Considérée comme l’avenir de la pratique médicale, la nanomédecine est l’application des nanotechnologies aux soins de santé. Plus qu’un nouveau domaine d’application technologique, la nanomédecine est porteuse d’un nouveau paradigme biomédical qui promeut une conception technoscientifique de la santé. Ce nouveau paradigme regroupe sous le préfixe nano l’ensemble des grandes tendances actuelles de la recherche en santé : la médecine prédictive, la médecine personnalisée et la médecine régénératrice. Centré sur le développement d’innovations visant au contrôle technique des éléments et des processus biologiques fondamentaux, ce nouveau paradigme se développe largement grâce au soutien des gouvernements et aux promesses économiques qu’il soulève. Il se construit à la croisée du scientifique, du politique et de l’économique. Interroger la nanomédecine revient alors à examiner plus largement la forme et les conditions du sens des innovations biomédicales et à soulever de la sorte les implications de la « technoscientifisation » des soins de santé.L’objectif de cette thèse est ainsi de rendre compte de la spécificité et des enjeux sociaux, culturels et politico-économiques caractéristiques du modèle biomédical technoscientifique porté par la nanomédecine à partir de sa conceptualisation sous la forme d’un idéaltype : la nanosanté. Si la nanomédecine renvoie de manière générale aux applications techniques de la nanotechnologie au domaine biomédical, la nanosanté renvoie aux diverses dimensions sociologiques constitutives de ces technologies et à leurs effets sur la santé et la société. Notre modèle de la nanosanté s’organise autour de trois dimensions : la transversalité, l’amélioration et la globalisation. Compte tenu de sa nature synthétique, ce modèle tridimensionnel permet d’aborder de front plusieurs questionnements cruciaux soulevés par le développement de la nanomédecine. Il permet d’éclairer le rapport contemporain à la santé et ses implications sur l’identité ; de mettre en lumière la centralité des technosciences dans la conception du progrès médical et social ; de mieux saisir les nouvelles formes globales de pouvoir sur la vie et les nouvelles formes d’inégalité et d’exploitation caractéristiques d’une société qui accorde une valeur grandissante à l’adaptabilité technique de l’humain et à l’économisation de la santé et du corps ; mais aussi de mieux comprendre le sens et les répercussions de l’engagement scientifique, politique et économique dans les innovations moléculaires et cellulaires. / Nanomedicine – the application of nanotechnology to medicine – is seen as the medicine of the future. Thus, nanomedicine is not just a new biomedical field. It carries a new biomedical paradigm promoting a technoscientific conception of healthcare. This new paradigm grows from and brings together the three current tendencies of healthcare research: predictive medicine, personalized medicine and regenerative medicine. Its focus is on the technical control of the molecular mechanisms underlying the biological development of the body. The growing of this new biomedical paradigm is largely the result of government supports and economic potentials. It is both a scientific and a politico-economic construction. In that sense, analysing nanomedicine means analysing the form and the conditions of the current biomedical progress. In other words, nanomedicine helps us to grasp and understand the issues and implications of the ‘‘technoscientifization’’ of healthcare. This thesis aims to highlight the socio-cultural nature of the technoscientific model of healthcare promoted by the nanomedicine. To do so, I propose the construction of an ideal-type of this technoscientific model, which I call nanohealth. If nanomedicine refers to the different technological applications of nanotechnology to medicine, nanohealth refers to the different sociological dimensions and impacts of these applications on health and society. The nanohealth ideal-type is constructed around three dimensions: transversality, enhancement and globalization. The synthetic nature of this tridimensional ideal-type helps us to tackle the crucial issues surrounding the development of the nanomedicine. It helps us to understand the meaning and impacts of the scientific, political and economic engagement in nanomedicine; to highlight the centrality of technoscience in the cultural conception of medical and social progress; to grasp the new forms of power upon life and identity, and the new forms of inequality and exploitation, which are characteristics of a society focusing on the technical adaptability of human being and the economization of health and body.

Pour pallier le problème d’efficacité de la plupart des médicaments disponibles sur le marché aujourd’hui, lié à des manques de spécificité et de solubilité, notamment dans le cadre du traitement du cancer, la nanomédecine, via les nanoparticules présente une alternative de grande importance. Dans ce domaine, les nanoparticules de silice ont récemment attiré une énorme attention de la part des scientifiques. Cependant, des problèmes d’élimination liés à la solidité du matériau entravent aujourd’hui sa traduction clinique. Afin d’élucider cette problématique, nous présentons, dans cette thèse, l’utilisation de nanoparticules de silice hybrides dont l’une est mésoporeuse et l’autre sous forme de nanocapsule dépourvue de porosité. Les particules qui sont sphériques ont été préparées en incorporant un groupement imine dans leur charpente afin de les rendre sensibles au pH bas, sachant que les tissus cancéreux présentent une certaine acidité par comparaison aux tissus sains. Les matériaux préparés se montrent particulièrement sensibles aux milieux acides similaires aux conditions dans les milieux cancéreux. Dans le même temps, ces particules exposent une bonne stabilité en milieu à pH neutre similaire aux conditions physiologiques. Des études in vitro réalisées avec la particule mésoporeuse sur une lignée de cellule cancéreuse issue du sein humain démontrent une bonne et rapide internalisation. De plus, lorsque le matériau est chargé avec un médicament hydrophobe très puissant utilisé dans le traitement du cancer du sein, le système en résultant indique une efficacité de grande ampleur en tuant une forte majorité des cellules cancéreuses, contrairement au système basé sur la particule non cassable et au médicament isolé. Parallèlement, les nanocapsules chargées avec un autre agent anticancéreux se montrent particulièrement cytotoxiques vis-à-vis de cellules cancéreuses très communes et qui l’internalisent de manière très rapide. / To overcome the limitations of most of the drugs avaible nowadays on the market due to their lack of solubility and specifity in cancer treatment for instance, nanomedicine plays an emerging role as an alternative. In that field, nanoparticles are endowed with several advantages, leading them to be highly considered for drug delivery systems preparation. In this respect, silica nanoparticles have recently a great deal of attention from the scientists. Nevertheless, some issues related to the in vivo elimination of silica materials represent the main obstacle impeding their clinical translation. To elucidate this problematic, we report, in this thesis, the use of breakable hybrid organosilica nanoparticles where one is mesoporous and the other one consists in a nanocapsule without porosity. Such materials have been prepared by incorporating an imine-based linker in the particles framework in order to make them pH-responsive. The advantage of the pH sensitivity relies on the fact that cancerous media present certain acidity as compared to those healthy. The particles exhibit a high pH sensitivity where, at low pH, they fully break down, while a good stability is observed in physiological conditions. Furthermore, in vitro studies performed with a drug delivery system based on the mesoporous particle and a highly hydrophobic drug show a remarkable efficiency towards a cancer cell line from human breast, which moreover, rapidly internalises the material. The nanocapsule loaded with a hydrophilic drug also demonstrates a fast internalisation towards a commonly used cancer line which does not resist to the system and thus dies by a very high rate.

Les nano-objets ou nanoparticules sont des systèmes de taille nanométrique. Dans le domaine de l’oncologie, ils sont capables de transporter des agents anticancéreux et/ou des macromolécules comme des gènes ou des protéines, de sorte qu’ils s’accumulent préférentiellement dans le tissu tumoral. Ainsi, les nanoparticules ont pour but de diminuer la quantité de principe actif libre dans l’organisme, responsable de toxicités. Elles permettent en clinique d’améliorer la balance bénéfice/risque des agents de chimiothérapies conventionnels. Ce sont de véritables plateformes qui permettent de s’affranchir de certains excipients toxiques contenus dans la formulation du paclitaxel (Cremophor El). Ainsi, au cours de ce travail nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux nanoparticules d’or (Au-NP) produites par ablation laser femtoseconde. Nous avons ainsi caractérisé ces Au-NP sur le plan physico-chimique et biologique, et mis en évidence leur internalisation et leur innocuité. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l’efficacité pharmacologique de conjugués dendron-paclitaxel sur des cultures cellulaires 2D et 3D et mis en avant la libération prolongée intracellulaire du paclitaxel et son effet retard. Compte-tenu des propriétés observées, ces nanoparticules sont de bons candidats pour un futur développement. En effet, la liaison de ces deux nanostructures entre elles permettra l’obtention d’un nano-objet aux propriétés de théranostiques. / Nano-objects or nanoparticles can be readily fabricated with their size being controlled typically in the range of 1–100 nm. In the field of oncology, they can be used for drug delivery, as their composition/structure may be engineered to load anticancer drugs, macromolecules or proteins. Indeed, the delivery of anticancer drugs through a nanoparticle-based platform offers many attractive features. Nanoparticle-based drugs are synthetized to significantly improve the benefit/risk ratio of conventional chemotherapeutics. They allow overcoming some toxic excipients in the formulation of paclitaxel (Cremophor El). In this work, we first studied the physico-chemical and biological properties of Au-NPs synthetized by femtosecond laser ablation and we investigated their safety and cellular uptake. Second, we evaluated the anticancer activity of dendron-paclitaxel conjugates in 2D and 3D cell cultures and showed a delayed effect of this new formulation. Based on these results, the studied nanoparticles are good candidates for future development. By combining the two nano-objects, we will obtain nanoparticles with theranostic properties.

Hsp90 (heat shock protein 90) est une protéine chaperonne ubiquitaire et conservée impliquée dans le repliement et la réparation de protéines dites « clientes ». Parmi ces protéines, de nombreuses sont impliquées dans des phénomènes oncogéniques, faisant de hsp90 une cible d’intérêt dans le traitement du cancer. Hsp90 est constituée de trois domaines, un domaine N-terminal site de l’hydrolyse de l’ATP, nécessaire à sa fonction ; un domaine intermédiaire où vient se fixer la protéine cliente et un domaine C-terminal impliqué dans la dimérisation, étape indispensable pour le repliement de la protéine cliente. De nombreux inhibiteurs ont été synthétisés en ciblant ces différents domaines. Les inhibiteurs N-terminaux sont efficaces, à l’instar de la Geldanamycine en termes d’activité anti-tumorale mais des effets secondaires ainsi que des résistances au traitement ont limité leur utilisation en pratique clinique. En effet, l’inhibition N-terminale induit une réponse au stress caractérisée par une augmentation de hsp90 et de ses co-chaperonnes, souvent associée à une résistance au traitement et un pronostic défavorable. La novobiocine, un antibiotique coumarinique, est capable d’inhiber le domaine C-terminal de hsp90, sans induire de réponse au stress. Ainsi de nombreux dérivés de cette molécule ont été synthétisés, parmi lesquels on trouve le 6BrCaQ. Cette molécule induit l’apoptose et le blocage dans le cycle cellulaire sur plusieurs lignées cellulaires (dont MCF-7 et MDA-MB-231) et provoque la dégradation de plusieurs protéines clientes impliquées dans le développement tumoral mais sa faible solubilité limite son administration in vivo.Dans cette thèse, une forme liposomale du 6BrCaQ a été développée et étudiée sur des lignées cellulaires de cancer de prostate, de sein et de leucémie aigüe myéloïde in vitro et in vivo sur un modèle orthotopique de cancer du sein (MDA-MB-231 luc-GFP). Le 6BrCaQ liposomal est capable d’ induire de l’apoptose, de bloquer le cycle cellulaire sur différentes lignées cellulaires (PC-3, MDA-MB-231 et MOLM-13) mais également de ralentir la migration cellulaire sur PC-3 (test de comblement de blessure). De plus, le 6BrCaQ liposomal entre en synergie avec la doxorubicine (cellules PC-3) et la daunorubicine (cellules MOLM-13). Au niveau moléculaire, les liposomes de 6BrCaQ modifient l’expression protéique de Hsp90 sans modifier celle d’Hsp70 sur PC-3 alors que les gènes codant pour les Hsp70 semblent être légèrement induits dans MDA-MB-231. Les résultats in vivo ont montré un ralentissement de la croissance tumorale sur un modèle de cancer du sein orthotopique (MDA-MB-231-luc2-GFP) dès 13 jours de traitement pour une dose de 1 mg/kg injectée une fois par semaine. Des analyses histologiques ont révélé une augmentation de la proportion des zones nécrotiques dans le groupe traité par rapport au contrôle et une diminution significative de la prolifération cellulaire (marquage au KI67) intra-tumorale.Par ailleurs, Hsp90 possède également des isoformes et des analogues localisés dans des organites intracellulaires, parmi lesquelles, TRAP-1, localisée au niveau de la mitochondrie, impliquée dans la rgulation du métabolisme mitochondrial et qui pourrait jouer un rôle dans la progression tumorale et les métastases. Le déqualinium (DQ) est capable de cibler la mitochondrie. Dans une seconde partie du travail, des liposomes encapsulant le DQ ont été formulés dans le but de vectoriser le 6BrCaQ vers la mitochondrie. Toutefois, face à la difficulté d’encapsuler le DQ dans des liposomes, une étude de physico-chimie sur l’interaction DQ/liposomes a été mise en place pour comprendre comment le DQ agit sur les bicouches phospholipidiques. Cette étude a révélé que, malgré une capacité de ciblage mitochondrial des liposomes, le DQ était difficile à encapsuler dans les milieux salins et n’était pas inerte sur les bicouches lipidiques ce qui limite son utilisation pour la formulation de liposomes ciblant la mitochondrie. / Hsp90 (Heat shock protein 90) is an ubiquitous and well-conserved chaperone protein involved in the folding and the repair of « client » proteins. Among these proteins, several are involved in oncogenic phenomena making hsp90 an interesting target for cancer therapy. Hsp90 consists of three domains ; a N-terminal domain as the ATP hydrolysis site ; a middle domain where the client proteins binds and a C-terminal domain involved in the dimerization, a necessary step to refold the client protein. Several inhibitors were synthesized to target these different domains. N-terminal inhibitors such as Geldanamycin ; were shown to be very efficient but side effects and resistance to the treatment limited their clinical use. Indeed, N-terminal inhibition induces a stress response characterized by an increase of hsp90 and its co-chaperones which is often associated with resistance to the treatment and poor prognosis. Novobiocin, a coumarin antibiotic, is capable of inhibiting the C-terminal domain of hsp90, without inducing a stress response. Several derivatives of this molecule have been synthesized, including 6BrCaQ. The latter was effective in terms of apoptosis induction and cell cycle blockade on several cell lines (MCF-7, MDA-MB-231) and induced pro-tumoral client protein degradation but its low solubility limits its in vivo administration. In this thesis, a liposomal formulation of 6BrCaQ has been developed and studied on in prostate cancer cell lines and acute myelogenous leukemia in vitro and in vivo in an orthotopic model of breast cancer (MDA-MB-231 luc-GFP). Liposomal 6BrCaQ showed ability to induce apoptosis, to block the cell cycle on several cell lines (PC-3 and MDA-MB-231) and slow down migration of PC-3 cells (wound healing assay). Liposomal 6BrCaQ is able to synergize with doxorubicine or daunorubicine in PC-3 cells and in MOLM-13 cells, respectively. Moreover, protein and RNA expression profiles show that in PC-3 cells liposomal 6BrCaQ downregulates Hsp90 protein and in MDA-MB-231 cells slightly upregulates Hsp70 gene expression. Results obtained during in vivo experiments on the breast orthotopic model revealed a slow downslowdown of tumor growth after 13 days for a dose of 1 mg/kg injected weekly. Histological analysis revealed necrosis in treated groups and aassociated with a decreased cell proliferation (ki67 staining).Hsp90 also has isoforms and analogues localized in intracellular organelles, including, TRAP-1, localized in the mitochondrion and probably implicated in malignant progression through its role in the regulation of the mitochondrial metabolism. Dequalinium (DQ) demonstrated ability to target the mitochondrion. In a second part of the work, liposomes encapsulating DQ have been formulated in order to target 6BrCaQ to mitochondria. However, faced with the difficulty of encapsulating the DQ in liposomes, a physical chemistry study on the interaction DQ / liposomes was established to understand how DQ acts on phospholipid bilayers. Though a mitochondrial targeting capacity, this study revealed DQ was difficult to encapsulate in liposomes in saline medium and not completely inert on lipid bilayers limiting its use to target liposomes to mitochondria.

L’adénosine est une molécule dotée d’un fort potentiel thérapeutique, mais présentant néanmoins un temps de demi-vie plasmatique extrêmement court qui limite de manière sérieuse son efficacité. Comme présenté dans l’introduction bibliographique de cette thèse, cette difficulté peut être surmontée grâce à l’utilisation de systèmes de délivrance de médicaments à base de lipides. L’adénosine peut en effet être soit encapsulée dans des liposomes, soit simplement couplée à un lipide. Parmi les « lipidizations » de l’adénosine, la « squalénisation », notamment, a favorablement modifié la biodistribution de cette substance active. Cette technique consiste à coupler l’adénosine à une molécule lipophile dérivée du squalène, générant ainsi des bioconjugués ayant la capacité de s’auto-assembler spontanément en milieu aqueux sous forme de nanoparticules d’une centaine de nanomètres de diamètre. L’injection de ces nanoparticules d’adénosine-squalène (AdSQ) par voie intraveineuse a donné des résultats très prometteurs pour le traitement de l’ischémie cérébrale et du traumatisme de la moëlle épinière. Ainsi, l’objectif de cette thèse a consisté à faire progresser le développement pré-clinique de ces nanomédicaments suivant deux axes principaux: l’étude du mécanisme d’action et l’amélioration de la formulation.De ce fait, le premier chapitre de cette thèse présente les résultats obtenus lors de l’étude in vitro du mécanisme d’action des nanoparticules d’AdSQ. Les travaux ont montré que ces nanoparticules d’AdSQ n’interagissaient pas directement avec les récepteurs à l’adénosine, mais formaient un réservoir intracellulaire d’adénosine. En effet, après internalisation, le bioconjugué d’AdSQ est clivé pour libérer l’adénosine. Celle-ci finit par être effluée par les cellules vers le milieu extracellulaire, où elle peut ainsi activer les récepteurs spécifiques situés au niveau des membranes des cellules avoisinantes. Après étude du mécanisme, l’amélioration de la formulation de ces nanoparticules a été explorée et décrite dans le deuxième chapitre. Les efforts ont été principalement concentrés sur la lyophilisation de la suspension nanoparticulaire, afin de proposer une formulation stable dans le temps et facile d’utilisation dans le cadre médical. Les conditions utilisées ont abouti au bon maintien des propriétés physico-chimiques des nanoparticules et l’obtention de solutions injectables sans risque chez l’animal. Dans son ensemble, ce travail de thèse a permis d’élargir les perspectives d’application des nanoparticules d’AdSQ grâce à une meilleure compréhension de leur mécanisme d’action ainsi que la mise au point d’une formulation plus adaptée aux besoins cliniques. / Adenosine has a high therapeutic potential but its extremely short half-life in blood seriously impairs its efficacy. As presented in the literature review, this difficulty can be overcome by using lipid-based drug delivery systems. Indeed, adenosine can be encapsulated into liposomes or conjugated to a lipid. In particular, among adenosine « lipidizations », the so-called « squalenoylation » has been shown to enhance adenosine biodistribution. This technique consists in coupling adenosine to a lipophilic squalene derivative, thus generating bioconjugates which are able to spontaneously self-assemble as nanoparticles of 100 nm of diameter in aqueous solution. Intravenous injection of these squalene-adenosine (SQAd) nanoparticles led to highly promising results for the treatment of cerebral ischemia and spinal cord injury. Thus, the aim of this thesis was to push forward the pre-clinical development of these nanomedicines following two main directions: unveiling their mechanism of action and enhancing their formulation.Thereby, the first chapter of this thesis presents the results from in vitro study on SQAd nanoparticles mechanism of action. This work has shown that SQAd nanoparticles did not interact directly with adenosine receptors, but formed an intracellular reservoir of adenosine. Indeed, after internalisation, SQAd bioconjugates acted as prodrugs by releasing free adenosine. This molecule was then efflued out of the cells into the extracellular medium, where it could activate specific membrane receptors on neighbouring cells. After studying the mechanism of action, we explored how to optimize the formulation. Results are described in the second chapter. We focus our efforts on freeze-drying the nanoparticles suspension, in order to offer a stable and easy-to-use formulation. Pre-formulation studies were conducted in order to define the optimal conditions for the preservation of nanoparticles physico-chemical properties and for an easy reconstitution of these nanoparticles suspension which can thus be safely injected intravenously. Overall, this work has widen the field of applications for SQAd nanoparticles thanks to a better understanding of their mechanism of action and the development of a formulation which is more suited to clinical needs.

Le développement de thérapies ciblées est un enjeu majeur en santé et l’essor des nanovecteurs permet de répondre à ces besoins cliniques. Le premier axe de cette thèse est consacré à l’étude du potentiel thérapeutique de nanoparticules multifonctionnelles pour l’imagerie médicale, la thérapie photothermique et la délivrance de drogue pour le traitement du cancer. Le deuxième axe de recherche s’oriente vers le ciblage thérapeutique actif. L’entreprise NanoMedSyn a pour objectif de développer un ciblage actif du récepteur du mannose 6-phosphate, permettant un meilleur adressage des médicaments et des traitements plus efficaces. Ce type de ciblage peut avoir des retombées multiples pour la thérapie anticancéreuse mais également pour la thérapie des maladies lysosomales qui sont des maladies génétiques rares. NanoMedSyn développe des dérivés synthétiques de glycovecteurs innovants, appelés AMFA, qu’elle exploite en exclusivité. Les AMFA ont une bonne affinité pour le récepteur du mannose 6-phosphate et ont été greffés sur des nanoparticules multifonctionnelles dans le but d’améliorer l’adressage et la thérapie photodynamique biphotonique d’un cancer pédiatrique : le rhabdomyosarcome ; et sur des enzymes lysosomales pour le traitement de maladies lysosomales telle que la maladie de Pompe. / The development of targeted therapies is a major health issue and the rise of nanovectors makes it possible to meet these clinical needs. The first approach of this thesis is dedicated to the study of the therapeutic potential of multifunctional nanoparticles for medical imaging, photothermal therapy and drug delivery in cancer treatment. The second line of research focuses on active therapeutic targeting. The NanoMedSyn company aims to develop an active targeting of the mannose 6-phosphate receptor, allowing a better addressing of drugs and more effective treatments. This type of targeting may have multiple benefits for cancer therapy but also for the treatment of the lysosomal diseases which are rare genetic diseases. NanoMedSyn develops innovative synthetic derivatives of glycovectors, called AMFA, which it exploits exclusively. AMFA have a good affinity for the mannose 6-phosphate receptor and have been grafted on multifunctional nanoparticles in order to improve addressing and two-photon photodynamic therapy of a pediatric cancer: the rhabdomyosarcoma; and on lysosomal enzymes for the lysosomal diseases treatment such as for Pompe disease.

Le travail de recherche de cette thèse se concentre sur le développement de nanoparticules de silice organo-hybrides pour des applications en nanomédecine et agroalimentaire. Ces nanoconteneurs de silice, comportant des liens disulfures, sont capables de se briser en petits fragments en présence du milieu réductif intracellulaire. Des nanoparticules présentant de larges pores ont été synthétisées pour la livraison d’un siRNA PLK1 pour le traitement du carcinome hépatocellulaire et ont démontré des résultats prometteurs in vitro et in vivo. Ces particules ont été également utilisées pour charger un peptide cytotoxique, souvent utilisé comme pesticide dans l’industrie agroalimentaire. Les nanoparticules cassables ont ensuite été miniaturisées pour le relargage d’agents thérapeutiques dans des glioblastomes humains. Le système présentait un relargage plus rapide comparé à la forme liposomale actuellement sur le marché. Enfin, des nanoparticules contenant des liens répondant aux réactifs dérivés de l’oxygène ont été développées et ont démontré une fragmentation importante en présence d’oxygène singulet. / The research work presented throughout this thesis focuses on the development of organo-hybrid mesoporous silica nanoparticles for their applications in nanomedicine and crop industry. Disulfide doped silica nanocarriers, able to break down in small pieces in presence of the intracellular reductive environment have been tailored. A large pore stimuli-responsive system was developed to deliver a PLK1 siRNA within hepatocellular carcinoma cells demonstrating promising results both in vitro and in vivo. The particles were further used to deliver a venom peptide, often utilized as esticide in the crop industry. The breakable nanocarriers were further miniaturized for the delivery of chemotherapeutic agents within human glioblastoma cells. The system presented a faster delivery compared to the commercially available liposomal form. Finally, Reactive-Oxygen-Species-responsive mesoporous silica nanoparticles were developed and demonstrated fast breakability upon incubation with singlet oxygen.

"Thèse en cotutelle, doctorat en chimie :Université Laval, Québec, Canada, Philosophiae doctor (Ph.D.) et São Paulo State University, Araraquara, Brazil, Docteure" / Dans le domaine biomédical, il y a une demande croissante pour les nanosystèmes multifonctionnels pour effectuer simultanément l'imagerie et la thérapie, en visant le diagnostic précoce et apporter du bénéfice thérapeutique maximal. Les nanoparticules à conversion ascendante d’energie (UCNPs) ont été proposés comme une bio-sonde idéale en raison de leurs avantages uniques liés au phénomène d'upconversion présenté par les matériaux contenant des ions lanthanides, c’est-à-dire l’émission visible obtenue sous excitation dans le proche infrarouge (NIR), tels qu’une meilleure pénétration dans les tissus, une bas taux d’autofluorescence et un photo-dommage minimal. De plus, les propriétés luminescentes des ions lanthanides peuvent être utilisées pour la thermométrie en raison de leur forte dépendance sur la température. La thermométrie par luminescence est une technique sans contact et à haute résolution qui a attiré l'attention en nanomédecine puisque la température est un paramètre clé dans le fonctionnement des cellules. Des dommages thermiques aux cellules peuvent être localement photoinduits par l'utilisation de nanostructures métalliques illuminées dans leur bande de résonance plasmon en raison de leur absorptivité élevée. La prémière partie de ce travail implique le développement d'un système multifonctionnel, basé sur des nanocoquilles d’or (AuNSs) décorées avec des UCNPs, pouvant être utilisé pour augmenter et mesurer la température à l'échelle nanométrique. Ce système a été développé dans le but d’éventuelle utilisation comme agent de thérapie photothermique (PTT), dans laquelle la capacité thermométrique des UCNPs permettra d'optimiser les bénéfices thérapeutiques. La synthèse des UCNPs de NaGdF4 dopées avec les ions Yb3+ et Er3+ a été réalisée par décomposition thermique des précurseurs de fluorure de lanthanide à des températures elévées (> 300 °C) en présence d'un ligand de coordination (l’acide oléique). Les UCNPs ont été synthétisées à trois températures différentes (310, 315 et 320 °C) et caractérisées selon leurs propriétés morphologiques, structurelles et émissives. Compte tenu des applications biologiques prévues, la surface hydrophobe des UCNPs recouverte de chaînes oléate a été modifiée par un revêtement de silice par un processus Stöber modifié au moyen d'une méthode de microémulsion inverse afin d'obtenir une dispersion suffisante dans l'eau. Des nanocristaux monodisperses de NaGdF4:Yb3+:Er3+ à conversion ascendante (~ 25 nm de diamètre) ont été obtenus en phases cubique (à 310, 315 °C) et hexagonale (à 320 °C). Les UCNPs dans la phase hexagonale étaient plus appropriés en tant que capteurs de température en raison du rapport faible entre les émissions rouge/vert et une plus grande sensibilité thermique. Le spectre d'émission des UCNP (recouvertes de silice ou d'oléate) a été enregistré à des températures différentes à proximité de la plage physiologique (20–70 °C) et il a présenté des propriétés appropriées pour leur utilisation comme capteur de température, notamment une excellente linéarité (R2 > 0,99) et une bonne sensibilité (>3 × 10−3 K−1). La surface des AuNS a été décorée avec des UCNP recouvertes de silice. La capacité de chauffage des AuNSs@UCNPs a été vérifiée en mesurant l'émission de l'Er3+, ce qui démontre leur potentiel d'application comme agent d'hyperthermie contrôlée par l'utilisation de la fonction de nanothermomètre. La deuxième partie de ce projet de thèse a été consacrée au développement d'un nanosystème multifonctionnel pouvant être utilisé comme un système de double capture de lumière UV et de mesure de température. Le complexe Eu(tta)3 (tta-thénoyltrifluoreacetonate) a été préparé in situ dans la coquille de silice des UCNPs de NaGdF4:Yb3+:Er3+. Un nanothermomètre à double mode a été obtenu à partir du signal de fluorescence généré grâce à la conversion ascendante (proche infrarouge → visible) par les ions Er3+ ainsi que par l’émission par la conversion descendante excitée dans l'UV du complexe Eu(tta)3. Les mesures ont été prises près de la plage de température physiologique (20—50 °C) et montrent une excellente linéarité (R2 > 0,99) et une sensibilité thermique relativement élevée (≥1,5%·K−1). L’utilité du complexe Eu(tta)3 présent dans la coquille de silice comme capteur de la lumière UV a été démontré par la dépendance de la luminescence de l’ion Eu3+ sur la durée de l'exposition à la lumière UV. Le matériau obtenu présente un potentiel d'application dans les thérapies activées par la lumière, telles que la thérapie photodynamique (PDT) et la PTT, qui nécessitent généralement une lumière UV ou bleue pour l'excitation. Le contrôle de la dose de lumière delivrée aux tissus a une grande importance dans ces procédures thérapeutiques pour éviter le photodommage aux tissus environnants. La fonction thermomètre est utile pour guider de tels processus (PDT et PTT) en synergie avec le dosimètre d’UV. / In the biomedical field, there is an increasing demand for multifunctional nanosystems to perform imaging and therapy simultaneously, aiming at early diagnosis and maximum therapeutic benefit. Upconversion nanoparticles (UCNPs) have been proposed as an ideal bio-probe because of their unique advantages related to the upconversion phenomenon presented by materials containing lanthanide ions, e.g. visible emission obtained under near-infrared (NIR) excitation, such as deep tissue penetration, low autofluorescence background and low photo-damage. Moreover, the luminescent properties of lanthanide ions may be used for thermometry because of a strongly temperature-dependent effect. Luminescence nanothermometry is a noncontact and high-resolution technique that has been gaining attention in nanomedicine since temperature is a fundamental parameter in events that occur in cells. The thermal damage of cells may be locally photoinduced by using metal nanostructures illuminated at their localized surface plasmon resonance (LSPR) band because of the enhancement of light absorption. In this work, a multifunctional system was designed combining gold nanoshells (AuNSs) and UCNPs intended as an optical heater and temperature probe at the nanoscale. This system was studied aiming its application as an agent for photothermal therapy (PTT), guided by the thermometer capacity of UCNPs, which allows to optimize the therapeutic benefits. The synthesis of NaGdF4 UCNPs doped with ions Yb3+:Er3+ was performed via the thermal decomposition of lanthanide ion fluoride precursors at high temperatures (>300 °C) in the presence of a coordinating ligand (oleic acid). UCNPs were synthesized at three different temperatures (310, 315 and 320 °C) and characterized in terms of morphological, structural and emission properties. In view of the intended biological applications, the surface of hydrophobic oleate-capped UCNPs was modified by a silica coating to achieve sufficient water dispersibility, through a modified Stöber process by a reverse micro-emulsion method. Monodisperse NaGdF4:Yb3+:Er3+ upconverting nanocrystals (~25 nm dia.) were obtained in cubic (at 310, 315 °C) and hexagonal phase (at 320 °C). The UCNPs in the hexagonal phase showed to be more suitable for application as a temperature sensor, because of its lower red-to-green emission ratio and higher thermal sensitivity. The emission spectra of NaGdF4:Yb3+:Er3+ (oleate- or silica-coated) UCNPs were measured at different temperatures in the vicinity of the physiological temperature range (20-70 °C) and presented suitable properties for application as a temperature sensor, such as excellent linearity (R2 >0.99) and sensitivity (>3 × 10−3 K−1). The surface of AuNSs were decorated with silica-coated UCNPs. The heating capacity of such nanocomposites (AuNSs@UCNPs) was verified by monitoring the Er3+ emission, enabling potential application as a hyperthermia agent controlled by the nanothermometer function. In a second part of this thesis, a multifunctional nanosystem was designed and applied as a dual sensor of ultraviolet (UV) light and temperature. Eu(tta)3 (tta-thenoyltrifluoroacetonate) complex was prepared in situ over the silica shell of NaGdF4:Yb3+:Er3+ UCNPs. A dual-mode nanothermometer-UV sensor was obtained from the combination of NIR to visible upconversion fluorescence signal of Er3+ ions and the UV-excited downshifted emission from the Eu(tta)3 complex. Measurements were performed near the physiological temperature range (2050 °C) revealing excellent linearity (R2 > 0.99) and relatively high thermal sensitivities (>1.5%·K−1). The Eu(tta)3 complex present in the silica shell was also demonstrated as a UV sensor because of the Eu3+ luminescence dependence on UV light exposure. The obtained material shows potential for application in light activated therapies, such as photodynamic therapy (PDT) and PTT, which typically require UV or blue light for excitation. The control of light dose released to the tissue is of great importance in these therapeutic procedures to avoid photodamage to the surroundings. The thermometer function is useful to guide such therapeutic processes (PDT and PTT) synergistically with the UV dosimeter. / Na área biomédica, existe uma crescente demanda por nanossistemas multifuncionais para realização de imageamento e terapia simultaneamente, visando um diagnóstico precoce e máximo benefício terapêutico. Nanopartículas para conversão ascendente de energia (UCNPs) vêm sendo propostas como a sonda biológica ideal devido às suas vantagens únicas relacionadas ao fenômeno de upconversion apresentado por materiais contendo íons lantanídeos, isto é, emissão no visível obtida sob excitação no infravermelho, tais como penetração profunda nos tecidos, uma baixa taxa de autofluorescência e um fotodano mínimo. Além disso, as propriedades luminescentes dos íons lantanídeos podem ser usadas para termometria por serem fortemente dependentes da temperatura. A termometria luminescente é uma técnica de não-contato e alta resolução que vem ganhando atenção na nanomedicina uma vez que a temperatura é um parâmetro fundamental para o funcionamento das células. Danos térmicos às células podem ser localmente fotoinduzidos pelo uso de nanoestruturas metálicas iluminadas em sua banda de ressonância plasmônica por causa da sua elevada absortividade. A primeira parte deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema multifuncional baseado em nanocascas de ouro (AuNSs) decoradas com UCNPs podendo ser utilizadas para aumentar e medir a temperatura em escala nanométrica. Este sistema foi desenvolvido com a finalidade de uma eventual utilização como agente em terapia fototérmica (PTT), na qual a capacidade termométrica das UCNPs permitirá otimizar os benefícios terapêuticos. A síntese das UCNPs de NaGdF4 dopadas com os íons Yb3+ e Er3+ foi realizada via decomposição térmica de precursores de fluoreto de lantanídeo a altas temperaturas (> 300 °C) na presença de um ligante coordenante (o ácido oleico). As UCNPs foram sintetizadas em três diferentes temperaturas (310, 315 e 320 °C) e caracterizadas segundo suas propriedades morfológicas, estruturais e emissivas. Levando-se em conta as aplicações biológicas pretendidas, a superfície hidrofóbica das UCNPs recoberta por cadeias de oleato foi modificada utilizando um revestimento de sílica via um processo Stõber modificado por meio de um método de microemulsão reversa para obter uma dispersão suficiente em água. Nanocristais monodispersos de NaGdF4:Yb3+:Er3+ para conversão ascendente (~ 25 nm de diâmetro) foram obtidos nas fases cúbica (a 310, 315 °C) e hexagonal (a 320 °C). As UCNPs na fase hexagonal mostraram-se mais apropriadas como sensores de temperatura, devido a menor razão entre as emissões vermelho/verde e maior sensibilidade térmica. O espectro de emissão das UCNPs (recobertas por sílica ou por oleato) foi registrado a diferentes temperaturas na proximidade do intervalo fisiológico (20–70 °C) e apresentou propriedades adequadas para sua aplicação como sensor de temperatura, especialmente uma excelente linearidade (R2 > 0,99) e uma boa sensibilidade (>3 × 10−3 K−1). A superfície das AuNSs foi decorada com UCNPs recobertas por sílica. A capacidade de aquecimento das AuNSs@UCNPs foi verificada medindo-se a emissão do Er3+, a qual demonstra seu potencial como agente em hipertermia controlada pela utilização da função de nanotermômetro. A segunda parte deste projeto de tese foi dedicada ao desenvolvimento de um nanosistema multifuncional podendo ser utilizado como um sistema de dupla captura de luz UV e medida de temperatura. O complexo Eu(tta)3 (tta-tenoiltrifluoroacetonato) foi preparado in situ na casca de sílica das UCNPs de NaGdF4:Yb3+:Er3+. Um nanotermômetro de modo duplo foi obtido a partir do sinal de fluorescência gerado graças à conversão ascendente (infravermelho próximo → visível) pelos íons Er3+ juntamente à emissão por conversão descendente excitada no UV do complexo Eu(tta)3. As medidas foram realizadas próximo à faixa de temperatura fisiológica (20—50 °C) revelando uma excelente linearidade (R2 > 0,99) e uma sensibilidade térmica relativamente alta (≥1,5%·K−1). A utilidade do complexo de Eu(tta)3 presente na casca de sílica como sensor de luz UV foi demonstrado pela dependência da luminescência do íon Eu3+ sob a duração da exposição à luz UV. O material obtido apresenta potencial para aplicação em terapias ativadas pela luz, tais como a terapia fotodinâmica (PDT) e a PTT, as quais tipicamente requerem luz UV ou azul para excitação. O controle da dose de luz liberada para os tecidos tem grande importância nestes procedimentos terapêuticos para evitar o fotodano aos tecidos circundantes. A função de termômetro é útil para guiar tais processos (PDT e PTT) simultaneamente com o dosímetro de UV.

L’ingénierie tissulaire a vu émerger, dans la dernière décennie, la nanomédecinerégénérative combinant non seulement les cellules souches mais aussi les facteursde croissance. Le but de ce travail a été d’utiliser les techniques de l’ingénierieosseuse et pulpaire pour améliorer ou créer des implants actifs et vivants.L’ingénierie tissulaire vise à remplacer ou à réparer des tissus endommagés del’organisme par des implants bioactifs imitant les tissus naturels. Ainsi, il est nécessairede développer en premier lieu des matériaux biocompatibles, c’est-à-direacceptés par l’organisme, et capables d’interagir avec les cellules au site del’implantation du dit matériau afin d’aider à la fonction de l’implant. Pour cette raison,de nombreuses méthodes visent le développement de biomatériaux implantablesimitant le mieux possible la matrice extracellulaire. Dans cette étude,l’"électrospinning" a été utilisé afin de concevoir des membranes nanofibreuses. Ellesont ensuite été fonctionnalisées et associées à des germes de 1re molaire mandibulairede souris afin d'en favoriser le développement. Après une revue de littératures'intéressant à l'ingénierie tissulaire en chirurgie dentaire, deux axes de rechercheseront développés. Le premier concerne la régénération de l’unité os/dent et le deuxièmel'innervation de la dent. / In the last decade, regenerative nanomedicine emerged from tissue engineeringby combining stem cells and growth factors. The aim of this work was to use thebone and dental pulp tissue engineering technics to improve or create new living andactive implants. Tissue engineering aims to replace or repair damaged tissues withbioactive implants mimicking natural tissue. Thus, it is necessary to develop in a firstplace, new biocompatible materials. These materials should be well accepted by theorganism and capable to interact with the cells present in the implantation site to helpthe implant integration. In this study, Electrospinning was used to create nanofibrousmembrane which size and organization are comparable to the extracellular matrix.These membranes were functionalized and associated with first molar embryologicalgerms to promote their development. After a literature review about tissue engineeringin dental surgery, two research thematics will be developed. The first thematic isto regenerate the bone/tooth unit and the second is to innervate the tooth.

Ces travaux ont pour but l'évaluation préclinique de trois composés ferrocéniques (FcOHTAM, FcdiOH et ansa-FcdiOH) formulés au sein de nanocapsules lipidiques (LNC) dans le cadre d'une thérapie anticancéreuse. Dans une première étude, le potentiel anticancéreux des ferrocifènes est démontré sur un modèle de cancer du sein triple négatif avec un retard significatif de la progression tumorale grâce à l'administration des LNC chargées en FcOHTAM. Afin d'améliorer le ciblage tumoral passif, la seconde partie de la thèse est consacrée au développement de LNC furtives par un procédé de formulation en une étape (one-step OS). Ces LNC OS présentent une circulation plasmatique prolongée et conservent l'intégrité de leur structure plusieurs heures après injection intraveineuse (iv), comme observé par imagerie FRET. Par ailleurs, l'injection répétée des LNC OS chargées en ansa-FcdiOH a provoqué l'arrêt de la croissance de gliomes implantés en sous-cutané. La dernière partie des travaux est dédiée au traitement du gliome orthotopique par différentes stratégies d'administration des LNC (en local et en périphérie). L'injection intra-carotidienne de LNC de FcdiOH recouvertes de peptide NFL-TBS a donné lieu à une amélioration de la survie pour quelques animaux (5/12). L'infusion intracérébrale prolongée des LNC de ferrocifènes a engendré une toxicité et mortalité importante. Finalement, l'administration répétée par voie iv s'est révélée être une approche encourageante avec une légère augmentation de la médiane de survie (7%). L'ensemble de ces résultats démontre l'activité prometteuse des complexes ferrocéniques associés aux LNC OS pour une approche alternative de thérapie du cancer.