molécule candidate prometteuse in cellulo. / This PhD project aims to develop the first line of Iron(II) based magnetogenic probes that respond to bio-chemical analytes. It sets out to address one of the main limitations of responsive probes by rendering the initial probe completely MRI silent. During the previous investigations of the Bio-organic chemistry group, a duo of Iron(II) low spin-high spin parent complexes has been identified as the basis for a magnetogenic design. In the current work we have validated this OFF-ON approach, in vivo, by ensuring the electroneutrality of the final contrast agent. Such a feature required the development of protected synthons for the convergent introduction of tetrazolylmethyl chelating motifs. And such a synthetic methodology was also applied for the synthesis of the first full nitrogen analog of EDTA. In a second part of this work, a first magnetogenic concept was explored exploiting amidine moieties to silence or awaken the electronic spin of ferrous complexes. We demonstrated that this magnetogenic concept was valid, after a short chemical stimulation, though at the expense of harsh acidic conditions to trigger the paramagnetism of the final complex. Finally we successfully explored a second magnetogenic concept operating in physiological conditions and responding to bio-chemical stimulations.We then evaluated the most promising candidate in cellulo by developing a biological model expressing the nitroreductase enzyme.

Dans ce travail, nous exposons une méthode basée sur la détection localisée en couplage capacitif de la composante électrique du signal RMN via des micro/nano sondes spécifiquement développées. Dans la première étape de ce travail nous avons utilisé des NEMS à base de nanotube de carbone pour réaliser une détection du signal RMN à l'échelle nanométrique. En effet, grâce à un couplage électromécanique, nous avons caractérisé ces systèmes en émission de champ, déterminé expérimentalement leur fréquence de résonance et montré qu'ils sont capables de détecter un signal radiofréquence. Pour utiliser ces dispositifs en RMN, l'adaptation du champ statique B0 de l'aimant pour atteindre la valeur de la fréquence de Larmor d'un atome est nécessaire. L'excitation locale autour de ces systèmes permettra une caractérisation complète et fiable. Pour mettre en place cette excitation localisée, nous avons choisi, dans la deuxième étape de cette thèse, une sonde locale de champ électromagnétique à l'échelle micrométrique. D'abord, nous présentons des simulations autour de la microsonde, décrivant la propagation des champs électrique et magnétique injectée par la microsonde. Nous avons caractérisé la microsonde en mode collection. Nous montrons une décroissance de l'intensité du signal RMN, en fonction de la distance. Nous avons observé et modélisé démontrant ainsi que La microsonde est capable de détecter localement un signal RMN tandis que la bobine capte de façon globale. Nous présentons les premières expériences de l'utilisation de la microsonde en mode émission. Ces mesures nous fournissent un modèle qui décrit une excitation inhomogène, dûe à l'émission locale de la puissance (décroissance exponentielle de la puissance), proche de la microsonde. Une distribution des angles de basculement est répartie d'une façon inhomogène induisant une distribution des intensités du signal RMN autour de la microsonde. À la fin de cette thèse, nous avons réalisé deux expériences comme applications directes suite des études sur la caractérisation de la microsonde. La première consiste à imager un volume d'eau placé dans un bain d'huile de silicone. L'image est obtenue en déplaçant mécaniquement la microsonde et en réalisant pour chaque point une mesure de spectroscopie localisée. Dans la deuxième expérience, la microsonde est utilisée pour injecter dans ce volume d'eau des impulsions électromagnétiques et détecte à la suite le signal RMN. Notre étude sur la caractérisation de l'émission locale par une microsonde et la détection du signal radiofréquence par un NEMS à base de NTC, nous permet de proposer un nouveau type de dispositifs capable de détecter un signal RMN. / In this work, we explain our method based on the detection localized capacitive coupling of the electric component of the NMR signal via micro/nano probes specifically developeds. In the first stage of this work we use NEMS based on carbon nanotube to achieve a detection of the NMR signal at the nanoscale. Because of an electromechanical coupling, we characterize these systems in field emission, and we determine experimentally their resonance frequency and shown that they are able to detect a radio signal. To use these devices in NMR, it is necessary to adapt the value of the static field B0 of the magnet to reach the value of the Larmor frequency. We found that a local excitement around these systems gives them a reliable characterization, to avoid disrupting the parasite measurements. To implement this localized excitation, we choose a micro-probe (coaxial cable). First, we presente simulations, describing the propagation of electric and magnetic fields transmitted by the microprobe. After we characterize in collection mode the microprobe. This study shows us a decrease of the NMR signal as a function as distance. This proves that the microprobe is able to detect an NMR signal in near field, while the coil picks up globally. We characterize the microprobe in the transmit mode . These measurements provide us with a model that describes an inhomogeneous excitation of nuclei, due to the emission of power in vicinity of the microprobe. An inhomogeneous distribution of tilt angles induces an inhomogeneous distribution of the NMR signal around the microprobe. At the end of this thesis, we conducte two applications such as direct studies on the characterization of the microprobe. The first consist to image a small volume of water placed in silicone oil sample. The image obtained by mechanically moving of the microprobe and making a localized spectroscopy. In the second experiment, the microprobe injected into this volume and detects after the NMR signal. Finally, the characterization in transmit mode of the microprobe allows us to better understand the phenomenon of the trasmission of electromagnetic waves to excite the spins of the nuclei in vicinity of the NEMS based on CNT. The latter being used as NMR probe at the nanoscale, to detect a NMR signal.

Histoire et suivi d'une cohorte multicentrique de 100 nouveau-nés à terme ayant eu un infarctus cérébral artériel (cohorte AVCnn). L’homogénéité de la population, le nombre d’inclus, la somme des données collectées et leur comparaison à des groupes témoins puis désormais la durée du suivi font de la cohorte AVCnn un outil de travail unique dans la littérature. Les premiers résultats ont permis de définir un profil obstétrico-néonatal clinique et biologique à risque (objectif principal de l'étude). Inversement d'autres facteurs de risque suspectés (comme les dysgravidies ou les mutations des facteurs II et V de la coagulation) n'ont pu être confirmés, probablement du fait de la sélectivité des critères d'inclusion; les études antérieures ayant en effet inclus des enfants avec divers types d'AVC périnatals. La cause de l'accident n'a été établie (objectif secondaire) que pour une minorité d'enfants. Il semble exister plusieurs mécanismes pathologiques, dont le poids de naissance et le sexe seraient des biomarqueurs. Des facteurs pronostiques (objectif secondaire) de l'évolution motrice, accessibles dès les premiers jours de vie à l'lRM, ont également été déterminés alors que les symptômes n'apparaîtront que plusieurs mois après. Ceci permet d'envisager qu'une prise en charge précoce et ciblée sur ces nouveau-nés serait d'autant plus efficace que l'enfant n'a pas encore de symptômes. L'évaluation de la qualité de vie et de l'autonomie à l'âge de 3,5 ans est terminée. L'évaluation développementale (profil moteur, neuropsychologique, langagier, comportemental, épileptique et réussite scolaire) et de la réorganisation fonctionnelle cérébrale par IRM à 7 ans viennent de débuter / The AVCnn study is a French multicentre cohort of 100 term newborns with symptomatic arterial ischemic stroke. The homogeneity of the population, the number of patients included, the amount of collected data and their comparison with control groups and duration of follow-up allow to make the cohort AVCnn unique in the literature. Initial data confirm that many obstetrical and perinatal factors are risk determinants (principal objective of the study). Conversely, other suspected risk factors (such as dysgravidia or mutations of coagulation factors II and V) were not confirmed, probably due to the selectivity of the inclusion criteria: previous studies have in fact included children with various types of perinatal stroke. The cause of the accident has been formally established (secondary objective) in only two cases. Nevertheless, birth weight and gender may be biomarkers of two populations of neonates with different pathological mechanisms. Prediction of motor outcomes (secondary objective) can be obtained from early imaging data (<28 days of live), while the symptoms will only appear several months later. This is of paramount importance to families and clinicians, because early intervention may help alleviate the resulting disabilities. The evaluation of quality of life and Functional Independence Measure at age 3.5 years is now complete. The developmental assessment (neuropsychological, language, and behavioural profiles, epilepsy and academic achievement) and the functional reorganization of brain MRI at 7 years have just begun

L’objectif de cette thèse est d’appliquer des méthodes de contrôle quantique pour manipuler la dynamique rotationnelle de molécules et améliorer l’efficacité de processus en résonance magnétique nucléaire.Ces techniques ont été utilisées théoriquement et expérimentalement pour contrôler l’orientation d’une molécule toupie symétrique à l’aide de champ THz. Cette étude a été généralisée à une grande distance d’interaction entre le champ et l’échantillon. Dans ce cas, la molécule ne peut plus être considérée comme isolée. Nous avons également montré jusqu'à quel point l’évolution temporelle du degré d’orientation pouvait être mise en forme. Des méthodes de contrôle optimal ont permis de déterminer le champ THz pour atteindre cet état à la fois à températures nulle et non-nulle. Un autre chapitre présente un nouvel algorithme d’optimisation pour les dynamiques périodiques. Cet algorithme est appliqué à la maximisation du SNR en RMN. Un dernier chapitre est dédié à un article de vulgarisation sur l’effet de la raquette de tennis. Cet effet géométrique peut être observé dans tout corps rigide suffisamment asymétrique. / The goal of this thesis is to apply quantum control techniques to manipulate molecular rotation and to enhance the efficiency of processes in Nuclear Magnetic Resonance.These techniques have been used theoretically and experimentally to control the orientation of a symmetric top molecule by means of THz laser fields. This study has been extended to the case of a long interaction distance between the field and the sample. In this case, the molecule cannot be approximated as isolated. We have also shown the extend to which the time evolution of the degree of orientation can be shaped. Optimal control techniques were used to design the THz field which allows to reach the corresponding dynamics, both at zero and non zero temperatures. Another chapter proposes a new optimization algorithm in the case of periodic quantum dynamics. We apply this algorithm to the maximization of the SNR in NMR. A last chapter is dedicated to a popular paper about the tennis racket effect. This geometric effect can be observed in any asymetric rigid body.

Ce projet de thèse s'inscrit dans une dynamique de développement des polyrotaxanes de cyclodextrines pour des applications biomédicales. L'objectif est d'obtenir, par une approche modulaire et convergente, des polyrotaxanes fonctionnalisés pour l'imagerie par microscopie optique dans le proche infrarouge et l'IRM. Une bibliothèque de cyclodextrines fonctionnalisées a été générée par CuAAC entre des fluorophores (BODIPY, Cyanine) ou un agent de contraste (monoamide-DOTA-Gd) et des ?-cyclodextrines mono- ou bis-azotures. Leurs propriétés d'auto-assemblage ont été étudiées sur un axe court et ont permis le développement de [3]rotaxanes fonctionnalisés pour l'IRM dont les expérimentations in vivo ont démontré l'apport bénéfique de la structure supramoléculaire pour les propriétés d'agent de contraste. L'extension de l'architecture aux polyrotaxanes multimodaux a été réalisée par l'utilisation d'un axe polyammonium. Une nouvelle classe d'axes anioniques a été développée avec l'étude cinétique et thermodynamique de l'enfilage sélectif d'une ou deux cyclodextrines sur des monomères diphosphates et montre l'intérêt des pseudo-bouchons phosphates pour le contrôle de la barrière d'activation par le pH. L'extension à une structure pseudopolyrotaxane est obtenue par la synthèse d'un poly(hexylène phosphate) et permet de valider l'utilisation du polymère pour la synthèse de composés fonctionnalisés. En perspective de ces développements, des voies de post-fonctionnalisation des polyrotaxanes, une nouvelle voie de synthèse par polymérisation de pseudo-rotaxanes et l'obtention d'une cyclodextrine pour le relargage contrôlé par stimuli acido-basiques sont abordées. / This PhD project is focused on the development of cyclodextrin-based polyrotaxanes for biomedical applications. The objective is to use a modular building-block approach to synthesize functionalized polyrotaxanes for NIR fluorescence and magnetic resonance imaging. A library of functionalized cyclodextrins was obtained by a versatile ‘click’ reaction between fluorescent probes (BODIPY, Cyanine) or contrast agent (GdDOTA-monoamide) and mono- or bis-azido α-cyclodextrins. Their self-assembly properties were first studied on short axles and allowed the development of functionalized [3]rotaxanes for MRI. In vitro and in vivo studies demonstrated the advantages of the supramolecular approach for the design of contrast agent with an enhancement of the relaxivities and better retention times in kidneys. The strategy was extended to obtain multimodal polyrotaxane architectures based on a poly(alkyl)ammonium thread. A new family of anionic threads based on alkylphosphate moieties was also developed. Thorough kinetic and thermodynamic studies revealed the ability of phosphates to act as pH-responsive stoppers enabling a selective threading of one or two cyclodextrins on small alkanediphosphate threads. Pseudopolyrotaxanes of α-CD were then obtained with poly(hexylene phosphate) and pave the way for the synthesis of functionalized ones. Finally, significant investigations in the post-functionalization of polyrotaxanes, polymerization of pseudo-rotaxanes as new synthetic pathway and pH-switchable rotaxane for controlled release were realized.