München, Techn. Univ., Diss., 2003.

L'objectif de cette thèse est de développer l'imagerie de transfert de saturation des agents de contraste lipoCEST pour la détection de l'angiogenèse dans un modèle souris de tumeur cérébrale U87. Un lipoCEST offrant un seuil de sensibilité in vitro de 100 pM est optimisé afin de répondre aux contraintes de l'imagerie CEST in vivo. Grâce à la mise en place d'un dispositif expérimental dédié à l'imagerie CEST, nous évaluons les performances des lipoCEST pour détecter de façon spécifique l'angiogenèse tumorale. Nous montrons pour la première fois qu'il est possible de détecter un lipoCEST in vivo dans un cerveau de souris suite à une injection intraveineuse. De plus, l'utilisation d'un lipoCEST fonctionnalisé avec un peptide RGD permet de cibler spécifiquement l'intégrine ανβ3 surexprimée lors de l'angiogenèse tumorale. L'association spécifique du RGD-lipoCEST est confirmée grâce à des données d'immunohistochimie et de microscopie de fluorescence. Enfin, dans le but de tendre vers un protocole d'imagerie moléculaire par IRM-CEST, nous mettons en place un outil de quantification des lipoCEST. Cet outil repose sur la modélisation des processus d'échange de protons in vivo. Grâce à la prise en compte des inhomogénéités de champs B0 et B1 qui peuvent se révélées être délétères pour le contraste CEST, nous démontrons que la précision de notre outil de quantification est de 300 pM in vitro. La quantification des données CEST acquises chez la souris U87 permet d'estimer à 1,8 nM la concentration maximale en RGD-lipoCEST liés à leur cible moléculaire.

L’objectif de cette thèse est de développer l’imagerie de transfert de saturation des agents de contraste lipoCEST pour la détection de l’angiogenèse dans un modèle souris de tumeur cérébrale U87. Un lipoCEST offrant un seuil de sensibilité in vitro de 100 pM est optimisé afin de répondre aux contraintes de l’imagerie CEST in vivo. Grâce à la mise en place d’un dispositif expérimental dédié à l’imagerie CEST, nous évaluons les performances des lipoCEST pour détecter de façon spécifique l’angiogenèse tumorale. Nous montrons pour la première fois qu’il est possible de détecter un lipoCEST in vivo dans un cerveau de souris suite à une injection intraveineuse. De plus, l’utilisation d’un lipoCEST fonctionnalisé avec un peptide RGD permet de cibler spécifiquement l’intégrine ανβ3 surexprimée lors de l’angiogenèse tumorale. L’association spécifique du RGD-lipoCEST est confirmée grâce à des données d’immunohistochimie et de microscopie de fluorescence. Enfin, dans le but de tendre vers un protocole d’imagerie moléculaire par IRM-CEST, nous mettons en place un outil de quantification des lipoCEST. Cet outil repose sur la modélisation des processus d’échange de protons in vivo. Grâce à la prise en compte des inhomogénéités de champs B0 et B1 qui peuvent se révélées être délétères pour le contraste CEST, nous démontrons que la précision de notre outil de quantification est de 300 pM in vitro. La quantification des données CEST acquises chez la souris U87 permet d’estimer à 1,8 nM la concentration maximale en RGD-lipoCEST liés à leur cible moléculaire. / The study aimed at developing saturation transfer imaging of lipoCEST contrast agents for the detection of angiogenesis in a U87 mouse brain tumor model. A lipoCEST with a sensitivity threshold of 100 pM in vitro was optimized in order to make it compatible with CEST imaging in vivo. Thanks to the development of an experimental setup dedicated to CEST imaging, we evaluated lipoCEST to detect specifically tumor angiogenesis. We demonstrated for the first time that lipoCEST visualization was feasible in vivo in a mouse brain after intravenous injection. Moreover, the integrin ανβ3 overexpressed during tumor angiogenesis can be specifically targeted using a functionalized lipoCEST with RGD peptide. The specific association between the RGD-lipoCEST and its target ανβ3 was confirmed by immunohistochemical data and fluorescence microscopy. Finally, in order to tend to a molecular imaging protocol by CEST-MRI, we developed a quantification tool of lipoCEST contrast agents. This tool is based on modeling of proton exchange processes in vivo. By taking into account both B0 and B1 fields inhomogeneities which can dramatically alter CEST contrast, we showed that the accuracy of our quantification tool was 300 pM in vitro. The tool was applied on in vivo data acquired on the U87 mouse model and the maximum concentration of RGD-lipoCEST linked to their molecular targets was evaluated to 1.8 nM.

L’Opacification Capsulaire Postérieure (OCP) est la fibrose de la capsule développée sur la lentille intraoculaire implantée (LIO) suite à la dé-différenciation de cellules épithéliales cristalliniennes (LECs) subissant une transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). La littérature a montré que l'incidence de l’OCP est multifactorielle, dont l'âge ou la maladie du patient, la technique de chirurgie, le design et le matériau de la LIO. La comparaison des LIOs en acryliques hydrophiles et hydrophobes montre que les premières ont une OCP plus sévère, médiée par la transition EMT. En outre, il est également démontré que l'adhérence des LECs est favorisée sur des matériaux hydrophobes par rapport à ceux hydrophiles. Une stratégie biomimétique destinée à promouvoir l’adhérence des LECs sans dé-différenciation en vue de réduire le risque de développement de l’OCP est proposée. Dans cette étude, les peptides RGD, ainsi que les méthodes de greffage et de quantification sur un polymère acrylique hydrophile ont été étudiés. La surface fonctionnalisée des LIOs favorisant l'adhérence des LECs via les récepteurs de type intégrine peut être utilisée pour reconstituer la structure capsule-LEC-LIO en sandwich, ce qui est considéré dans la littérature comme un moyen de limiter la formation de l‘OCP. Les résultats montrent que le biomatériau innovant améliore l'adhérence des LEC, et présente également les propriétés optiques (transmission de la lumière , banc optique) similaires et mécaniques (force haptique de compression, force d'injection de la LIO) comparables à la matière de départ. En outre, par rapport au matériau hydrophobe IOL, ce biomatériau bioactif présente des capacités similaires vis à vis de l’adhérence des LECs, le maintien de la morphologie, et l'expression de biomarqueurs de l’EMT. Les essais in vitro suggèrent que ce biomatériau a le potentiel de réduire certains facteurs de risque de développement de l’OCP. / Posterior Capsular Opacification (PCO) is the capsule fibrosis developed onto the implanted IntraOcular Lens (IOL) by the de-differentiation of Lens Epithelial Cells (LEC) undergoing Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT). Literature has shown that the incidence of PCO is multifactorial including patient’s age or disease, surgical technique, and IOL design and material. Reports comparing hydrophilic and hydrophobic acrylic IOLs show the former has more severe PCO after EMT transition. Additionally, the LEC adhesion is favored onto the hydrophobic materials compared to the hydrophilic ones. A biomimetic strategy to promote LEC adhesion without de-differentiation to reduce PCO development risk is proposed. RGD peptides, as well as their grafting and quantification methods on a hydrophilic acrylic polymer were investigated. The surface functionalized IOL promoting LEC adhesion via integrin receptors can be used to reconstitute the capsule-LEC-IOL sandwich structure, which is considered to prevent PCO formation in literature. The results show the innovative biomaterial improves LEC adhesion, and also exhibits similar optical (light transmittance, optical bench) and mechanical (haptic compression force, IOL injection force) properties comparing to the starting material. In addition, comparing to the hydrophobic IOL material, this bioactive biomaterial exhibits similar abilities in LEC adhesion, morphology maintenance, and EMT biomarker expression. The in vitro assays suggest this biomaterial has the potential to reduce some risk factors of PCO development.

Herein we report the synthesis of an RGD-ruthenium bipyridine [Ru(Bpy)2(BpyRGD)]2+ complex aimed at the detection of angiogenesis. Angiogenesis plays a critical role in many pathophysiological processes, such as tumor growth. The αv-integrins (αv[beta]3, αv[beta]5) are currently used as molecular targeting sites for anti-angiogenic therapies. The [Ru(Bpy)2(BpyRGD)]2+ complex is an organometallic luminescent probe, which enables noninvasive, in vitro imaging of αv[beta]3 expression. Peptides containing the arginine-glycine-aspartic acid (RGD) sequence have been shown to bind strongly to the αvb3 integrin. The RuBpy probes are soluble in water, display long lifetimes, and are photochemically stable. These properties enable the Ru(tris-bpy) complexes to be useful in numerous applications in biophysical and cell biology. The [Ru(Bpy)2(BpyRGD)]2+ complex was synthesized by combining the succinimidyl ester on the RuBpy complex with the lysine of the c(RGDfK) peptide. The results of the one-photon fluorescence bioimaging showed selective binding of the cyclic RGD to αv[beta]3 integrin, which supports previous literature. The high luminescence intensity, long lifetimes, and low cell toxicity levels of dye [Ru(Bpy)2(BpyRGD)]2+, illustrates the potential usage of this probe for future biological applications.