Les maladies cardio-vasculaires liées à l'athérosclérose sont pourvoyeuses d’une importante morbi-mortalité dans les pays développés. Une détection plus précoce des modifications des parois vasculaires, via des techniques de diagnostic non invasives, pourrait sensiblement améliorer leur prise en charge. L'échographie est largement utilisée comme outil de dépistage des maladies cardiovasculaires. Cependant, sa faible sensibilité limite son utilisation. Le développement d’agent de contraste spécifique permettant de résoudre ce problème semble donc primordial. Le fucoidane est un ligand polysaccharidique sulfaté ayant une forte affinité pour la P-sélectine. Exprimée au niveau de la surface des plaquettes activées et des cellules endothéliales, cette dernière est impliquée dans la pathogénèse précoce des maladies cardiovasculaires. Le but de ce projet de thèse a été de développer un agent de contraste injectable ciblant la P-sélectine via le fucoidane dans le but de réaliser une modalité d’imagerie moléculaire de faible coût, simple et spécifique des pathologies artérielles. Trois types d'agents de contraste ont été développés : 1) Des nanoparticules associées à du bromure de perfluorooctyle (PFOB), fonctionnalisées par du fucoidane. Elles ont été capables de se fixer à la P-selectine et une amélioration du contraste a été observée présentaient une mauvaise échogénicité dans la circulation sanguine, probablement en raison de leur faible teneur en PFOB et de leur très petite taille. 2) Afin d’améliorer l’échogénicité, des microcapsules contentant du PFOB dans leur coeur ont été développées. Celles-ci se sont également liées à la P-sélectine même en condition de dans un modèle animal de maladie artérielle. Cependant, ces produits flux sanguin. Des résultats dans les zones où la P-sélectine était exprimée. Malheureusement, l'augmentation du ont montré que ces m icrocapsules étaient présentes contraste était toujours insuffisante pour être suffisamment discriminante. 3) Des microbulles fonctionnalisées par du fucoidane, ont été conçues pour surmonter ce problème d’échogénicité. Elles ont montré une augmentation significative du signal acoustique en condition de flux sanguin. De plus, ces microbulles se sont accumulées à la surface des parois artérielles riches en thrombus. Ces derniers résultats indiquent que ces microbulles, en tant qu'outil d'imagerie moléculaire ultrasonore, pourraient être très intéressantes pour les futures études des maladies artérielles. / Cardiovascular diseases due to atherosclerosis remain a major morbidity in developed countries. Their treatment could be substantially improved with early detection of the vascular Ultrasonography is widely used as a screening tool in clinic to detect cardiovascular diseases. However, its low resolution requires the development of targeted acoustic tracers to improve the contrast degree. Fucoidan is a sulfated polysaccharide ligand with a high affinity for P-selectin, which was found to be expressed on the activated non- pathological changes by invasive diagnostic techniques. platelets and endothelial cells and involved in the early pathogenesis of cardiovascular diseases. The aim of this doctoral project was to develop injectable, low-cost and simple contrast agents, functionalized with fucoidan as efficient acoustic tracers of P-selectin for ultrasound molecular imaging of arterial pathologies. Three types of contrast agents have been developed: 1) Fucoidan functionalized nanoparticles loaded with perfluorooctyl bromide (PFOB). They could bind to P-selectin and exhibit contrast enhancement in animal models of arterial disease. However, these products showed poor echogenicity in blood stream due probably to low content of PFOB and their very small size. 2) Fucoidan functionalized microcapsules with PFOB core were developed to improve the PFOB encapsulation efficiency. They could bind to P-selectin in arterial flow conditions, and microcapsules were located in the regional expression of P-selectin. Unfortunately, results revealed that these the contrast enhancement was still insufficient to be observed. 3) To address echogenicity problems, fucoidan functionalized polymer microbubbles were designed to replace PFOB. They showed strong signal enhancement under flow conditions and could accumulate on the surface of platelets-rich thrombus. These results indicated that these microbubbles, as ultrasound molecular imaging tools, could be very interesting for the future study of arterial diseases.

L’objectif ici était de développer une méthode de détection des tumeurs cérébrales via des agents de contraste pour l’IRM du 19F à 7 teslas. Nous évaluons en particulier le potentiel de cette méthode à mettre en évidence l’angiogenèse tumorale à l’aide d’agents de contraste fonctionnalisés avec le peptide RGD et ciblant l’intégrine ανβ3, biomarqueur surexprimé à la surface des néo-vaisseaux irriguant la tumeur. Du fait des basses concentrations locales en agent de contraste, les efforts portent dans un premier temps sur l’optimisation d’une séquence multi échos de spin dédiée à l’imagerie du PFOB (perfluorooctyl bromure), perfluorocarbure biocompatible choisi pour constituer la base de nos agents de contraste. Nous montrons qu’un paramétrage minutieux de cette séquence permet la suppression de la J-modulation et un rehaussement du T2, conduisant à une excellente sensibilité in vitro. La séquence est ensuite testée pour des mesures d’oxygénation dans le foie et la rate chez la souris, après injection d’une émulsion de PFOB. Les résultats indiquent une très bonne précision des mesures après injection d’une seule dose d’émulsion. Notre séquence est également utilisée pour réaliser une étude de biodistribution dynamique, permettant de suivre l’accumulation des nanoparticules d’émulsion dans le foie et la rate juste après injection. Nous montrons par ailleurs qu’il est possible d’évaluer la furtivité d’émulsions contenant différentes quantités de PEG (Poly Ethylène Glycol) en ajustant les données expérimentales sur un modèle pharmacocinétique empirique. La séquence est enfin utilisée pour détecter des nanoparticules d’émulsions fonctionnalisées pour cibler l’intégrine ανβ3 dans un modèle souris U87 de glioblastome. Nous comparons les concentrations en agent de contraste obtenues dans la tumeur avec une émulsion contenant le peptide RGD, et une émulsion contrôle. Les résultats indiquent des concentrations significativement plus élevées avec l’émulsion RGD qu’avec l’émulsion contrôle, supposant un ciblage spécifique d’ανβ3 par les nanoparticules fonctionnalisées. Un dernier chapitre est dédié à une nouvelle méthode de spectroscopie de diffusion en 19F, dont le but est d’éliminer le signal vasculaire provenant des nanoparticules de PFOB circulantes afin d’évaluer le signal ne provenant que des particules liées. / This study aimed at developing a method for detection of brain tumors at 7 teslas thanks to 19F MRI contrast agents. We particularly assessed the potential of this method to highlight tumor angiogenesis with RGD-functionalized contrast agents targeting ανβ3 integrin, a biomarker over-expressed at the surface of new capillary blood vessels. Owing to low local concentrations in contrast agent, the first step consisted in optimizing a multi spin echo sequence dedicated to a well-known biocompatible perfluorocarbon, perfluorooctylbromide (PFOB). We show that careful adjustment of sequence parameters allows cancellation of J-modulation and T2 enhancement, and yields an excellent sensitivity in vitro. Our sequence was then tested for oxygenation measurements in the mouse liver and spleen after injection of a PFOB emulsion. The results demonstrate very good accuracy of the measurements after one single infusion of emulsion. We also perform a dynamic biodistribution study in order to monitor emulsion nanoparticle uptake in the liver and spleen. Moreover, we show that stealth of emulsions grafted with different quantities of polyethylene glycol (PEG) can be assessed by fitting experimental data with a pharmacokinetic empirical model. Our sequence was finally used to visualize ανβ3-targeted nanoparticles in a U87 glioblastoma mouse model. Concentrations found in tumors after injection of an RGD-functionalized emulsion and a control emulsion are compared. Concentrations are found to be significantly higher with the RGD emulsion than with the control emulsion, suggesting specific binding of functionalized nanoparticles with ανβ3 integrin. The last part is dedicated to a new diffusion-weighted 19F NMR spectroscopy sequence. This method aims at suppressing vascular signal coming from circulating PFOB nanoparticles in order to evaluate signal coming from bound nanoparticles only.

L'objectif ici était de développer une méthode de détection des tumeurs cérébrales via des agents de contraste pour l'IRM du 19F à 7 teslas. Nous évaluons en particulier le potentiel de cette méthode à mettre en évidence l'angiogenèse tumorale à l'aide d'agents de contraste fonctionnalisés avec le peptide RGD et ciblant l'intégrine ανβ3, biomarqueur surexprimé à la surface des néo-vaisseaux irriguant la tumeur. Du fait des basses concentrations locales en agent de contraste, les efforts portent dans un premier temps sur l'optimisation d'une séquence multi échos de spin dédiée à l'imagerie du PFOB (perfluorooctyl bromure), perfluorocarbure biocompatible choisi pour constituer la base de nos agents de contraste. Nous montrons qu'un paramétrage minutieux de cette séquence permet la suppression de la J-modulation et un rehaussement du T2, conduisant à une excellente sensibilité in vitro. La séquence est ensuite testée pour des mesures d'oxygénation dans le foie et la rate chez la souris, après injection d'une émulsion de PFOB. Les résultats indiquent une très bonne précision des mesures après injection d'une seule dose d'émulsion. Notre séquence est également utilisée pour réaliser une étude de biodistribution dynamique, permettant de suivre l'accumulation des nanoparticules d'émulsion dans le foie et la rate juste après injection. Nous montrons par ailleurs qu'il est possible d'évaluer la furtivité d'émulsions contenant différentes quantités de PEG (Poly Ethylène Glycol) en ajustant les données expérimentales sur un modèle pharmacocinétique empirique. La séquence est enfin utilisée pour détecter des nanoparticules d'émulsions fonctionnalisées pour cibler l'intégrine ανβ3 dans un modèle souris U87 de glioblastome. Nous comparons les concentrations en agent de contraste obtenues dans la tumeur avec une émulsion contenant le peptide RGD, et une émulsion contrôle. Les résultats indiquent des concentrations significativement plus élevées avec l'émulsion RGD qu'avec l'émulsion contrôle, supposant un ciblage spécifique d'ανβ3 par les nanoparticules fonctionnalisées. Un dernier chapitre est dédié à une nouvelle méthode de spectroscopie de diffusion en 19F, dont le but est d'éliminer le signal vasculaire provenant des nanoparticules de PFOB circulantes afin d'évaluer le signal ne provenant que des particules liées.