Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La matière sombre est un mystère dans le domaine de l’astrophysique depuis déjà plusieurs années. De nombreuses observations montrent que jusqu’à 85 % de la masse gravitationnelle totale de l’univers serait composée de cette matière de nature inconnue. Une théorie expliquant cette masse manquante considérerait les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), particules stables, non chargées, prédites par des extensions du modèle standard, comme candidats. Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques à la matière Sombre) est une expérience qui tente de détecter directement le WIMP. Le projet utilise des détecteurs à gouttelettes de fréon (C4F10) surchauffées. La collision entre un WIMP et le noyau de fluor crée un recul nucléaire qui cause à son tour une transition de phase de la gouttelette liquide à une bulle gazeuse. Le bruit de ce phénomène est alors capté par des senseurs piézoélectriques montés sur les parois des détecteurs. Le WIMP n’est cependant pas la seule particule pouvant causer une telle transition de phase. D’autres particules environnantes peuvent former des bulles, telles les particules alpha où même des rayons gamma . Le système d’acquisition de données (DAQ) est aussi en proie à du bruit électronique qui peut être enregistré, ainsi que sensible à du bruit acoustique extérieur au détecteur. Finalement, des fractures dans le polymère qui tient les gouttelettes en place peut également causer des transitions de phase spontanées. Il faut donc minimiser l’impact de tous ces différents bruit de fond. La pureté du matériel utilisé dans la fabrication des détecteurs devient alors très importante. On fait aussi appel à des méthodes qui impliquent l’utilisation de variables de discrimination développées dans le but d’améliorer les limites d’exclusion de détection du WIMP. / Dark matter has been a mystery for astrophysicists for years now. Numerous observations have shown that up to 85 % of the gravitation mass of the universe is made of this unknown type of matter. One of the theories explaining this missing mass problem considers WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), neutral stable particles predicted by extensions of the standard model, as possible candidates. The PICASSO experiment (Project In Canada to Search for Supersymetric Objects) tries to detect this particle directly. The technique uses superheated droplet detectors, with freon (C4F10) as the active medium. When a WIMP hits the fluorine nucleus, it creates a nuclear recoil, which in turn triggers a phase transition from a liquid droplet to a gaseous bubble. The acoustic noise of this event is then recorded by piezoelectric transducers mounted on the walls of the detector. There are however other particles than the WIMPs that can trigger this phase transition. Alpha particles, or even gamma rays can create bubbles. The Data Acquisition System (DAQ) is also subject to electronic noise that can be picked up, and to acoustic noise coming from an exterior source. Fractures in the polymer holding the droplets in place can also trigger spontaneous phase transitions. There is therefore a need to minimize the impact of these background noises. The level of purity of the ingredients used in detector fabrication then becomes very important. Digital processing methods are also used to develop discrimination variables that improve the limits of detection of the WIMP.

Le cancer de l’ovaire est la première cause de décès par cancer gynécologique en France et il présente un fort taux de récidive justifiant la recherche de nouvelles thérapeutiques. Notre projet consiste à développer et à explorer sur des modèles expérimentaux précliniques de carcinose péritonéale de nouveaux agents thérapeutiques radiopharmaceutiques et des voies d’administration innovantes ciblant plus particulièrement la maladie résiduelle micro-métastatique présente après chirurgie de cytoréduction. Nous utilisons des anticorps monoclonaux internalisants spécifiques d’un récepteur membranaire surexprimé dans le cancer de l’ovaire et d’autres cancers gynécologiques, le récepteur de type 2 de l’hormone anti-müllerienne (AMHR2). Ces anticorps sont couplés à des radionucléides aux propriétés thérapeutiques : le Lutecium-177 (un émetteur de particules beta moins) et le Bismuth-213 (un émetteur de particules alpha) réalisant un traitement de radioimmunothérapie. Ils sont évalués après injection intrapéritonéale mais également en utilisant la technique RadioImmunoThérapie Intrapéritonéale Brève (BIP-RIT) consistant à instiller de fortes activités d’anticorps radiomarqués dans le péritoine avant d’en réaliser un rinçage abondant, à l’image de la chimiothérapie hyperthermique intrapéritonéale (CHIP). Sont étudiés sur différents modèles la biodistribution, la dosimétrie, la toxicité et l’efficacité thérapeutique des différentes combinaisons de radionucléides et de voies d’administration. La BIP-RIT présente un profil de biodistribution et de dosimétrie toujours favorable, quel que soit le radionucléide utilisé même si l’utilisation du Bismuth-213 apparait plus particulièrement adaptée à cette technique (bonne efficacité thérapeutique avec absence de toxicité). L’imagerie PET/CT de la biodistribution in-vivo de ces anticorps a été réalisée à l’aide de l’émetteur de positrons Zirconium-89 ouvrant la voie à une approche théragnostique du traitement des cancers gynécologiques AMHR2+ par (radio)immunothérapie. Les mécanismes d’action thérapeutique d’une version humanisée de l’anticorps anti-AMHR2 sont également étudiés. Ce travail ouvre des perspectives cliniques intéressantes dans la prise en charge du cancer de l’ovaire. / Ovarian cancer is the first cause of cancer death from gynaecologic malignancy in France and it has high rate of recurrence justifying the development of new therapeutic tools. Our project aims at developing new radiopharmaceuticals and innovative route of administration to target the small volume residual disease after complete cytoreductive surgery of peritoneal carcinomatosis on preclinical models. We use internalising monoclonal antibodies specific of the anti-müllerian hormone type 2 receptor (AMHR2), overexpressed in ovarian cancer and gynaecologic malignancies. Antibodies are radiolabelled with Lutecium-177, a beta minus emitter, and Bismuth-213, an alpha emitter, to perform radioimmunotherapy. Radiolabelled antibodies are injected intraperitoneally but also after Brief IntraPeritoneal RadioImmunoTherapy (BIP-RIT), a technique delivering high activities in the peritoneal cavity for a short time before washing, like Hyperthermic IntraPEritoneal Chemotherapy (HIPEC). We studied biodistribution, dosimetry, toxicity and therapeutic efficacy on various models and combinaison of radionuclides and route of administration. BIP-RIT appears to be always favourable in term of biodistribution and dosimetry (especially for the tumour-over-blood ratio) whatever the radionuclide used. Bismuth-213 is particularly adapted for radioimmunotherapy of small residual tumours, showing therapeutic efficacy with no toxicity. PET/CT imaging of radiolabelled antibodies with Zirconium-89 was performed and may be used as a theranostic tool for (radio)immunotherapy with anti-AMHR2 antibodies. The anti-tumour efficacy mechanisms of a humanized version of anti-AMHR2 antibody are also presented. This work may lead to realistic theranostic options in ovarian cancer in clinic.

La matière sombre est un mystère dans le domaine de l’astrophysique depuis déjà plusieurs années. De nombreuses observations montrent que jusqu’à 85 % de la masse gravitationnelle totale de l’univers serait composée de cette matière de nature inconnue. Une théorie expliquant cette masse manquante considérerait les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), particules stables, non chargées, prédites par des extensions du modèle standard, comme candidats. Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques à la matière Sombre) est une expérience qui tente de détecter directement le WIMP. Le projet utilise des détecteurs à gouttelettes de fréon (C4F10) surchauffées. La collision entre un WIMP et le noyau de fluor crée un recul nucléaire qui cause à son tour une transition de phase de la gouttelette liquide à une bulle gazeuse. Le bruit de ce phénomène est alors capté par des senseurs piézoélectriques montés sur les parois des détecteurs. Le WIMP n’est cependant pas la seule particule pouvant causer une telle transition de phase. D’autres particules environnantes peuvent former des bulles, telles les particules alpha où même des rayons gamma . Le système d’acquisition de données (DAQ) est aussi en proie à du bruit électronique qui peut être enregistré, ainsi que sensible à du bruit acoustique extérieur au détecteur. Finalement, des fractures dans le polymère qui tient les gouttelettes en place peut également causer des transitions de phase spontanées. Il faut donc minimiser l’impact de tous ces différents bruit de fond. La pureté du matériel utilisé dans la fabrication des détecteurs devient alors très importante. On fait aussi appel à des méthodes qui impliquent l’utilisation de variables de discrimination développées dans le but d’améliorer les limites d’exclusion de détection du WIMP. / Dark matter has been a mystery for astrophysicists for years now. Numerous observations have shown that up to 85 % of the gravitation mass of the universe is made of this unknown type of matter. One of the theories explaining this missing mass problem considers WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), neutral stable particles predicted by extensions of the standard model, as possible candidates. The PICASSO experiment (Project In Canada to Search for Supersymetric Objects) tries to detect this particle directly. The technique uses superheated droplet detectors, with freon (C4F10) as the active medium. When a WIMP hits the fluorine nucleus, it creates a nuclear recoil, which in turn triggers a phase transition from a liquid droplet to a gaseous bubble. The acoustic noise of this event is then recorded by piezoelectric transducers mounted on the walls of the detector. There are however other particles than the WIMPs that can trigger this phase transition. Alpha particles, or even gamma rays can create bubbles. The Data Acquisition System (DAQ) is also subject to electronic noise that can be picked up, and to acoustic noise coming from an exterior source. Fractures in the polymer holding the droplets in place can also trigger spontaneous phase transitions. There is therefore a need to minimize the impact of these background noises. The level of purity of the ingredients used in detector fabrication then becomes very important. Digital processing methods are also used to develop discrimination variables that improve the limits of detection of the WIMP.

Le noyau est un objet quantique complexe formé de protons et neutrons. Dans l'approche champ moyen, les nucléons sont considérés comme des particules indépendantes évoluant dans un potentiel moyen. Cependant dans certaines conditions, des nucléons peuvent se regrouper pour former des amas ou " clusters ".Pour comprendre ce phénomène de " clusters " dans les noyaux, nous avons étudié la structure dans l'état fondamental du 40Ca et de l'40Ar. En effet, des calculs théoriques tendent à montrer que les noyaux N = Z pourraient plus facilement adopter une structure en " clusters " que les noyaux N ≠ Z en raison d'un plus grand recouvrement des fonctions d'onde des neutrons et protons. Dans ce cas, l'émission de particules α par les noyaux N = Z sous l'effet du potentiel nucléaire attractif d'un noyau projectile, appelée " Towing-Mode " sera plus important que pour un noyau N ≠ Z. Dans ce but, nous avons réalisé une expérience au GANIL utilisant un faisceau d'40Ar à 35 MeV/A et une cible de 40Ca. Le spectromètre SPEG a permis d'identifier avec une très bonne résolution les ions lourds produits durant la réaction. Les détecteurs silicium MUST2 furent placés tout autour de la cible pour mesurer les particules α émises par la cible et le projectile et le prototype de calorimètre EXL fut utilisé pour la détection des photons de décroissance des noyaux résiduels d'36Ar et de 36S.Un modèle théorique basé sur la résolution de l'équation de Schrödinger dépendante du temps (TDSE) a été utilisé pour reproduire certains résultats expérimentaux comme les distributions angulaires. L'analyse des données a permis de reconstruire des spectres d'énergies d'excitation et des sections efficaces différentielles. De la comparaison entre ces distributions expérimentales et celles calculées par le modèle théorique, nous avons pu extraire des facteurs spectroscopiques Sα pour les deux noyaux d'intérêt. Les taux de " clusterisation " observés pour ces deux noyaux semblent indiquer que la structure en " clusters " n'est pas plus favorisée dans le 40Ca que dans l'40Ar.

Le noyau est un objet quantique complexe formé de protons et neutrons. Dans l'approche champ moyen, les nucléons sont considérés comme des particules indépendantes évoluant dans un potentiel moyen. Cependant dans certaines conditions, des nucléons peuvent se regrouper pour former des amas ou « clusters ».Pour comprendre ce phénomène de « clusters » dans les noyaux, nous avons étudié la structure dans l'état fondamental du 40Ca et de l'40Ar. En effet, des calculs théoriques tendent à montrer que les noyaux N = Z pourraient plus facilement adopter une structure en « clusters » que les noyaux N ≠ Z en raison d'un plus grand recouvrement des fonctions d'onde des neutrons et protons. Dans ce cas, l'émission de particules α par les noyaux N = Z sous l'effet du potentiel nucléaire attractif d'un noyau projectile, appelée « Towing-Mode » sera plus important que pour un noyau N ≠ Z. Dans ce but, nous avons réalisé une expérience au GANIL utilisant un faisceau d'40Ar à 35 MeV/A et une cible de 40Ca. Le spectromètre SPEG a permis d'identifier avec une très bonne résolution les ions lourds produits durant la réaction. Les détecteurs silicium MUST2 furent placés tout autour de la cible pour mesurer les particules α émises par la cible et le projectile et le prototype de calorimètre EXL fut utilisé pour la détection des photons de décroissance des noyaux résiduels d'36Ar et de 36S.Un modèle théorique basé sur la résolution de l'équation de Schrödinger dépendante du temps (TDSE) a été utilisé pour reproduire certains résultats expérimentaux comme les distributions angulaires. L'analyse des données a permis de reconstruire des spectres d'énergies d'excitation et des sections efficaces différentielles. De la comparaison entre ces distributions expérimentales et celles calculées par le modèle théorique, nous avons pu extraire des facteurs spectroscopiques Sα pour les deux noyaux d'intérêt. Les taux de « clusterisation » observés pour ces deux noyaux semblent indiquer que la structure en « clusters » n'est pas plus favorisée dans le 40Ca que dans l'40Ar. / Nuclei are complex self-bound systems formed by nucleons. Conjointly to a mean-field picture in which nucleons can be regarded as independent particles, few nucleons might self-organize into compact objects, called clusters, inside the nucleus. It is theoretically predicted that it should manifest itself most strikingly for N = Z nuclei close to the emission thresholds and has been studied extensively in this region. We propose to study α-clusterization in the ground state of the N = Z 40Ca nucleus and the N ≠ Z 40Ar nucleus. We have studied the nuclear break-up of 40Ca when the 40Ar projectile passes by. If α clusters are preformed in 40Ca, the probability of α-emission through nuclear break-up will be enhanced as compared to 40Ar N ≠ Z nuclei. The nuclear break-up of 40Ca was studied with an 40Ar beam produced at GANIL at 35 MeV/A. The SPEG spectrometer was used to detect the heavy projectile with accurate resolution. The MUST2 Silicon detectors were placed around the target to measure the emitted α and the EXL calorimeter prototype was used to identify the γ rays from the decay of the residual 36Ar and 36S.A theoretical approach based on Time-Dependent Schrödinger Equation (TDSE) theory has been used to reproduce some experimental results like angular distributions.From the data analysis, we reconstructed excitation energy spectra and angular distributions which are compared to TDSE theory to extract some spectroscopic factors Sα. These factors show that there is no more clusterization state in the ground state of the 40Ca than in the ground state of 40Ar.

Les cellules cancéreuses se multiplient de manière incontrôlée, se propagent dans le corps et constituent une menace significative à la santé publique, mettant en évidence la nécessité de traitements universels. Parmi les modalités thérapeutiques complémentaires, la radiothérapie est une des plus couramment utilisée pour éliminer ces cellules. L’introduction récente de la Radiothérapie par Émetteurs Alpha Diffusants (Alpha DaRT), une thérapie innovante contre le cancer, utilise des sources radioactives contenant des atomes de Ra-224 pour améliorer l'efficacité du traitement en exploitant les propriétés radiobiologiques des particules alpha. L'objectif de cette étude est de caractériser le spectre énergétique d’une source Alpha DaRT en distinguant les particules alpha et bêta, et d'évaluer les activités du Ra-224 et de ses descendants à l’aide d’un compteur à scintillation liquide moderne. Grâce à l'utilisation du compteur à scintillation liquide Hidex 600 SLe, équipé de trois PMT, et de la séparation alpha/bêta 2D/3D, il est possible de déterminer les activités absolues des radionucléides. La séparation alpha/bêta 2D/3D surmonte les limitations des études précédentes et offre une représentation visuelle unique des spectres, améliorant ainsi la caractérisation des sources Alpha DaRT. Le suivi sur plusieurs mois d’une source Alpha DaRT, avec la décroissance progressive de son activité, et la mesure par scintillation liquide de son facteur d’efficacité en excluant les traces de contamination au Th-228, supportent la faisabilité d’utiliser cette méthode de mesure sur une longue période. Pour ce faire, le compte des particules alpha et bêta a été séparés par le compteur et classifié en fonction de l’énergie émise des particules. Un programme maison en Python a été développé pour extraire les activités de chaque fille dans la chaîne de désintégration du Ra-224. Un résultat intéressant est qu’en raison de la décroissance rapide (demi-vie de 0,3 μs) du Po-212 (une descendante du Ra-224), une partie de l'activité alpha totale n’est pas mesurée par le compteur. Ce phénomène doit être pris en compte lors de l'évaluation des efficacités de la scintillation liquide pour les mesures quantitatives des sources Alpha DaRT. Les résultats ont ensuite été comparés à aux valeurs attendues de la littérature et des calculs numériques. / Cancer cells multiply uncontrollably, spread throughout the body, and pose a significant public health threat, requiring the need for universal treatments. Among the complementary therapeutic modalities, radiotherapy is one of the most commonly used to eliminate these cells. The recent introduction of Alpha DaRT (Diffusing Alpha-emitters Radiation Therapy), an innovative cancer therapy, involves the use of radioactive sources containing Ra-224 atoms to enhance treatment efficacy by exploiting the radiobiological properties of alpha particles. The aim of this study is to characterize an Alpha DaRT source by distinguishing alpha and beta particles, and to evaluate the activities of Ra-224 and its descendants using a modern liquid scintillation counter. With the use of the Hidex 600 SLe liquid scintillation counter, equipped with three PMTs, and the 2D/3D alpha/beta separation method, it is possible to determine the absolute activities of the radionuclides. The 2D/3D alpha/beta separation method overcomes the limitations of previous studies and provides a unique visual representation of spectra, thereby improving the characterization of Alpha DaRT sources. Monitoring an Alpha DaRT source over several months, with its progressively decaying activity, and measuring its efficiency excluding traces of Th-228 contamination, confirm the feasibility of using this method of measurement over a long period. Counts from alpha and beta particles were separated by the counter and binned according to their emitted energies. An in-house Python program was developed to extract the activities of each daughter in the Ra-224 decay chain. An interesting finding is due to the fast (0.3 μs half-life) decay of Po-212 (Ra-224 daughter), part of the alpha activity is missed by the counter. This phenomenon should be considered when assessing the efficiency of liquid scintillation for quantitative measurements of Alpha DaRT sources. These results were then compared to expected values from literature and numerical calculations.