De nombreuses bactéries se déplacent en faisant tourner des flagelles rigides ancrés dans leur membrane. À la base de chaque flagelle se trouve un moteur rotatif de quelques dizaines de nanometres de diamètre : le moteur flagellaire bactérien. L'objectif de ces travaux de maîtrise fut de développer de nouveaux marqueurs pour visualiser et mesurer la rotation du moteur flagellaire en l'affectant le moins possible. Trois types de nanoparticules furent étudiés : les points quantiques, les nanoparticules d'or et les nanoparticules Janus. L'intensité du signal et la résistance au photoblanchiment des points quantiques furent comparées à celles de fluorophores "Alexa Fluor". Aussi, différentes méthodes pour attacher spécifiquement ces nanoparticules aux flagelles furent testées. L'utilisation d'anticorps s'est révélée préférable à l'emploi de micelles de phospholipides ou de liens maléimide-cystéine. Après avoir développé la méthode de marquage sur les filaments des bactéries, nous avons ensuite réussi à visualiser des crochets, une structure beaucoup plus petite (55 nm de long). Une première tentative pour mesurer la vitesse de rotation de crochets s'est révélée infructueuse mais informative.

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.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Des études cliniques ont démontré que certains implants métalliques pouvent déclencher des réactions de carcinogénicité. En effet, il semble que le relargage ionique et la corrosion peuvent initier des néoplasmes. Le noyau semble être le compartiment cellulaire cible de ces ions métalliques. Le développement d'essais quantitatifs in vitro capables d'évaluer cette carcinogénicité potentielle est donc essentiel dans la présélection des biomatériaux métalliques. Cependant à l'échelle ultrastructurale, actuellement il n'existe pas véritablement d'essais capables de localiser et de quantifier à la fois les dommages occasionnés à la molécule d'ADN ainsi qu' à sa réparation. Dans ce travail, il s'agissait d'abord d'adapter, en biocompatibilité, une méthode simple capable de détecter, quantifier et localiser précisément les cassures d'ADN qu'induisent les biomatériaux métalliques à la chromatine cellulaire. Pour ce faire, l'essai «in situ end-labeling » (ISEL) en microscopie électronique a été évalué après avoir utilisé un protocole d'extraction des biomatériaux en conditions semi-physiologiques et exposé des lymphocytes sanguins humains normaux. Cette technique immunocytochimique utilise l'exonucléase III pour sa capacité de digérer et d'amplifier les lésions d'ADN produites. Une polymérisation est ensuite exécutée en présence des quatre nucléotides de l'ADN: la thymidine est toutefois remplacée par une base analogue, soit la biotine-dUTP. Cette dernière est localisée par marquage immunologique à l'or colloïdal comme rapporteur moléculaire. Les particules d'or sont alors détectées en microscopie électronique à transmission; elles correspondent aux cassures simple-brin induites à la molécule d'ADN lors de la culture de cellules en présence de l'extrait à étudier. La quantification a été effectuée avec l'aide du Programme Image du NIH. L'ISEL s'est avéré très utile pour sa rapidité, sa capacité de marquer à la fois la chromatine interphasique et métaphasique, et la possibilité de quantifier les dommages causés à l'ADN. Par ailleurs, il ne nécessite pas l'utilisation de la radioactivité. De plus, il semble capable de détecter des phénomènes de mort cellulaire telle que l apoptose. L'« in situ end-labeling » en microscopie électronique s'avère aussi un instrument intéressant pour la présélection des biomatériaux. En effet, la génocompatibilité du titane (Ti) pur, bien connu pour sa biocompatibilité, a été évaluée afin de valider cet essai. Ensuite, la génotoxicité relative du nickel-titane (NiTi) a été évaluée et comparée à celle du titane pur, du nickel (Ni) pur et de l'acier inoxydable. Le NiTi représente un biomatériau potentiel, cependant sa biocompatibilité est controversée vu son important contenu en nickel soit de 50%. L'évaluation de la carcinogénicité du NiTi représente donc un intérêt important. Un essai d'absorption atomique a aussi été réalisé afin d'évaluer le relargage de nickel et de titane, et afin de mieux comprendre le rôle des ces ions dans la carcinogénicité métallique. L'ISEL a semblé ici tout aussi utile dans l'évaluation de la biocompatibilité du nickel-titane. En effet, grâce à cet essai, des résultats fort encourageants ont été obtenus avec le NiTi. Ce dernier a donné des résultats comparables à ceux du titane pur. Par contre, l'acier inoxydable 316-L peut dans certains cas produire aussi des dommages à la chromatine. Par conséquent, cet essai in vitro de génotoxicité nous permet d'être optimiste quand à l'utilisation éventuelle de NiTi à titre d'implant chirurgical permanent.