Les solutions colloïdales constituées de nanoparticules en solution sont une famille d'objets aux propriétés optiques uniques. Leur utilisation comme élement de base à la fabrication de composants optiques sublongueur d'onde pourrait permettre la naissance de nouvelles applications en particulier dans le domaine de l'optique intégrée et de la détection biologique. La manipulation de ces particules reste toutefois un défi en raison de leur taille et de leur dispersion aléatoire dans un milieu liquide. Dans ce contexte, nous avons réalisé des nouveaux composants optiques grâce au développement de techniques de fabrication basées sur la méthode d'assemblage capillaire assisté par convection. Deux types de structures ont été réalisés puis évalués en terme de comportement optique : les dimères métalliques d'Au et les microsphères diélectriques de polystyrène assemblées en chaînes ou en réseaux. Pour les dimères, une étude fondamentale a été effectuée sur les phénomènes plasmoniques régissant les propriétés optiques de ces objets. Leur potentiel en tant que détecteur ultrasensible SERS et nanoantenne à boîtes quantiques a ensuite été approfondi. Pour les microsphères, une étude sur la propagation et la diffusion des modes de galerie présents dans ces objets a tout d'abord été réalisée dans le but d'en faire des candidats pour la détection ultrasensible. Les propriétés de guidage de la lumière dans des assemblages en chaîne ont ensuite été traitées. Afin de compléter ce travail un dernier composant optique a été développé en complément des guides et capteurs colloïdaux déjà réalisés. Il s'agit d'une nouvelle génération d'émetteurs localisés conçus pour un usage large et versatile et qu'il est possible de définir comme microsource de lumière blanche. / Colloids -- e.g. nanoparticles in solution -- are objects that exhibit original optical properties. Their use as building block for fabrication of subwavelength optical components may allow novel applications in the field of integrated optics and biological detection. Anyway colloidal particles handling remains a challenge because of their small size and their random dispersion into a liquid medium. In this context, we created new colloidal optical components thanks to nanofabrication techniques based on the convective assisted capillary force assembly method. Two different kinds of structure were made and their optical behavior was studied: gold colloidal dimers and polystyrene dielectric microspheres assembled as chains or arrays. For the dimers, a fundamental study was performed on plasmonic phenomena that rule the optical properties of these objects. Next, their potential was evaluated in terms of ultrasensitive SERS sensor and also as optical nanoantenna of quantum dot emitters. For the microspheres, the propagation and scattering behaviors of whispering gallery modes that travel into the microspheres were first investigated. Their potential use as ultrasensitive sensors was also discussed. In addition, a second study was made on the guiding properties of linear microspheres chains. In order to complete this work, one last optical component was developped in addition to the fabricated colloidal waveguides and colloidal sensors. This component is a white light microsource that was designed for applications as a versatile localized emitter for integrated optics.

L'assemblage des protéines est une problématique fondamentale d'intérêt pour différents secteurs (alimentaire, médical, pharmaceutique, etc.). La compréhension des mécanismes à l'origine des interactions initiales et des assemblages protéiques offre la possibilité de contrôler et d'orienter le processus de formation ainsi que la nature et les propriétés fonctionnelles des structures supramoléculaires résultantes. L'objectif de la thèse était d'acquérir de nouvelles connaissances à différentes échelles d'étude sur les mécanismes d'assemblages protéiques et les structures supramoléculaires dans un mélange protéique binaire incluant deux protéines globulaires de charge globale opposée à pH neutre : le lysozyme (LYS) et l'alpha-lactalbumine (alpha-LA). L'utilisation de techniques de fluorescence a permis de caractériser l'interaction moléculaire et la formation d'hétérodimères entre ces deux protéines aussi bien avec les formes chargée (holo alpha-LA) et déplétée (apo alpha-LA) en calcium de l'alpha-LA. La formation de ces hétérodimères s'effectue par la mise en œuvre d'interactions électrostatiques. Les propriétés d'assemblage de ces hétérodimères sont différentes et intimement liées à la stabilité de l'alpha-LA. Les hétérodimères LYS – holo alpha-LA ne semblent pas former de structures supramoléculaires, alors que les hétérodimères LYS – apo alpha-LA s'assemblent en agrégats ou en structures sphériques selon la conformation de l'apo alpha-LA. Une conformation de type « molten globule » de l'apo alpha-LA favorise la formation de microsphères. Ces dernières sont constituées de LYS et d'apo alpha-LA en quantité équimolaire qui sont parfaitement co-localisés au sein de la microstructure. Ce travail souligne le rôle clé joué par la conformation et la flexibilité des protéines dans la formation et l'orientation des assemblages entre protéines alimentaires.

Ce mémoire de thèse porte sur le couplage d'une cavité microsphère accordable avec des atomes piégés magnétiquement par une « puce à atomes ».<br /><br />Pour réaliser une interaction atome-champ contrôlée, il est nécessaire de rendre la microsphère accordable. Par l'application d'une contrainte mécanique sur la sphère, nous avons pu accorder un mode de galerie sur 400 GHz. De plus, en miniaturisant le<br />dispositif de couplage, nous pouvons exciter un mode de la sphère dans une chambre ultra-vide, où les atomes froids sont manipulés.<br /><br />D'autre part, une puce multi-couches nous permet de réaliser un convoyeur magnétique, transportant les atomes entre une zone de chargement du piège et la cavité, soit sur une distance de 6 cm à une vitesse de 10 cm/s. En effectuant 2 allers-retours,<br />les atomes ont parcouru une distance totale de 24 cm. Ce transport d'atomes piégés nous permet de résoudre l'un des principaux problèmes du couplage d'atomes froids<br />avec les modes d'une microsphère.

Avec environ 700 000 décès en 2008, le carcinome hépatocellulaire se situe au 3ème rang de la mortalité par cancers dans le monde. La chimioembolisation est le traitement recommandé chez les patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire de stade intermédiaire B de la classification Barcelona Clinic Liver Cancer. Cette technique de radiologie interventionnelle consiste en l'injection intraartérielle d'un agent anticancéreux à l'aide d'un vecteur (lipiodol ou microsphères d'embolisation) complétée par une occlusion artérielle lorsque le lipiodol est utilisé. La médiane de survie des patients traités par chimioembolisation pour un carcinome hépatocellulaire n'excède pas 2 ans et il n'existe aucun consensus sur la procédure optimale.L'objectif de notre travail est d'essayer d'améliorer la procédure de chimioembolisation en optimisant d'une part l'agent anticancéreux et d'autre part, son vecteur.Il a été démontré au cours d'un travail de sélection in vitro, que l'idarubicine est l'agent anticancéreux le plus cytotoxique sur 3 lignées humaines de carcinome hépatocellulaire. Cette anthracycline présente une cytotoxicité supérieure à 10 autres agents anticancéreux dont ceux utilisés en pratique clinique pour la chimioembolisation des carcinomes hépatocellulaires.L'essai de chimioembolisation de phase II randomisé LIPIOAMIO a montré que l'addition d'amiodarone utilisé pour stabiliser une émulsion à base de lipiodol et d'anthracycline n'augmente pas signicativement la survie des patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire non résécable non métastatique. Nous avons par ailleurs montré que l'idarubicine était chargeable et donnait une solution stable plusieurs mois avec les microsphères d'embolisation DC Bead™. Un essai de phase I est en cours pour déterminer la dose limitante de l'idarubicine administrée dans une solution de microsphères DC Bead™ au cours d'une séance de chimioembolisation chez des patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire non résécable, non métastatique. Quelques résultats préliminaires de cet essai sont présentés dans le manuscrit.

Les solutions colloïdales constituées de nanoparticules en solution sont une famille d'objets aux propriétés optiques uniques. Leur utilisation comme élement de base à la fabrication de composants optiques sublongueur d'onde pourrait permettre la naissance de nouvelles applications en particulier dans le domaine de l'optique intégrée et de la détection biologique. La manipulation de ces particules reste toutefois un défi en raison de leur taille et de leur dispersion aléatoire dans un milieu liquide. Dans ce contexte, nous avons réalisé des nouveaux composants optiques grâce au développement de techniques de fabrication basées sur la méthode d'assemblage capillaire assisté par convection. Deux types de structures ont été réalisés puis évalués en terme de comportement optique : les dimères métalliques d'Au et les microsphères diélectriques de polystyrène assemblées en chaînes ou en réseaux. Pour les dimères, une étude fondamentale a été effectuée sur les phénomènes plasmoniques régissant les propriétés optiques de ces objets. Leur potentiel en tant que détecteur ultrasensible SERS et nanoantenne à boîtes quantiques a ensuite été approfondi. Pour les microsphères, une étude sur la propagation et la diffusion des modes de galerie présents dans ces objets a tout d'abord été réalisée dans le but d'en faire des candidats pour la détection ultrasensible. Les propriétés de guidage de la lumière dans des assemblages en chaîne ont ensuite été traitées. Afin de compléter ce travail un dernier composant optique a été développé en complément des guides et capteurs colloïdaux déjà réalisés. Il s'agit d'une nouvelle génération d'émetteurs localisés conçus pour un usage large et versatile et qu'il est possible de définir comme microsource de lumière blanche.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Avec environ 700 000 décès en 2008, le carcinome hépatocellulaire se situe au 3ème rang de la mortalité par cancers dans le monde. La chimioembolisation est le traitement recommandé chez les patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire de stade intermédiaire B de la classification Barcelona Clinic Liver Cancer. Cette technique de radiologie interventionnelle consiste en l’injection intraartérielle d’un agent anticancéreux à l’aide d’un vecteur (lipiodol ou microsphères d’embolisation) complétée par une occlusion artérielle lorsque le lipiodol est utilisé. La médiane de survie des patients traités par chimioembolisation pour un carcinome hépatocellulaire n’excède pas 2 ans et il n’existe aucun consensus sur la procédure optimale.L’objectif de notre travail est d’essayer d’améliorer la procédure de chimioembolisation en optimisant d’une part l’agent anticancéreux et d’autre part, son vecteur.Il a été démontré au cours d’un travail de sélection in vitro, que l’idarubicine est l’agent anticancéreux le plus cytotoxique sur 3 lignées humaines de carcinome hépatocellulaire. Cette anthracycline présente une cytotoxicité supérieure à 10 autres agents anticancéreux dont ceux utilisés en pratique clinique pour la chimioembolisation des carcinomes hépatocellulaires.L’essai de chimioembolisation de phase II randomisé LIPIOAMIO a montré que l’addition d’amiodarone utilisé pour stabiliser une émulsion à base de lipiodol et d’anthracycline n’augmente pas signicativement la survie des patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire non résécable non métastatique. Nous avons par ailleurs montré que l’idarubicine était chargeable et donnait une solution stable plusieurs mois avec les microsphères d’embolisation DC Bead™. Un essai de phase I est en cours pour déterminer la dose limitante de l’idarubicine administrée dans une solution de microsphères DC Bead™ au cours d’une séance de chimioembolisation chez des patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire non résécable, non métastatique. Quelques résultats préliminaires de cet essai sont présentés dans le manuscrit. / With 700,000 deaths in 2008, hepatocellular carcinoma is the 3rd most common cause of cancer-related death worldwide. Transarterial chemoembolization is the standard treatment for intermediate-stage hepatocellular carcinoma. This intraarterial treatment is performed by injecting an anticancer drug carried by ethiodized oil or by drug-eluting beads and followed by the occlusion of the artery when ethiodized oil is used. Median survival of patients remains < 2 years, and there is no consensus about the optimal treatment regimen. The aim of our work was to improve the efficacy of transarterial chemoembolization in optimizing the anticancer drug and its carrier.We have demonstrated that idarubicin was the most cytotoxic anticancer drug in an in vitro screening study of 11 anticancer drugs on 3 human hepatocellular carcinoma cell lines. Idarubicin was more cytotoxic in our experiment than the anticancer drugs which are currently used for transarterial chemoembolization of hepatocellular carcinoma.The randomized LIPIOAMIO phase II trial has shown that the addition of amiodarone to stabilize an emulsion composed of an anthracycline and of ethiodized oil injected for transarterial chemoembolization does not improve significantly survival of patients with a non resectable, non metastatic hepatocellular carcinoma. We have also demonstrated that idarubicin could be loaded in drug-eluting DC Bead™ and that the resulting solution was stable during several months.We designed the dose-escalation IDASPHERE phase I trial to determine the limiting dose of idarubicin administred in a solution of drug-eluting DC Bead™ during a transarterial chemoembolization session in patients with non resectable, non metastatic hepatocellular carcinoma. First results of the trial are presented in the manuscript.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 novembre 2023) / Grâce à la disponibilité de programmes de dépistage et de prévention, la plupart des cas de cancer du col de l'utérus sont diagnostiqués à un stade local lorsque la tumeur est confinée au col de l'utérus. Cependant, la livraison localisée de médicaments n'est pas fréquente dans la pratique clinique pour le traitement du cancer du col de l'utérus. L'avantage majeur de ce type de livraison de médicaments est qu'elle peut être effectuée à l'aide de formes posologiques spécifiques à chaque patient. Par exemple, les systèmes de livraison d'hydrogel peuvent contenir divers médicaments et être personnalisés par impression 3D en fonction des besoins des patients. Ainsi, l'objectif principal de ce projet était de développer une formulation d'hydrogel imprimable en 3D qui puisse être utilisée comme système localisé pour la livraison de nanoparticules d'or (AuNPs) au col de l'utérus avant la curiethérapie. Les AuNPs ont été choisies pour leur potentiel thérapeutique en tant que radiosensibilisateurs en curiethérapie, une modalité de traitement couramment utilisée pour le traitement du cancer du col de l'utérus. Dans ce projet de recherche, la technologie d'impression 3D a été utilisée pour créer des systèmes de livraison d'hydrogel personnalisés, permettant de contrôler la forme, la taille et la dose thérapeutique. Une formulation d'hydrogel a été optimisée en fonction de ses composants (Pluronic F127 et alginate) et leurs rapports respectifs ont été étudiés pour obtenir une imprimabilité 3D, une mucoadhésivité et une dégradation optimales dans les fluides biologiques. La formulation obtenue a été caractérisée in vitro et in vivo. Les données obtenues lors de ces études ont démontré que ces hydrogels sont biocompatibles et peuvent libérer efficacement des AuNPs. Le système de libération d'AuNPs développé a été adapté aux tumeurs cervicales en utilisant un modèle de xénogreffe murine. Des implants radioactifs produits par fabrication additive, contenant des sources d'iode-125 et recouverts d'hydrogels libérant des AuNPs, ont été implantés chez des souris sur les tumeurs. Cette étude a révélé des informations précieuses sur la profondeur de diffusion des AuNPs dans les tumeurs et la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans les tissus irradiés. En résumé, ce projet de recherche décrit le premier exemple d'un système de livraison d'hydrogel imprimé en 3D pour la curiethérapie du cancer du col de l'utérus et fournit une base pour le développement de telles formulations pour les besoins cliniques. L'adaptation du système de livraison à l'anatomie spécifique d'un patient est un outil puissant pour augmenter l'efficacité du traitement et la conformité des patients. En outre, l'étude a démontré les effets synergiques entre la curiethérapie et les AuNPs radiosensibilisants dans le traitement du cancer du col de l'utérus. / Thanks to the availability of screening and prevention programs, most cervical cancer cases are diagnosed at an early stage when the tumor is confined to the cervix. However, the localized delivery of therapeutics is not frequent in clinical practice for the treatment of cervical cancer. The major benefit of this type of drug delivery is that it can be performed using patient-specific dosage forms. For instance, hydrogel delivery systems can contain various therapeutics and be personalized by 3D printing according to patients' needs. Therefore, the main objective of this project was to develop a 3D printable hydrogel formulation that can be used as a localized system for delivering gold nanoparticles (AuNPs) to the cervix prior to brachytherapy. AuNPs were chosen for their therapeutic potential as radiosensitizers in brachytherapy (BT), a treatment modality that is commonly used for cervical cancer therapy. In this research project, 3D printing technology was utilized to create customized hydrogel delivery systems, enabling control over the shape, size, and therapeutic dose. A hydrogel formulation was optimized based on its components (Pluronic F127 and alginate), and their respective ratios were studied to achieve optimal 3D printability, mucoadhesiveness, and degradation in biological fluids. The obtained formulation was characterized in vitro and in vivo. The data acquired during these studies demonstrated that these hydrogels are biocompatible and can efficiently release AuNPs. The developed AuNP-releasing system was fitted to cervical tumors using a murine xenograft model. Radioactive implants produced by additive manufacturing, containing iodine-125 sources, and lined with AuNPs-releasing hydrogels, were implanted in mice on top of the tumors. This study revealed valuable information on the diffusion depth of AuNPs in tumors and the production of reactive oxygen species (ROS) in irradiated tissues. Overall, this research project describes the first example of a 3D-printed hydrogel delivery system for cervical cancer BT and provides a basis for developing such formulations for clinical needs. Adapting the delivery system to a patient's specific anatomy is a powerful tool for increasing treatment efficiency and patient compliance. Moreover, the study demonstrated the synergistic effects between BT and radiosensitizing AuNPs in cervical cancer treatment.

La thérapie cellulaire et les médicaments de thérapie innovante sont des solutions prometteuses pour la régénération des tissus ou organes présentant des défauts fonctionnels ou organiques. Avant le stade de l'insuffisance cardiaque terminale (stade IV NYHA) suite à un infarctus du myocarde, l'implantation d'un patch de fibrine cellularisé avec des progéniteurs myocardiques sur le site de nécrose de l'infarctus, est l'une des perspectives qui permettrait de régénérer un muscle cardiaque fonctionnel et apparait comme étant une alternative nouvelle avec notamment un essai clinique de phase I en cours (ESCORT : NCT02057900). Cependant, cette thérapie innovante présente de réelles contraintes, parmi lesquelles, un protocole nécessitant, i) une utilisation pour la production de cellules progénitrices myocardiques CD15+, de DMSO, de sérum foetal bovin, de trypsine porcine, de fibroblastes murins pouvant être la source d'une contamination chimique ou microbiologique, ii) une caractérisation importante des cellules produites, pour déterminer leur viabilité, leur pureté, leur état de différenciation, iii) d'implanter le patch de fibrine cellularisé dans un délai limité avant l'obtention des résultats de stérilité et d'endotoxines, iv) d'inciser le péricarde et de former une poche, geste chirurgical très invasif, afin d'implanter le patch cellularisé. Avec l'objectif de limiter ces contraintes et de renforcer la sécurisation pharmaceutique de ce médicament de thérapie innovante, les différents axes de ce travail ont porté sur i) l'ajout, juste avant l'implantation, d'une étape de cryoconservation des cellules dans un milieu sans sérum et sans DMSO, mais avec des agents cryoprotectants de qualité pharmaceutique. L'avantage apporté par la cryoconservation étant de rendre possible une production par lot, et la réalisation des contrôles sans contrainte de temps avant l'implantation, ii) la vectorisation des cellules par une encapsulation dans des microsphères formant une suspension injectable et permettant une implantation directement au travers du péricarde et immédiatement après la décongélation, iii) l'utilisation de polymères bioadhésifs afin de maintenir les microsphères au site d'implantation. Dans un premier temps, ce travail a permis d'identifier l'alginate de sodium de faible viscosité à 1,2% comme polymère pour réaliser l'encapsulation à l'aide d'une buse vibrante de 120 µm de diamètre. La nature et la concentration d'agents cryoprotectants ont également été définies. Les agents cryoprotectants ont été sélectionnés parmi les oses (glucose, saccharose, tréhalose), les polyols (glycérol, mannitol, sorbitol) et l'urée, à une concentration permettant d'atteindre une osmolarité totale de 500 mOsm/L pour abaisser le point de congélation de l'eau. Enfin le chitosane de faible viscosité à 0,5% a été utilisé comme polymère bioadhésif de surface pour maintenir les propriétés mécaniques et la forme des microsphères après la congélation. Dans un second temps, une évaluation biologique a permis de mesurer l'impact des étapes du procédé d'encapsulation et de cryoconservation, sur des cellules souches mésenchymateuses humaines utilisées comme modèle. Il a ainsi été possible d'optimiser le protocole ce qui a eu pour effet d'augmenter la viabilité, évaluée après encapsulation et congélation par une analyse en cytométrie de flux avec le 7AAD, de moins de 5% à environ 35%. / Cell therapy and advanced therapy medicinal products are promising solutions for the regeneration of tissues or organs with functional or organic defects. Before the terminal heart failure stage (stage IV NYHA) following a myocardial infarction, the implantation of a cellularized fibrin patch with myocardial progenitors at the location of the infarct necrosis, is one of the perspectives that would allow a functional heart muscle to regenerate and appears to be a new alternative, in particular, with an ongoing Phase I clinical trial (ESCORT : NCT02057900). However, this innovative therapy presents real constraints, among which, a protocol requiring, i) the use for the production of CD15+ myocardial progenitor cells of, DMSO, bovine fetal serum, porcine trypsin, and murine fibroblasts which may be the source of chemical or microbiological contamination, ii) an important characterization of the produced cells, to determine their viability, purity, and state of differentiation, iii) to implant the cellularized fibrin patch within a limited time frame before getting the results of sterility and endotoxins, iv) to incise the pericardium and to form a pouch, a very invasive surgical gesture, in order to implant the cellularized patch inside. With the objective of limiting these constraints and strengthening the pharmaceutical safety of this innovative therapy medication, different axes of this work have focused on i) the addition, just before the implantation, of a step of cryopreservation of the cells in a medium without serum and without DMSO, but with pharmaceutical-grade cryoprotectants. The advantages of cryopreservation is to allow production in batches, and controls to be carried out without time constraints before the implantation, ii) the vectorization of the cells by encapsulation in microspheres forming an injectable suspension and allowing direct implantation through the pericardium immediately after thawing, iii) the use of bioadhesive polymers to maintain the microspheres at the location of the implantation. This study initially enabled to identify a low-viscosity sodium alginate at 1.2% as a polymer being used for the encapsulation with the use of a vibrating nozzle which diameter is of 120 µm. The nature and the concentration of the cryoprotectants have also been defined. The cryoprotectants were selected from oses (glucose, sucrose, trehalose), polyols (glycerol, mannitol, sorbitol) and urea, at a concentration which achieves a total osmolarity of 500 mOsm/L in order to lower the freezing point of water. Finally, low viscosity chitosan at 0.5% was used as a bioadhesive polymer at the surface of the microspheres to maintain their shapes and mechanical properties after freezing. In a second step, a biological evaluation allowed to measure the impact of the encapsulation and the cryopreservation processes, on human mesenchymal stem cells used as a model. It was thus possible to optimize the protocol, which in return increased the viability ; evaluation made after encapsulation and freezing by a flow cytometry analysis with 7AAD ; from less than 5% to about 35%.

L'administration de protéines de façon locale et prolongée à partir de microsphères biodégradables de PLGA présente un réel intérêt thérapeutique (diminution du nombre d'injections, potentialisation de l'activité, diminution des effets secondaires), plus particulièrement, dans le domaine de l'ingénierie tissulaire pour l'apport de facteurs de croissance. Cependant, la faible stabilité des protéines dans ces systèmes limite leur développement. Dans ce travail, des stratégies ont été mises en place pour préserver l'intégrité de protéines à la fois lors des étapes d'encapsulation et de libération. Dans une étude préliminaire, des protéines modèles et thérapeutiques ont été précipitées afin d'éviter leur dénaturation pendant leur future encapsulation. Des particules submicroniques ont ainsi été formées par ajout d'un non solvant et d'un sel à une solution aqueuse de protéine. Après optimisation des rendements de précipitation, ces particules de protéines ont été microencapsulées par un procédé de simple émulsion (s/o/w). Aucune perte d'activité n'a été observée et ce, sans stabilisant. Ensuite, pour pallier au ralentissement de la libération après le premier jour d'incubation des microsphères, l'interaction protéine-polymère a été modélisée et des composés capables de limiter l'adsorption du lysozyme sur le PLGA ont été sélectionnés, notamment le poloxamer 188. La précipitation du lysozyme avec du poloxamer 188 avant encapsulation a ainsi conduit à une libération continue de protéine active pendant trois semaines sans effet burst à partir de microsphères de PLGA et pendant plus de six semaines avec un copolymère tribloc de PLGA-PEG-PLGA.