L’olfaction est importante pour de nombreuses fonctions vitales comme la reproduction, les interactions sociales, la détection des aliments et le comportement alimentaire. Toutefois, l'impact nutritionnel sur le système olfactif n'a pas été précisément décrit. Dans ce contexte, le sujet de cette thèse consistait en l’étude des effets du jeûne sur la représentation spatiotemporelle des odeurs dans le bulbe olfactif principal (BO), une structure assurant la première étape du codage de l'information olfactive dans le cerveau.Dans le BO, les caractéristiques des molécules odorantes sont représentées sous forme d’activitéspatiale et temporelle respectivement dans la couche glomérulaire et celles des cellules mitrales et granulaires. Pour étudier le codage spatial au niveau glomérulaire, nous avons utilisé l’imagerie optique du signal intrinsèque qui permet de cartographier l’activité évoquée sur la surface du BO en réponse à des odeurs. Pour étudier le codage temporel des odeurs, nous avons enregistré les variations spécifiques de l'activité oscillatoire du potentiel de champ local (LFP) dans les couches profondes.Nous avons testé les réponses aux odeurs chez des rats mis à jeun pendant 17 heures par rapport aux rats nourris ad libitum. Nous avons utilisé deux stimuli olfactifs à des concentrations différentes: la première (odeur commerciale d’arôme d'amande) est associée à la nourriture car elle est préalablement incorporée dans une pâte sucrée présentée aux rats quotidiennement ; le second (hexanal), est une molécule odorante pure, nouvelle et neutre pour eux. L'utilisation de ces odeurs dans une gamme de concentrations faibles nous a permis d’étudier les modifications de seuil d’activation du BO. Nous avons analysé les deux types de représentation spatiale et temporelle chez des rats anesthésiés, à jeun versus nourris. Nous avons observé que les cartes spatiales et les changements des profils oscillatoires évoqués dans le BO sont présents pour les deux types de stimuli à de faibles concentrations chez tous les rats à jeun mais pas chez tous les animaux nourris. Par contre, pour les fortes concentrations d'odeurs, nous avons observé plus de réponses chez les animaux nourris. Nous avons conclu que le jeûne affecte profondément le seuil d’activation spatiotemporelle du BO.Nous avons alors cherché à identifier les candidats moléculaires qui pourraient déclencher cetteplasticité olfactive à jeun. Nous avons analysé dans le BO la variation de l'expression des récepteurs à deux hormones satiétogènes, la leptine et l'insuline, mais n'avons pas trouvé de changement significatif entre les deux groupes de rats. En outre, l'injection intrapéritonéale de leptine n'a pas inversé le profil oscillatoire induit chez des rats à jeun. Nous avons conclu que la leptine n'agit pas à elle seule dans la signalisation de l'état nutritionnel qui induit la plasticité bulbaire. Nous avons également cherché des modifications spécifiques des circuits du BO pendant le jeûne et avons obtenu des données préliminaires intéressantes sur la plasticité astrocytaire. Enfin, nous avons mené un nouveau projet sur le rôle des endocannabinoïdes dans la prise alimentaire. Le THC est un agoniste des récepteurs CB1 aux endocannabinoïdes qui induit une hyperphagie. Les CB1 étant présents dans le BO, nous avons testé ses effets sur l'activité oscillatoire chez des souris à jeun. Nous avons trouvé que le THC inhibe la désensibilisation olfactive qui est déclenchée chez les souris contrôle par la présentation d'odeurs répétées. / Olfactory cues are important for many vital functions as reproduction, social interactions, fooddetection and feeding behavior. However, the nutritional impact on the olfactory system has not been precisely described. Here we studied the effects of fasting on the spatiotemporal activities in the main olfactory bulb (OB), a structure supporting the first step of odor coding in the brain.Odorant signals undergo a complex processing that starts in the Main Olfactory Epithelium where the olfactory sensitive neurons (OSN) are located. OSN project into the OB where odorant features (among them identity and concentration) evoke spatiotemporal patterns of activities located respectively at the glomerular and mitral/granule cells levels. The spatial coding at the glomerular level is classically studied by optical imaging of odor-evoked activities on the surface of the MOB in response to different odors at different concentrations. The temporal coding is characterized by specific variations in the oscillatory activity of the Local Field Potential (LFP) in deeper layers.We tested odor responses in the OB in 17 hours-fasted rats compared to ad libitum-fed rats. We used two olfactory stimuli at different concentrations: the first one (almond aroma odor) is associated to food since it is incorporated into a homemade cake that rats love to eat; the second is the pure odorant hexanal which is new and neutral for them. Using these odorants at low concentrations to probe threshold modifications, we analyzed both types of OB coding (spatial and temporal) at the levels where they occur (glomerular layer and mitral/granule cell layers respectively) in anesthetized rats.Using intrinsic optical signals imaging and local field potential recording, we observed that odor maps and changes in oscillatory patterns of activity in the OB are present for both types of stimuli at low concentrations in all fasted rats but not in all fed animals. For higher odor concentrations, further fed animals responded. We conclude that fasting deeply impacts the overall odor threshold detection in the OB.Then, we sought to identify putative molecular candidates that could trigger this olfactory plasticity in fasted conditions. We have checked the variation of receptor expression for leptin and insulin, two anorexigen hormones, in the OB but did not find any significant changes between the two groups. In addition, i.p. injection of leptin did not reverse the oscillatory profile induced in fasted rats. We concluded that leptin does not act solely in signalling the nutritional state that induces the OB plasticity. We are still looking for specific modifications of OB circuits during fasting and we present interesting preliminary data about astrocytic plasticity in this manuscript. Finally, we have also run a new and exciting project dealing with the role of endocannabinoids in food intake: since THC, a potent agonist of endocannabinoids CB1 receptors which are expressed in the OB, selectively increases food intake when injected at low doses, we tested its effects on the OB oscillatory activity in fasted mice. We found that THC inhibits olfactory desensitization that is triggered in control mice by repeated odor presentation.

Le travail présenté dans ce mémoire avait pour but d’étudier le potentiel de nouvelles sondes fluorescentes pour la mise au point d’agents d’imagerie optique et d’imagerie Cherenkov inédits. Le premier chapitre porte sur la synthèse de subphtalocyanines et phtalocyanines fluorescentes possédant des fonctions chimiques qui confèrent à la molécule des propriétés adaptées à une application en imagerie médicale. Les composés obtenus ont été étudiés pour déterminer s’ils possèdent les propriétés requises pour l’application visée, en considération du cahier des charges propre aux fluorophores. Dans un deuxième temps, certaines sondes fonctionnelles préparées ont été utilisées pour créer des agents d’imagerie inédits. Dans le cas des subphtalocyanines, la biovectorisation a été explorée par association directe de la sonde avec un peptide, ou indirecte grace à un liposome encapsulant la sonde. Dans le cas des phtalocyanines, les sondes fonctionnelles ont été engagées dans la préparation de nanohybrides constitués de nanoparticules d’oxyde de fer ou de nanotubes d’oxyde de titane, afin d’obtenir des agents bimodaux ou théranostiques. Le troisième chapitre présente l’étude du phénomène de transfert d’énergie (CRET) entre des radioéléments émetteurs Cherenkov et des fluorophores organiques a été étudié. La détermination des paramètres de transfert optimaux a ensuite guidé la mise au point d’une sonde CRET composée d’un fragment fluorescéine lié covalentement à un complexe d’yttrium-90. Pour finir, la possibilité d’émettre dans la fenêtre du proche infrarouge a été explorée par multi-transfert de type CRETFRET. / The goal of this work was to prepare and study new fluorescent probes, which could give rise to novel optical or Cherenkov imaging agents. The first section of this work describes the synthesis of fluorescent subphthalocyanines and phthalocyanines probes, which possess relevant chemicals groups suitable for optical imaging applications. The optical and physico-chemical properties of the new probes were carefully examined to ensure they comply with the specification of the fluorophores for the desired application. The second part focused on the subsequent development of a few selected probes into real imaging agents. The biovectorisation of subphtalocyanines was achieved upon conjugation of a peptide either with the probe or with a liposome that encapsulate the probe. Phthalocyanine-based functional probes were engaged in the synthesis of nanohybrides made of iron oxide nanoparticles or titania nanotubes, to afford bimodal or theranostic agents. In a final part, the energy transfer phenomenon (CRET) between Cherenkov emitting radionuclides and organic fluorophores was studied. The optimal transfer parameters were considered to prepare a CRET probe made of a fluorescein moiety covalently attached to an Yttrium-90 complex. Finally, the ability to emit in the near infrared window was explored by multi-CRET-FRET transfer.

Jusqu'à récemment, les patients souffrant d'épilepsie réfractaire aux traitements médicamenteux étaient destinés à un avenir incertain. Le recours à la chirurgie comme traitement alternatif offre l'espoir de mener un jour une vie normale. Pour déterminer si un patient peut bénéficier d’une intervention chirurgicale, une évaluation complète est cruciale. Les méthodes d’évaluation préchirurgicale ont connu des progrès importants au cours des dernières décennies avec le perfectionnement des techniques d’imagerie cérébrale. Parmi ces techniques, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), aussi connue sous le nom d’imagerie optique, présente de nombreux avantages (coût, mobilité du participant, résolution spatiale et temporelle, etc.). L’objectif principal de cette étude est de développer un protocole d'évaluation préchirurgicale de la mémoire. Une tâche de mémoire verbale incluant l’encodage, le rappel immédiat et le rappel différé de listes de mots a été administrée à dix adultes sains lors d’un enregistrement en imagerie optique. Les résultats obtenus suggèrent l’activation bilatérale des aires préfrontales antérieures et dorsolatérales ainsi que des aires temporales antérieures et moyennes. Les aires préfrontales et temporales antérieures semblent modulées par les différents processus mnésiques et la position du rappel dans le temps. La première fois qu’une liste est rappelée, l’activité hémodynamique est plus élevée que lors des rappels subséquents, et ce, davantage dans l’hémisphère gauche que dans l’hémisphère droit. Cette étude constitue la première étape dans le processus de validation du protocole à des fins cliniques auprès de patients épileptiques. / Until recently, patients with epilepsy refractory to drug treatments were intended to an uncertain future. Surgery as an alternative treatment offers hope to, one day, lead a normal life. In order to determine if a patient may benefit from a surgical intervention, a complete evaluation is essential. With the advancements in brain imagery techniques over the last few decades, preoperative evaluation methods have seen important progress. Among these techniques, near infrared spectroscopy (NIRS), also known as optical imaging, presents numerous advantages (cost, participant mobility, spatial and temporal resolution, etc.). The purpose of this study is to develop a preoperative evaluation protocol for memory assessment. During a NIRS recording, a verbal memory task including encoding, immediate and delayed free-recall of a list of words was administered to ten healthy adults. The results obtained revealed bilateral activation of anterior and dorsolateral prefrontal areas as well as anterior and median temporal areas. Prefrontal and anterior temporal areas seemed to be regulated by different memory processes and the recall location in time. The first time that a list is recalled, increased hemodynamic activity is observed in comparison to subsequent recalls, with a greater activity in the left hemisphere than in the right hemisphere. This study constitutes the first step in the validation process of the protocol for clinical needs among epileptic patients.

Le regroupement des neurones de propriétés similaires est à l’origine de modules permettant d’optimiser l’analyse de l’information. La conséquence est la présence de cartes fonctionnelles dans le cortex visuel primaire de certains mammifères pour de nombreux paramètres tels que l’orientation, la direction du mouvement ou la position des stimuli (visuotopie). Le premier volet de cette thèse est consacré à caractériser l’organisation modulaire dans le cortex visuel primaire pour un paramètre fondamental, la suppression centre / pourtour et au delà du cortex visuel primaire (dans l’aire 21a), pour l’orientation et la direction. Toutes les études ont été effectuées à l’aide de l’imagerie optique des signaux intrinsèques sur le cortex visuel du chat anesthésié. La quantification de la modulation par la taille des stimuli à permis de révéler la présence de modules de forte et de faible suppression par le pourtour dans le cortex visuel primaire (aires 17 et 18). Ce type d’organisation n’avait été observé jusqu’ici que dans une aire de plus haut niveau hiérarchique chez le primate. Une organisation modulaire pour l’orientation, similaire à celle observée dans le cortex visuel primaire a été révélée dans l’aire 21a. Par contre, contrairement à l’aire 18, l’aire 21a ne semblait pas être organisée en domaine de direction. L’ensemble de ces résultats pourront permettre d’alimenter les connaissances sur l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex visuel du chat mais également de mieux comprendre les facteurs qui déterminent la présence d’une organisation modulaire. Le deuxième volet abordé dans cette thèse s’est intéressé à l’amélioration de l’aspect quantitatif apporté par l’analyse temporelle en imagerie optique des signaux intrinsèques. Cette nouvelle approche, basée sur l’analyse de Fourier a permis d’augmenter considérablement le rapport signal / bruit des enregistrements. Toutefois, cette analyse ne s’est basée jusqu’ici que sur la quantification d’une seule harmonique ce qui a limité son emploi à la cartographie de l’orientation et de rétinotopie uniquement. En exploitant les plus hautes harmoniques, un modèle a été proposé afin d’estimer la taille des champs récepteurs et la sélectivité à la direction. Ce modèle a par la suite été validé par des approches conventionnelles dans le cortex visuel primaire. / The clustering of neurons of similar properties is at the basis of the brain modular architecture and is considered as a strategy to optimized processing. One consequence of this clustering is the presence of functional maps in the primary visual cortex of several mammals based on features such as orientation, direction of motion and stimulus position (retinotopy). The first section of this thesis was aimed at characterizing the modular organization of functions in primary and higher-order areas. First, we investigated the possibility that a fundamental cell property, the receptive field center / surround suppression, could be orderly represented in the primary visual cortex. Second, we determined the level of modular organization in area 21a for two key properties, orientation and direction of motion. All studies were based on the optical imaging of intrinsic signals in anesthetized cats. Results indicate the presence of high and low surround suppression modules in the primary visual cortex (areas 17 and 18). To date, such organization has been discovered only in a higher-order area in primate. A modular organization for orientation, similar to the one observed in areas 17 and 18 was observed in area 21a. On the other hand, in contrast to area 18, no direction modules were discovered in area 21a. Overall, the first part of this thesis increased our knowledge about the anatomo-fonctional organization of cat visual cortex. They will also be instrumental to better understand the factors leading to the presence of a modular organization in the cortex. The second section of this thesis was directed to the development of a novel quantitative tool for the temporal analysis of optical imaging intrinsic signals. This new approach, based on Fourier decomposition, allowed to greatly increase the signal to noise ratio of the recordings. Until now, this analysis was only been based on single harmonic quantification, limiting its application for orientation and rétinotopy mapping only. A model exploiting higher harmonics was then developed to estimate additional parameters such as the receptive field size and direction selectivity. Thereafter, this model was validated with success by conventional approaches on the primary visual cortex.

Graphics processing units (GPUs) are used today in a wide range of applications, mainly because they can dramatically accelerate parallel computing, are affordable and energy efficient. In the field of medical imaging, GPUs are in some cases crucial for enabling practical use of computationally demanding algorithms. This review presents the past and present work on GPU accelerated medical image processing, and is meant to serve as an overview and introduction to existing GPU implementations. The review covers GPU acceleration of basic image processing operations (filtering, interpolation, histogram estimation and distance transforms), the most commonly used algorithms in medical imaging (image registration, image segmentation and image denoising) and algorithms that are specific to individual modalities (CT, PET, SPECT, MRI, fMRI, DTI, ultrasound, optical imaging and microscopy). The review ends by highlighting some future possibilities and challenges.

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Biomedical optical imaging is capable of providing functional information of the soft bi-ological tissues, whose applications include imaging large tissues, such breastand brain in-vivo. Biomedical optical imaging uses near infrared light (600nm-900nm) as the probing media, givin ganaddedadvantageofbeingnon-ionizingimagingmodality. The tomographic technologies for imaging large tissues encompasses diffuse optical tomogra-phyandphotoacoustictomography. Traditional image reconstruction methods indiffuse optical tomographyemploysa �2-norm based regularization, which is known to remove high frequency no is either econstructed images and make the mappearsmooth. Hence as parsity based image reconstruction has been deployed for diffuse optical tomography, these sparserecov-ery methods utilize the �p-norm based regularization in the estimation problem with 0≤ p<1. These sparse recovery methods, along with an approximation to utilizethe �0-norm, have been used forther econstruction of diffus eopticaltomographic images.The comparison of these methods was performed by increasing the sparsityinthesolu-tion. Further a model resolution matrix based framework was proposed and shown to in-duceblurinthe�2-norm based regularization framework for diffuse optical tomography. This model-resolution matrix framework was utilized in the optical imaged econvolution framework. A basis pursuitdeconvolution based on Split AugmentedLagrangianShrink-ageAlgorithm(SALSA)algorithm was used along with the Tikhonovregularization step making the image reconstruction into a two-step procedure. This new two-step approach was found to be robust with no iseandwasabletobetterdelineatethestructureswhichwasevaluatedusingnumericalandgelatinphantom experiments. Modern diffuse optical imaging systems are multi-modalin nature, where diffuse optical imaging is combined with traditional imaging modalitiessuc has Magnetic Res-onanceImaging(MRI),or Computed Tomography(CT). Image-guided diffuse optical tomography has the advantage of reducingthetota lnumber of optical parameters beingreconstructedtothenumber of distinct tissue types identified by the traditional imaging modality, converting the optical image-reconstruction problem fromunder-determined innaturetoover-determined. In such cases, the minimum required measurements might be farless compared to those of the traditional diffuse optical imaging. An approach to choose these measurements optimally based on a data-resolution matrix is proposed, and it is shown that it drastically reduces the minimum required measurements (typicalcaseof240to6) without compromising the image reconstruction performance. In the last part of the work , a model-based image reconstruction approaches in pho-toacoustic tomography (which combines light and ultra sound) arestudied as it is know that these methods have a distinct advantage compared to traditionalanalytical methods in limited datacase. These model-based methods deployTikhonovbasedregularizationschemetoreconstruct the initial pressure from the boundary acoustic data. Again a model-resolution for these cases tend to represent the blurinduced by the regularization scheme. A method that utilizes this blurringmodelandper forms the basis pursuit econ-volution to improve the quantitative accuracy of the reconstructed photoacoustic image is proposed and shown to be superior compared to other traditional methods. Moreover, this deconvolution including the building of model-resolution matrixis achievedvia the Lanczosbidiagonalization (least-squares QR) making this approach computationally ef-ficient and deployable inreal-time. Keywords Medical imaging, biomedical optical imaging, diffuse optical tomography, photoacous-tictomography, multi-modalimaging, inverse problems,sparse recovery,computational methods inbiomedical optical imaging.

Résumé:IntroductionLa chirurgie reste le seul traitement à visée curative pour les patients porteurs d’un cancer colorectal (CCR) primitif ou métastatique. L’établissement précis de l’extension de la maladie, au niveau de la tumeur primitive, des ganglions loco-régionaux et des métastases à distance représente un élément essentiel pour la prise en charge thérapeutique. Les ganglions locorégionaux et la technique du ganglion sentinellePour les patients présentant un CCR non métastatique, l’analyse pathologique des ganglions (pN) conditionne la décision d’administrer ou non une chimiothérapie adjuvante. Les patients présentant un envahissement ganglionnaire (pN+) recevront un traitement adjuvant, celui-ci n’étant le plus souvent pas indiqué chez les patients sans envahissement ganglionnaire (pN0). Près de 20 à 30% des patients classés pN0 vont cependant développer des récidives tumorales. Parmi ces patients, il est probable qu’une partie ait été sous-classée au moment du diagnostic. La technique du ganglion sentinelle (GS) permet d’identifier les ganglions les plus susceptibles d’être envahis et de réaliser des analyses anatomopathologiques plus approfondies sur un nombre plus limité d’échantillon. Cette technique est recommandée dans le cancer du sein et dans le mélanome, mais son rôle reste discuté dans le CCR. Le premier volet de cette thèse concerne les résultats d’études cliniques que nous avons menées pour évaluer le rôle de la technique du GS au bleu patenté (BP) et de l’imagerie en fluorescence (IF) au vert d’indocyanine ou indocyanine green (ICG) dans le staging ganglionnaire des patients présentant un CCR. Les principaux objectifs de ces travaux étaient d’évaluer la faisabilité de ces techniques et leur apport dans le staging des patients présentant un CCR.Notre première étude sur la technique du GS au BP, représentant la plus grande cohorte monocentrique européenne, a permis de démontrer la faisabilité de la technique. En outre, cette approche a modifié le geste chirurgical dans 12% des cas (technique in vivo) et a permis de reclasser 10% des patients initialement classés pN0 en pN+ par la réalisation de coupes sériées spécifiquement réalisées sur les ganglions démontrés comme GS. Dans une seconde étude sur la technique du GS comparant l’IF-ICG à la technique au BP, nous avons montré que ces 2 techniques étaient complémentaires, permettant d’augmenter la sensibilité globale pour la détection des métastases ganglionnaires. De plus, l’IF-ICG apparaît comme plus sensible chez les patients présentant une surcharge pondérale. En termes de sensibilité, la recherche du GS par IF est supérieure à la technique BP, ces résultats restant cependant limités, notamment en raison d’un taux élevé de faux négatifs (FN) pour les tumeurs localement avancées (pT3-4). Les métastases ganglionnaires et la carcinose péritonéaleDans le CCR, les patients métastatiques, présentant une carcinose péritonéale (CP) et/ou un envahissement ganglionnaire, ont un pronostic sombre. La chirurgie d’exérèse de la CP associée à une chimiothérapie hyperthermique intrapéritonéale (CHIP) et la réalisation de curages ganglionnaires chez les patients porteurs d’une maladie oligométastatique permettent toutefois d’obtenir des survies prolongées et parfois des guérisons, avec des résultats similaires à ceux observés chez les patients opérés pour métastases hépatiques isolées. Pour la CP, l’étendue de la maladie et la radicalité de la résection sont les principaux facteurs pronostiques de survie. La sensibilité des examens d’imagerie conventionnelle et métabolique reste cependant faible pour déterminer l’extension de la maladie péritonéale. L’évaluation de l’étendue de la CP et son exérèse sont donc essentiellement fondées sur la palpation et l’exploration visuelle réalisée durant l’intervention chirurgicale, représentant un facteur limitant pour la radicalité de la chirurgie. De façon similaire, chez les patients présentant une maladie métastatique ganglionnaire limitée, la détection peropératoire est souvent difficile, nécessitant la réalisation de curages étendus de principe, afin de s’assurer de l’exérèse des ganglions pathologiques.L’utilisation de l’IF après injection iv intra-opératoire d’ICG a été rapportée comme une technique permettant la détection de tissu tumoral tant visible que non visible (infraclinique), pouvant potentiellement aider le chirurgien et guider les gestes de résection. Aucune étude n’avait particulièrement analysé le rôle de l’IF-ICG dans la détection de CP et de métastases ganglionnaires de CCR. Le second volet de cette thèse concerne l’évaluation de l’apport de l’IF après injection iv d’ICG pour la détection de la CP et des métastases ganglionnaires dans le CCR. L’objectif primaire était de vérifier si les métastases péritonéales (MP) et ganglionnaires visibles par le chirurgien étaient effectivement détectées par l’IF-ICG peropératoire. En parallèle, nous avons évalué si l’IF-ICG permettait de détecter une maladie infraclinique, non détectée par le chirurgien dans les conditions habituelles. La première étude de cette seconde partie a permis de montrer que les MP étaient visualisées comme hyperfluorescentes à l’IF-ICG pour autant qu’elles ne soient pas d’origine mucineuse. De plus, l’IF-ICG a permis de détecter des MP non visualisées en lumière visible, permettant d’adapter le geste chirurgical et d’augmenter la radicalité de la résection dans près de 38% des cas. Dans une seconde étude, nous avons rapporté que la technique d’IF utilisée in vivo et ex vivo après injection iv d’ICG permettait d’identifier des ganglions métastatiques, détectés ou non par les imageries conventionnelles et métaboliques préopératoires. Les résultats de cette étude constituant une preuve de concept ont été ensuite confirmés dans une étude rétrospective réalisée sur l’analyse ex vivo des ganglions de patients ayant reçu une injection iv d’ICG. Dans ce travail, nous avons montré que les ganglions envahis étaient plus fluorescents que les ganglions non envahis. Toutefois, cette preuve de concept doit encore être confirmée et évaluée plus largement dans une étude prospective. Ces 2 travaux montrent donc le bénéfice potentiel de l’utilisation de l’IF après injection iv d’ICG à 2 niveaux, pour guider la chirurgie en améliorant la détection peropératoire des sites métastatiques infracliniques et pour guider l’analyse histologique, en identifiant des ganglions fluorescents sur la pièce de résection, permettant une étude anatomopathologique plus ciblée et plus approfondie. Conclusions et perspectivesNos travaux sur la recherche du GS dans le CCR par la technique au BP et à l’IF-ICG ont montré que ces techniques étaient faisables mais que leurs sensibilités restaient limitées, en particulier chez les patients porteurs de tumeurs localement avancées. Dans la CP d’origine colorectale, nous avons montré que l’IF-ICG permettait d’améliorer la stadification de la CP des patients opérés de métastases péritonéales non mucineuses, de révéler des lésions non visibles dans les conditions standards et d’améliorer la radicalité de la chirurgie. Pour la détection de ganglions métastatiques, nous avons montré que l’IF-ICG permettait, in vivo, de détecter des ganglions infracliniques durant l’intervention et ex vivo, de guider l’analyse anatomopathologique de la pièce de résection. Enfin, nous pensons que ces observations pourraient nous permettre d’élaborer un nouveau concept de GS systémique par opposition au GS classique correspondant aux ganglions de drainage anatomique de la tumeur. Nous proposons que les capacités particulières de rétention de l’ICG dans les tissus cancéreux après injection par voie systémique pourraient permettre d’identifier des sites ganglionnaires métastatiques en dehors des sites de drainage révélés par les injections de marqueurs au sein ou en périphérie de la tumeur elle-même. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons élaboré un nouveau protocole d’une étude clinique prospective dans laquelle la détection du GS systémique après injection iv d’ICG sera comparée aux résultats obtenus suite à l’injection péritumorale de BP. Les ganglions révélés par ces 2 techniques seront recherchés ex vivo sur la pièce de résection et analysés en anatomopathologie. Outre la démonstration de métastases ganglionnaires extra-anatomiques, nous pensons que cette approche systémique pourrait permettre de réduire le taux de FN observé suite à une injection péritumorale, notamment pour les tumeurs localement avancées, celles-ci pouvant perturber le drainage lymphatique selon les voies anatomiques. Summary:This thesis reports several clinical research works on the role of indocyanine green (ICG) fluorescence imaging (FI) for the detection of colorectal tumoral tissue. We first evaluate and compare the role of ICG-FI in the detection of sentinel lymph node (SLN) in colorectal cancer (CRC) in view to upstage patients. We have reported that both techniques (blue dye and ICG-FI) are similar in term of sensitivity with a high rate of false negative results. Therefore, we think that new approaches for SLN detection should be developped in CRC. Secondarily, we evaluate the role of ICG-FI after IV ICG injection for the detection of peritoneal carcinomatosis (PC) from CRC origin. We have reported that ICG-FI is able to detect non-mucinous PM with a sensitivity of 86%. Moreover, ICG-FI was able to guide surgery modifying the surgical procedure in 38% of patients. Thirdly, we investigate the role of ICG-FI for the detection lymph node (LN) metastases. We have reported that ICG-FI performed after IV ICG injection is able to detect LN metastases both in vivo and ex vivo. These findings have been confirmed in a retrospective study. Fiinally, we propose a new protocol to evaluate a new approach for SLN detection. In comparison with the standard technique using peritumoral injection, we propose a new approach using systemic (intravenous) ICG injection. We have called this approach the 'systemic' SLN detetion. This approach will be compared with the standard one using peritumoral blue dye injection. Sensitivity, specificity of both technique will be compared. In conclusion, the results of these preliminary clinical studies using ICG-FI for tumoral staging and treatment are encouraging and further larger studies should be performed. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de cette thèse est la conception et le développement de bras espaceurs auto-immolables originaux situés entre le substrat peptidique et un fluorophore à phénol. Une première partie de ces travaux porte sur le développement de bras réactifs auto-immolables adaptés à la détection d'exopeptidases et à leur application pour la synthèse de sondes destinées à l'imagerie in-vivo de la caspase 3, une enzime impliquée dans le processus apoptotique. La seconde partie de ce travail relate les efforts effectués afin d'étendre l'utilisation des bras réactifs auto-immolables à la détection des endopeptidases, notamment les MMPs, une famille d'enzimes fortement impliquée dans la progression cancéreuse. / The aim of this PhD work is the design and development of novel self-immolative species linking a peptide susbstrate to a phenolic fluorophore. A first part was dedicated to the development of self-immolative linkers for exopeptidases detection and their incorporation in caspase 3 probes to stain the apoptotic process. A second part was devoted to the extension of the strategy to endopeptidases, especially MMPs, an enzyme family mainly involved in cancer progression.

Ce travail décrit de nouveaux composés thérapeutiques anticancéreux traçables par imagerie optique appelés théranostiques optiques.Après un premier chapitre bibliographique décrivant le contexte de l’imagerie et la thérapie des cancers, un deuxième chapitre présente une première série de théranostiques BODIPY-phosphine-or dont la synthèse a été optimisée (diminution du nombre d’étapes, baisse du temps de réaction, compatibilité avec une augmentation d’échelle). Leur conjugaison à des biomolécules (glucose, peptide) a été réalisée par une méthode simple et efficace par couplage entre l’atome d’or de la sonde et la fonction thiol de la biomolécule (modifiée ou non), conduisant à une liaison or-soufre. Elle permet une biovectorisation pour rendre les composés plus sélectifs des cellules tumorales vis à vis des cellules saines. Les études photophysiques et biologiques réalisées ont démontré tout le potentiel de ces théranostiques dans le cadre d’un suivi de composé in vitro et l’impact que pouvait avoir le vecteur choisi.Le troisième chapitre présente deux autres séries de théranostiques et précurseurs visant deux objectifs distincts pour rendre la sonde plus compatible avec une imagerie optique in vivo. La modification structurale de la plateforme BODIPY par introduction de groupements augmentant la conjugaison permet d’obtenir des BODIPYs absorbant et émettant dans la « fenêtre thérapeutique » (650 900 nm, proche infrarouge). Des études préliminaires in vivo ainsi que des tests en imagerie photoacoustique ont donné des résultats prometteurs. Une deuxième modification structurale par introduction de groupements encombrants sur chaque face du BODIPY vise à empêcher l’agrégation des BODIPYs en milieu biologique (phénomène connu pour affecter leurs propriétés optiques). Cette approche « Picket-Fence » des porphyrines transposée en série BODIPY a permis d’appliquer pour la première fois en série BODIPY le concept d’atropoisomérie et d’atropoisomères interconvertibles. / This work describes new anticancer agents that could be detected by optical imaging, namely optical theranostics.After a first chapter describing the context of cancer imaging and therapy, a second chapter describes a first series of BODIPY-phosphine-gold theranostics, the synthesis of which has been optimized (less steps, shortening the reaction time, scale up). Their conjugation with biomolecules (glucose, peptide) has been achieved by developing a simple and efficient method that leads to the coupling between the gold atom of the probe and the thiol of the biomolecule (modified or not), leading to a gold sulfur bound. Hence, it makes the biovectorization of the probes possible in order to get selectivity against tumor cells compared with healthy cells. Subsequent photophysical and biological studies demonstrated the potential of such theranostics, such as in vitro monitoring, and the impact of a chosen biomolecule (vector).A third chapter presents two additional series of theranostics and precursors with two distinct objectives aimed at making the probe more suitable for in vivo optical imaging. A first structural modification of the BODIPY platform was achieved upon introducing chemical groups allowing an extention of the π conjugation. It leads to BODIPYs that absorb and emit in the « therapeutic window » (650 900 nm, NIR). Preliminary in vivo studies and preliminary photoacoustic imaging studies with such compounds led to promising results. A second structural modification upon introducing bulky groups on each face of the probe was aimed at preventing stacking of BODIPYs platforms in biological media (a phenomenon known to affect their optical properties). Hence, a porphyrin « Picket Fence » approach was successfully transposed to BODIPY together with the concept of atropisomery and atropisomer interconversion.