De par le monde, les virus, les bactéries pathogènes et les parasites ont causé plus de 21 millions de décès en 2010 [1, 2]. La détection dés agents pathogènes plus tôt dans le traitement antimicrobien permettrait de diminuer le nombre de victimes et réduirait le développement de résistance antibiotique [3]. Cependant, les techniques de biodétection nécessitent souvent quelques jours de délai dus à l'étape de culture microbienne. Pour éliminer cette étape, notre groupe de recherche développe une technique de biodétection optique très sensible basée sur les modes de galerie de microsphères fluorescentes. Bien que cette technique ait montré des résultats prometteurs, elle n'est toutefois pas prête à être intégrée en milieu clinique, puisque certaines étapes sont longues et expérimentalement non triviales. Dans nos travaux de recherche, les étapes de préparation des échantillons, de prise de mesures et de traitement de signal de la technique de biodétection WGMs en fluorescence ont. été réformées afin de simplifier et d'accélérer les manipulations. En premier lieu, les microsphères fluorescentes ont été étudiées afin de choisir un diamètre nominal et une plage spectrale offrant un maximum de WGMs selon la longueur d'onde d'excitation utilisée au laboratoire. Ensuite, l'intégration de la chambre d'écoulement d'un cytomètre en flux commercial et d'un système de déclenchement synchronisé au montage ont permis d'automatiser et d'accélérer considérablement l'étape de prise de mesures. De plus, l'optimisation de l'étape de traitement de signal a permis de générer des spectres théoriques très représentatifs des spectres de fluorescence de microsphères plus grandes que 6250 nm de rayon. Finalement, une nouvelle version de l'algorithme de mesure instantanée d'indice de réfraction apparent (IMARI 2.0) a été validée puis appliquée à la reconnaissance du rayon et de l'indice de réfraction apparent pour des microsphères de 6500 nm émettant de 580 nm à 650 nm.

Une des difficultés rencontrées lors de l'administration d'agents thérapeutiques au sein du parenchyme cérébral peut être résolue par l'utilisation de nouvelles formes galéniques implantables. Nous montrons dans ce travail la biocompatibilité dans le cerveau de rat des microsphères synthétisées par Biocompatibles facilement injectées par stéréotaxie et chargées en doxorubicine (1mg/ml) (CM-BC1) ou en irinotécan (100mg/ml) (CM-BC2). Nous avons ensuite rapporté l'efficacité des CM-BC2 sur le gliome 9L du rat avec une amélioration significative de la survie par rapport aux groupes non traité ou traité par microsphères blanches. La combinaison des traitements n'améliore pas significativement la survie par rapport à la radiothérapie seule. La récente expansion des nanotechnologies associée aux progrès des méthodes mini-invasives d'administration intracérébrale de médicaments offre l'opportunité d'améliorer ces résultats. Nous avons étudié, toujours sur lemodèle 9L, l'effet radiosensibilisant du paclitaxel, injecté en intratumoral par Convection-Enhanced Delivery (CED) et vectorisé par des nanocapsules lipidiques (LNC) développées par le laboratoire. Une tendance à l'augmentation se profile en faveur des LNC de paclitaxel qui permettent l'obtention de la meilleure médiane de survie (+10 jours par rapport au groupe irradié seul). Bien que les résultats soient non significatifs, l'association d'une chimiothérapie locale à la radiothérapie est intéressante. Il reste maintenant à optimiser les connaissances sur ce vecteur avec notamment possibilité d'adressage subcellulaire et amélioration de la cinétique de libération du principe actif.

Contexte : La transmission du paludisme à Plasmodium falciparum repose sur le développement intra-érythrocytaire de parasites sexués (les gamétocytes) et leur ingestion par un moustique vecteur. Par filtration au travers d’une matrice de microsphères (microsphiltration), nous avons montré que les gamétocytes matures -normalement présents dans la circulation des sujets transmetteurs- sont déformables. Leur capacité à se déformer pour traverser la rate est essentielle à leur présence en circulation. Objectifs : Ce projet vise à découvrir des composés rigidifiant les érythrocytes contenant des gamétocytes pour bloquer la transmission du paludisme. En quelques heures, les gamétocytes rigidifiés seront exclus de la circulation sanguine -donc du cycle de transmission- par la rate. Méthodes et résultats: La microsphiltration a été miniaturisée au format microplaque et couplée à la microscopie à haut débit pour quantifier le nombre de gamétocytes retenus par les filtres. En utilisant la calyculine comme contrôle, l’activité rigidifiante d’antipaludiques de référence a été évaluée par microsphiltration. Les gamétocytes rigidifiés par la calyculine ont également été piégés dans des puces microfluidiques spléno-mimétiques. Leur clairance mécanique splénique a été confirmée dans un modèle murin adapté à la circulation transitoire des globules rouges humains parasités ou non. Conclusions: Un criblage par microsphiltration permet de sélectionner des molécules induisant la rétention mécanique splénique des gamétocytes pour bloquer la transmission du paludisme. Un post-criblage in vitro-in vivo permet de valider l’activité rigidifiante des actifs découverts par microsphiltration. / Background: Human-to-human transmission of Plasmodium falciparum malaria requires the development, within red blood cells (RBC), of sexual parasites termed gametocytes and their ingestion by Anopheles mosquito vector during a blood meal. Using filtration of RBC through microsphere layers (microsphiltration), we had shown that mature gametocytes present in the circulation of infective individuals are deformable. This deformability is a prerequisite for gametocytes circulation as they have (as any other uninfected RBC) to repeatedly cross narrow interendothelial slits in the human spleen. Objectives : This project aims at discovering compounds stiffening RBC harboring mature gametocytes, inducing their mechanical retention into the spleen, thereby removing them from the human bloodstream and interrupting malaria transmission. Methods & Results: Microsphiltration has been miniaturized to the microplate format, then coupled to high content imaging to quantify gametocyte retention in microsphere filters. Using calyculin as positive control, the gametocyte-stiffening activity of a panel of reference antimalarials was evaluated with the microsphiltration assay. Calyculin-stiffened mature gametocytes were held into spleno-mimetic microfluidic chips and were cleared from the circulation of macrophage depleted mice as rapidly as heat-stiffened control RBC, validating the outcomes of the microsphiltration assay. Conclusions: We have developped a microsphiltration assay compatible with screening. The screening/post-screening cascade has the potential to yield potent pharmacological agents blocking malaria transmission based on gametocytes deformability.

L'utilisation du méthacrylate de 2-isocyanatoéthyle (IEM), dérivé commercial, a permis le développement de trois architectures polymères fonctionnalisées par un isocyanate bloqué. Un hydrogel fonctionnalisé par des groupements -NH-C(=O)-SO3- a été synthétisé à partir de l'IEM et du métabisulfite de potassium. Cet hydrogel présente un dégré de fonctionnalisation important, un bon comportement au stockage sous voie sèche ainsi qu'une très bonne capacité au gonflement dans l'eau. Le recours à un agent de blocage alternatif a permis la protection de l'IEM et l'obtention d'un monomère hydrosoluble qui a été polymérisé par voie radicalaire dans l'eau. La réactivité de ce polymère vis-à-vis d'amines aliphatiques dans l'eau a été démontrée. Enfin, le blocage de l'IEM par le phénol ou l'acétone oxime a permis l'obtention de microsphères à base de divinylbenzène, fonctionnalisées par un isocyanate bloqué.

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

Le travail de recherche mené au cours de cette thèse a été effectué dans le cadre d’une collaboration industrielle et a porté sur la technologie de prilling et le développement de microparticules lipidiques par cette technique originale. La première partie de ce travail a consisté à sélectionner des excipients lipidiques puis à étudier leurs comportements lors des deux grandes étapes du procédé : la formation de la goutte par rupture vibrante et la cristallisation par refroidissement brutal dans la tour de prilling. Ces études ont permis de mettre en évidence des paramètres clés pour la réussite du procédé et donc pour la qualité du produit fini : la viscosité et les propriétés thermiques et structurales des lipides. Ces paramètres devront donc faire l’objet d’une étude systématique avant d’envisager leur application à la technologie de prilling. La seconde partie de ce travail concerne la formulation de trois molécules actives par prilling : le Kétoprofène, la Dronédarone et la Fexofénadine. Ces trois exemples ont permis d’illustrer différents modes d’incorporation du principe actif dans le procédé et leurs problématiques associées : la fusion, la solubilisation ou la mise en suspension d’un principe actif dans les excipients fondus. / This work was conducted within the framework of an industrial collaboration and focused on the prilling technology and the development of lipid microparticles by this original technique.The first part of this work was to select lipid excipients and to study their behavior in the two main steps of the process: the droplet’s formation by vibrating nozzle and the droplet’s crystallization by quenching in the prilling tower. These studies highlight the critical key parameters involves in the success of the process and therefore the quality of the final product: viscosity and thermal and structural properties of lipids. These parameters should be therefore systematically studied before considering their application to technology prilling.The second part of this work concerns the formulation of three active molecules by prilling: Ketoprofen, Dronedarone and Fexofenadine. These three examples were used to illustrate different ways of incorporating the active ingredient in the process and their associated problems: the melting, the solubilisation and the suspension of active molecules in melted lipids.

La radiothérapie interne sélective (RTIS), en plein développement ces dernières années, constitue une alternative thérapeutique pour les cancers primaires et secondaires inopérables du foie. Le principe repose sur l’administration intra-artérielle de microsphères chargées d’yttrium-90 avec pour objectif la destruction des cellules tumorales par l’irradiation.L’activité d’yttrium-90 à administrer au patient est actuellement généralement prescrite à partir d’approches semi-empiriques ou peu personnalisées, faciles à mettre en place cliniquement. De nouveaux outils sont aujourd'hui disponibles semblables à ceux utilisés en radiothérapie externe. Leur utilisation encore peu répandue nécessite un retour d'expérience clinique pour mettre en avant leurs bénéfices et guider l'application clinique. Par ailleurs, le traitement RTIS est précédé d'une étape de simulation. Des différences inhérentes à cette procédure en deux temps (type de particules utilisées, modalité d’imagerie, modifications de flux vasculaires, etc.) existent et pourraient potentiellement conduire à des écarts dosimétriques entre la planification et le traitement. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet de cette thèse qui porte sur l'optimisation de la dosimétrie pour le traitement du carcinome hépatocellulaire par RTIS.Les doses délivrées au cours de 42 traitements par microsphères de résine réalisés entre 2012 et 2015 au CHU de Montpellier, ont été rétrospectivement calculées à l’échelle du voxel sur un logiciel de dosimétrie dédié (PLANET Dose, DOSIsoft, Cachan). Les doses délivrées ont été calculées pour le volume tumoral et le volume de foie sain définis anatomiquement, à partir de l’imagerie post-traitement TEP aux microsphères d’yttrium-90. Ce travail a mené à deux études complémentaires. La première analyse a consisté à confronter les données dosimétriques recueillies (doses moyennes, histogrammes dose-volume) à la réponse tumorale, la toxicité hépatique et la survie du patient. Les résultats obtenus, en accord avec ceux de la littérature, ont confirmé l’existence d’une relation dose-effet en RTIS. La deuxième étude a mis en évidence les limites du modèle BSA (body surface area pour surface corporelle) qui avait été utilisé pour planifier l’activité à administrer, à prédire la dose délivrée et par conséquent l’efficacité du traitement. L’absence de considérations dosimétriques et de prise en compte de l’hétérogénéité de distribution, de ce modèle ont notamment été discutées. Ces deux études ont ainsi souligné l'intérêt de planifier l'activité d'yttrium-90 à administrer en se basant sur des données dosimétriques individualisées.Une troisième étude a été conduite sur une population de 23 patients atteints de CHC, traités par microsphères de verre traités entre 2015 et 2018 au CHU de Montpellier. L’objectif a été de comparer les dosimétries prédictives et post-traitement calculées à l’échelle du voxel. Les résultats cliniques obtenus ont été appuyés par des expérimentations sur fantômes physiques (simple et anthropomorphique). Une bonne corrélation a été montrée, mettant en avant la valeur prédictive de la dosimétrie de planification. En revanche, un écart significatif a été observé et semble lié en partie à la quantification de l’imagerie TEP à l’yttrium-90. De plus, il a été montré que le geste radiologique peut influencer la distribution de particules et donc de dose, d’où la nécessité d’une reproductibilité aussi parfaite que possible entre les deux étapes. / Selective internal radiation therapy (SIRT) is a growing therapeutic alternative for unresectable primary and secondary liver cancer. The principle is based on the intra-arterial administration of yttrium-90 loaded microspheres for tumor cell destruction through irradiation.Yttrium-90 activity to be administered to the patient is, at the moment, usually prescribed using semi-empirical or barely personalized approaches that can be easily clinically implemented. New tools, similar to the ones used in external beam radiotherapy, are available today. These tools, which are not yet widely spread, require clinical feedback to show their benefits and guide the clinical application. Besides, a simulation stage is always performed before SIRT treatment itself. This two-step procedure implies differences (in terms of particles used, imaging modality, vascular flow modifications, etc.) that could potentially lead to dose deviations between planning and treatment. The thesis project comes within this scope, dealing with dosimetry optimization for hepatocellular carcinoma SIRT.Delivered doses during 42 treatment procedures performed between 2012 and 2015 at Montpellier University Hospital, were retrospectively calculated at the voxel level using a dosimetry dedicated software (PLANET Dose, DOSIsoft, Cachan). Two complementary studies were carried out from this work. The first one analyzed dose data (average dose, dose volume histograms) versus patient follow-up including tumor response, liver toxicity and patient survival. The results obtained are consistent with the other teams, confirming the dose-effect relationship in SIRT. The second study highlighted the limitations of the BSA (body surface area) model that was used for activity planning. In particular, the limitations of this model to predict delivered dose and consequently treatment efficiency were quantitatively demonstrated. The lack of dosimetry and heterogeneity distribution considerations were also discussed. These two studies emphasized the interest for yttrium-90 activity planning based on individualized dose data.A third study was conducted on a population of 23 patients treated between 2015 and 2018 at Montpellier University Hospital. The aim was to compare predictive and post-treatment dosimetry calculated at the voxel level. The clinical results were supported by phantom (simple and anthropomorphic) experimentations. A good correlation was observed highlighting the predictive value of dosimetry planning. However, a significant deviation was noticed and seems to be partly related to yttrium-90 TEP quantification. In addition, it was also noted that the radiological gesture can affect particle distribution and consequently dose distribution, this is why reproducibility as perfect as possible is required between the two stages.

Cette étude se concentre sur l'influence des conditions hydrodynamiques et de mélange sur les caractéristiques de microcapsules obtenues par inversion/précipitation. Ce processus est classiquement exécuté dans une cuve agitée alors qu'il a été montré que l'exécution de procédés de fabrication de produits chimiques peut être améliorée en utilisant des microtechnologies en raison du meilleur contrôle hydrodynamique et de l'intensification des échanges de chaleur et de matières. Donc, afin d'évaluer l'avantage potentiel de ces nouvelles technologies, des microcapsules de parfum enrobé dans du PMMA ont été fabriquées par inversion de phase/précipitation (système THF/Eau) dans une cuve semi-fermé agitée standard, dans un mélangeur structuré et dans un micromélangeur de type V (FZK). Les trois procédés sont évalués en terme de propriétés de capsules (la distribution de taille, l'épaisseur de membrane, l'efficacité d'encapsulation et la cinétique de libération). Il a été montré que le micromélangeur offre une vaste gamme de conditions de fonctionnement / This study focuses on the influence of the hydrodynamic and mixing conditions on the characteristics of microcapsules obtained by inversion/precipitation. This process is classically run in semi-batch stirred tank while it has been shown that the performance of chemical product manufacturing processes can be improved by using microtechnologies due to better hydrodynamic control and intensification of mass and heat exchanges. Therefore, in order to evaluate the potential benefit of these new technologies, microcapsules of perfume in PMMA have been manufactured by phase inversion/precipitation (system THF/Water) in a classical semi-batch stirred tank, in a structured mixer and in a V-Type micromixer (FZK). The three process is evaluated in term of capsules properties (size distribution, membrane thickness, encapsulation efficiency and release rate). It is shown that micromixer offers a wide range of operating conditions

Ce travail de thèse présente trois grands axes. Le premier axe traite de la synthèse de microsphères de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) encapsulant des absorbeurs d’UV organiques (UVA) et des piégeurs de radicaux (HALS) nécessaires à la protection UV des finitions. Le second axe étudie un système d’encapsulation stimuli-sensible pour la libération des stabilisateurs de lumière. Le dernier axe a pour but de comparer l’efficacité des deux systèmes par rapport à leur protection UV dans une application de finition claire acrylique extérieure pour le bois. Dans le premier axe, des microsphères de PMMA contenant des UVA et des HALS ont été synthétisées par la méthode de séparation de phase interne. Les microsphères ont été ajoutées à une résine claire destinée à des applications extérieures, puis appliquées sur du bois d’épinette blanche. Plusieurs formulations ont été réalisées avec des composés libres ou des composés encapsulés. Certaines contiennent des absorbeurs UV et HALS libres, ce qui est comparable aux formulations commerciales disponibles sur le marché présentement, d’autres possèdent plusieurs concentrations différentes en composés encapsulés. La performance des finitions a été évaluée après un vieillissement artificiel. La comparaison permet d’évaluer l’utilité de microsphères avec des stabiliseurs UV dans des finitions claires extérieures pour le bois. Une bonne résistance des finitions contre les UV se traduit par une bonne tenue esthétique de la finition et du bois, un faible changement de couleur du bois ainsi qu’une faible dégradation chimique. Les analyses telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la microscopie électronique à transmission (MET) et la colorimétrie ont permis d’obtenir les résultats. Dans le second axe, le système est amélioré de façon à le rendre sensible à l’intensité lumineuse. L’utilisation d’un polymère changeant de conformation suivant le rayonnement peut permettre d’optimiser la libération des stabiliseurs UV. Le poly(1-(4-(3-carboxy-4-hydroxyphényl-azo)benzènesulfonamido)-1 ,2-éthanediyl) ou (PAZO) est additionné sur des supports en CaCO3 contenant les stabiliseurs UV. L’encapsulation des composés se fait par coprécipitation de carbonate de sodium (Na2CO3) et de chlorure de calcium (CaCl2). L’assemblage couche par couche permet de déposer des polymères chargés sur le support. Le PAZO est déposé après une couche de chlorure de poly(diallyldiméthylammonium) (PDADMAC). Les particules obtenues sont ajoutées à une formulation de finition claire complète. Les échantillons ont été placés en chambre de vieillissement accéléré. L’encapsulation a été démonté par spectrométrie photoélectronique des rayons X (XPS), MET et par analyse thermogravimétrique (TGA). La transition du polymère PAZO a été observée par colorimétrie. Dans le dernier axe, les deux systèmes ont été comparés en utilisation dans des finitions claires. Les films secs ont été placés en chambre de vieillissement artificiel pour tester leur efficacité. Après 1000 h de vieillissement artificiel, les films sont analysés et comparés au film initial. La technique d’imagerie en spectroscopie Raman permet de visualiser la distribution des protecteurs UV libres. L’analyse mécanique dynamique (DMA) a permis de calculer les modules mécaniques ainsi que la température de transition vitreuse (Tg) des films étudiés. Le dernier axe permet de relier la distribution des protecteurs UV et l’efficacité de protection du film. / The work presented in this thesis is divided in three research axis. The first axis regards the poly(methyl methacrylate) (PMMA) microspheres synthesis containing UV absorbers (UVA) and hindered amine light stabilizers (HALS). UVA and HALS work synergistically to prevent UV degradation in coatings. The second axis studies the synthesis of stimuli-sensitive encapsulation system for the tailored release of the UV stabilizers. The last axis compares the system efficiency in the case of UV protection for clear coat for exterior wood. In the first axis, PMMA microspheres with UVA and HALS were synthesized by the internal phase separation method. Microspheres are added to an exterior clear coat binder then applied onto white spruce panels. Some formulations are realized. Some contains free UVA and HALS similar to commercial paint and others have different concentrations in encapsulated compounds. Paint performance is evaluated after accelerated weathering. The comparison of formulations allow the evaluation of the efficiency of encapsulation of UV stabilizers inside the wood clear coat. The performance of coating consists on a good aesthetic resistance, a small color change and low chemical degradation. Obtained results are based on analysis with FTIR, TEM and colorimetry. In the second axis, the release of UVA is improved by the UV sensitive polymer. This polymer is able to change its own molecular conformation under UV rays. The poly(1-(4-(3-carboxy-4-hydroxyphenyl-azo)benzenesulfonamido)-1,2 -ethanediyl) or (PAZO) is deposited onto CaCO3 templates containing UVA encapsulated. The encapsulation is done by coprecipitation of Na2CO3 and CaCl2.The layer by layer allow the deposition of charged polymers. PAZO is adsorbed after a layer of poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC). The obtained particles are added to a complete clear coat formulation. Samples are placed in an accelerated weathering chamber. The encapsulation is proved by analysis techniques of XPS, TEM and TGA. Polymer PAZO transition is observed by colorimetry. In the last axis of this work, the two encapsulation systems are compared using encapsulated UV stabilizers inside a formulation of wood clear coat. Dried films are placed in accelerated weathering chamber in order to test their efficiency. After 1000 h of artificial weathering, films are analyzed and compared to the initial state. The mapping Raman technique allows to visualize the free UV stabilizers distribution inside the dried film. DMA calculate mechanical modulus and Tg of studied films. This last axis allows to connect distribution of UV protectors and efficiency of coating protection.

Les techniques de biodétection optique qui utilisent les résonances d'une cavité à géométrie circulaire ou sphérique ont démontré une sensibilité exceptionnelle. Ces résonances à haut facteur de qualité sont connues sous le nom de modes de galerie. Toutefois, les configurations actuelles de ces biocapteurs sont difficiles à intégrer dans un dispositif simple et peu dispendieux. La stratégie de détection présentée emploie des microsphères fluorescentes comme cavité résonnante, ce qui simplifie grandement les exigences pour l'excitation de ces modes. Notre méthode d'analyse spectroscopique compare le spectre expérimental d'une microsphère fluorescente contenant des modes de galerie au spectre prédit par le modèle de Chew. Cette étape permet d'obtenir l'indice de réfraction de solutions aqueuses homogènes, contenant de l'isopropanol, l'éthanol et du methanol. Pour des concentrations inférieures à 0.3 M, les mesures sont en accord avec les techniques de réfractométrie standard à l'intérieur d'un écart-type. Dans une solution non homogène, la méthode de détection repose sur des déviations par rapport au modèle de Chew qui indiquent la présence d'analytes biologique sur la surface de la microsphère. Les concentrations limites atteintes sont de l'ordre de 10 //g/ml pour des protéines et de 6 x 106 bactéries/ml pour des bactéries de type E. coli. Finalement, la caractérisation du biocapteur avec une pince optique permet d'estimer la limite supérieure de sensibilité de la méthode aux environs de 5 E. coli par microsphère et de la mettre en contexte par rapport aux autres technologies de biodétection.