Nitration in Inert Fluids Traditional methods of nitration have several disadvantages including the environmental problem of disposal of the spent acid. A main aim of this work was to investigate alternative methods for nitration while minimising the amount of acid required. Perfluorocompounds have been used as bulking agents to replace partially the acid solvent. They are chemically inert and may be reused without the need for purification. Mechanistic and synthetic studies of nitration reactions have been made. Toluene was successfully nitrated to trinitrotoluene using less sulfuric acid than in traditional methods. Benzene, styrene and trans-stilbene have been nitrated using nitric acid or dinitrogen pentoxide in perfluorocompounds. Kinetic results have been obtained for the homogeneous nitrations by N(_2)O(_5) in perfluorodecalin of substrates including 4-chloroanisole, 4-bromophenetole, 4- bromophenol and various chlorophenols. The rate constants have been determined and some mechanistic conclusions have been made. The nitration of various amines using dinitrogen pentoxide or nitric acid in perfluorocarbons has been studied. Nitrated derivatives of morpholine, pyrrolidine, piperidine, oxazolidinone and pyrimidine were successfully obtained using N-(^t)butoxycarbonyl, acetyl or silyl amines.

A Series of fluorophores of the general formular P(CF2)nP and P(CF2)n-1CF3 has been synthesized. Copper catalyzed coupling of 1-bromopyrene and the corresponding mono and di-iodoperfluoroalkanes were used in most cases. For the n=3 dimer, a novel 1,w-perfluoroalkylation of pyrene via bis-decarboxylation of hexafluorogultaric acid was utilized. These compounds, along with suitable hydrocarbon analogs, are being used to study the flexibility of fluorocarbon chains using emission. We have found that the excimer formation for the fluorinated pyrene monomers is highly dependent on concentration and is less efficient than for pyene. Excimer formation for the fluorinated pyrene dimers is much more efficient than for the fluorocarbon monomers and is only slightly concentraion dependent. Steady-state emission spectra indicate hydrocarbon dimers-models form excimers more efficiently than the fluorinated dimers suggesting the fluorinated chains are stiffer than the hydrocarbons. We conducted the temperature-dependent studies and quantified the conformational difference.

In der vorliegenden Arbeit wird beschrieben, wie intrapulmonal stufenweise per Instillation gegebenes, hochgereinigtes Perfluorocarbon (FC 3280) die Hämodynamik, die Lungenfunktion und die Überlebenszeit bei ARDS im Tierexperiment beeinflusst. An zwölf anästhesierten wurde eine prospektive, randomisierte und kontrollierte Studie durchgeführt. Bei den Tieren wurde durch wiederholte Lavagen mit warmem Kochsalz ein Surfactantmangel erzeugt. Anschließend wurden sechs Tiere mit partieller Flüssigkeitsbeatmung (PLV) durch zweimalige Applikation von 7,5 ml/kgKG FC 3280 behandelt (Behandlungsgruppe). In der Kontrollgruppe erhielten 6 Tiere keine weitere Therapie. Die Hämodynamik und der Gasaustausch wurden alle 30 Minuten nach Gabe des PFC kontrolliert. In der Behandlungsgruppe lag der PaO2 nach 7,5 ml/kgKG PFC bei 67 +- 33 mmHg und nach insgesamt 15 ml/kgKG bei 106 +- 74 mmHg. Drei der Tiere sprachen dabei gut auf die Therapie an. Bei ihnen konnten beachtliche Verbesserungen in der Sauerstoffversorgung gezeigt werden. So verbesserte sich der PaO2 von 62 mmHg auf 450 mmHg bei einem der Tiere, welches gut auf PLV ansprach. In der Kontrollgruppe blieb der Gasaustausch jedoch unverändert. Die hämodynamischen Parameter verhielten sich während der ersten 6 Stunden stabil in der Behandlungsgruppe während sich bei den Kontrolltieren die Verhältnisse zunehmend verschlechterten. In der Behandlungsgruppe lag das Mittel der Überlebenszeit bei 8,2 +- 4,5 Std. und bei 1,8 +- 1,4 Std. in der Kontrollgruppe (p < 0,05). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die partielle Flüssigkeitsbeatmung mit Perfluorocarbon nicht bei allen Tieren im experimentellem Lungenversagen durch Lavage die arteriellen Oxygenierung bessert. Jedoch auch die Tiere die keinen Anstieg des PaO2 zeigten, lebten länger als die Kontrolltiere. Somit zeigt die verbesserte Überlebenszeit durch PLV einen positiven Effekt in der Behandlung des akuten Lungenversagens. / This thesis discusses the effects of intrapulmonal application of a highly purified perfluorocarbon (FC3280) concerning haemodynamics, gas exchange and survival rates in an experimental animal model of ARDS. A randomised, controlled and prospective study was performed on twelve anesthetised pigs. Repetitive saline lunglavage resulted in surfactant depletion. Subsequently six pigs received partial liquid ventilation with two aliquots of 7,5 ml/kg FC3280 (treatment group), whereas 6 pigs received no further treatment (control group). Haemodynamic values and gas exchange were recorded in a 30 minutes interval. Within the treatment group the PaO2 after 7, 5 ml/kg PFC was 67 +- 33 mmHg and after 15 ml/kg 106 +- 74 mmHg. Three animals responded well to the treatment. The responding animals showed improvements of arterial oxygen contents. One pig showed a increase in PaO2 from 62 mmHg to 450 mmHg. Within the control group gas exchange remained unchanged. Haemodynaimc values in the treatment group remained stable over six hours but deteriorated in the control group. Survival rates were 8,2 +- 4,5 hours in the treatment group and 1,8 +- 1,4 hours in the control group. In conclusion our study showed that partial liquid ventilation improved oxygenation not in all animals treated with perfluorocarbons. While these animals showed no improved in oxygenation they survived longer than the controls. The significant improvement in survival time shows a positive effect in the treatment of ARDS.

Nous avons synthétisé des polymères possédant des terminaisons fluorées afin de formuler des nanocapsules comme agents de contraste ultrasonores (ACUs) pour l’imagerie des tumeurs. Ces nanocapsules sont composées d’un cœur de bromure de perfluorooctyle (PFOB), un liquide perfluoré biocompatible et échogène, et d’une coque polymère possédant trois blocs d’affinités différentes. Le bloc hydrophile de polyéthylène glycol (PEG) présent en surface des nanocapsules permet de prolonger leur temps de circulation dans le compartiment sanguin et de favoriser leur accumulation dans les tumeurs par l’effet de perméabilité et de rétention accrue. Le bloc hydrophobe de polylactide (PLA) permet de générer une coque dégradable plus stable que les membranes de lipides ou de tensioactifs qui composent les ACUs utilisés en clinique. Finalement, la terminaison fluorée permet de favoriser l’ancrage du polymère autour de la goutte de liquide perfluoré et d’augmenter l’échogénicité des nanocapsules. Deux stratégies différentes ont été développées pour introduire ce bloc fluoré. La première consistait à synthétiser un PLA terminé par un chaînon fluoré linéaire court (C3F7 à C13F27) et à le mélanger à un polymère dibloc PLA-PEG pour formuler les nanocapsules. Nous avons montré que l’efficacité d’encapsulation du PFOB augmente avec la longueur de chaîne fluorée jusqu’à C8F17. La deuxième stratégie consistait à synthétiser directement un polymère tribloc composé des trois parties PEG, PLA et fluorée sur la même chaîne, la partie fluorée étant constituée de 4 à 15 chaînons C8F17 pendants (structure en peigne). Des mesures de tension interfaciale ont montré que ces polymères triblocs s’adsorbent à l’interface PFOB/solvant organique et encapsulent le PFOB plus efficacement que le PLA-PEG non fluoré. La morphologie des capsules est fortement influencée par le nombre de chaînons fluorés présents dans le polymère et par la quantité de polymère utilisée lors de la formulation. Une masse élevée du polymère contenant 15 chaînons fluorés favorisera ainsi la formation de nanocapsules possédant plusieurs cœurs de PFOB. La diminution de la quantité de polymère fluoré a finalement permis de produire des capsules avec un seul cœur, une coque fine, et de forme légèrement ellipsoïdale. Ces capsules diffusent les ultrasons plus efficacement que les capsules de PLA-PEG non fluoré. Alors que la présence de chaînes de PEG atténue considérablement la réponse acoustique des capsules, l’addition des chaînons fluorés permet de contrebalancer cet effet. Cette amélioration provient de plusieurs paramètres : l’augmentation de la quantité de PFOB encapsulé, l’augmentation de la densité de la capsule, et la diminution de l’épaisseur de la coque des capsules. Par ailleurs, les polymères fluorés et leurs produits de dégradation n’induisent pas de cytotoxicité in vitro comparé à leurs analogues non fluorés. Ces nanocapsules apparaissent donc comme des agents de contraste prometteurs pour permettre de mieux visualiser les tumeurs par échographie. / We have synthesized polymers with fluorinated end chains to formulate nanocapsules as ultrasound contrast agents (UCAs) for tumor imaging. These nanocapsules are composed of a core of perfluorooctyl bromide (PFOB), a biocompatible and echogenic perfluorinated liquid, and a polymeric shell made of three blocks of different affinities. The hydrophilic block of poly(ethylene glycol) (PEG) at the surface of the nanocapsules allows increasing their circulation time in the blood and promoting their accumulation into tumors by the enhanced permeation and retention effect. The hydrophobic block of polylactide (PLA) allows generating a degradable shell with higher stability as compared to the surfactant- and lipid-based membranes of commercialized UCAs. Finally, the fluorinated block favors the wetting of the polymer around the perfluorinated liquid and improves the nanocapsules echogenicity. Two different strategies have been developed to introduce this fluorinated part. The first one consisted in synthesizing a PLA terminated by a short linear fluorinated chain (from C3F7 to C13F27) and mixing it with a PLA-PEG diblock polymer to formulate the nanocapsules. The encapsulation efficiency of PFOB was found to increase with the fluorinated chain length up to C8F17. The second strategy consisted in synthesizing directly a triblock polymer composed of the three parts (PEG, PLA and fluorinated) on the same chain, the fluorinated part consisting of 4 to 15 pendant C8F17 chains (with a comb-like structure). Interfacial tension measurements showed that these triblock polymers adsorb at the PFOB/organic solvent interface and encapsulate PFOB more efficiently than non-fluorinated PLA-PEG. The capsules morphology was strongly influenced by the number of fluorinated chains and the amount of polymer used for formulation. Formulation with a high quantity of the polymer containing 15 fluorinated pendants thus favored the formation of nanocapsules with several PFOB cores. Decreasing the fluorinated polymer quantity then allowed producing capsules with a single core, a thin shell, and a slightly ellipsoidal shape. These capsules were more efficient ultrasound scatterers than non-fluorinated PLA-PEG capsules. While the presence of PEG chains considerably attenuates the capsules acoustic response, addition of fluorinated chains seems to counterbalance this effect. Such improvement arises from several contributions: a higher encapsulated PFOB content, a higher density due to the presence of fluorinated chains, and a lower shell thickness. Furthermore, the fluorinated polymers and their degradation products did not induce any in vitro cytotoxicity as compared to their non-fluorinated analogues. These nanocapsules therefore appear as promising UCAs for tumor imaging.

Le cancer est un problème de santé publique dans le monde entier et d'importantes ressources en soins de santé sont dépensées pour le diagnostic. Plus précoce sera le dépistage des tumeurs, meilleures sont les chances de rémission sans rechute. Les techniques d'imagerie permettent de suivre l’évolution du traitement et de réorienter la stratégie en cas d’échec. En combinaison avec des agents de contraste ciblés, les modalités d'imagerie permettent même de sonder les structures à l’échelle moléculaires ce qui pourrait laisser envisager un traitement personnalisé du cancer [1, 2]. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) et l’échographie sont deux techniques complémentaires et non invasives qui permettent la détection de plusieurs cancers (sein, colon, cerveau ...). L'échographie est rentable, portable et fournit, en temps reel, des informations anatomiques. L'IRM profite d’une pénétration profonde dans les tissus mous, d’un contraste élevé et d’une meilleure sensibilité que l’échographie [3]. Néanmoins, l'utilisation de ces techniques en combinaison avec des agents de contraste est difficile, surtout parce que la concentration locale atteint dans la tumeur est souvent inférieure à la plage de sensibilité de détection [4]. Au cours des 20 dernières années, les agents de contraste multifonctionnels ont été construits sur mesure pour atteindre une accumulation préférentielle dans les tissus malades [5]. Dans cette étude, des stratégies de ciblage passif et actif de la tumeur ont été envisagées pour renforcer la concentration locale de nanocapsules polymère, contenant un noyau liquide de bromure de perfluorooctyle (PFOB). L’approche de ciblage passif est basée sur l’effet de pénétration et la rétention accrue (EPR). Les nanocapsules doivent avoir un diamètre inférieur à 400nm une demi-vie plasmatique prolongée. L’approche de ciblage actif est basée sur la reconnaissance spécifique d’un ligand pour une cible biologique surexprimée par la tumeur ou la néovascularisation. Pour le ciblage passif, les nanocapsules ont été préparées avec PLGA-b-PEG par un procédé d'émulsion-évaporation. La morphologie cœur-couronne a été confirmée par RMN du Fluor et cryo microscopie électronique. La surface des nanocapsules est densément couverte par des chaînes de PEG qui adoptent une conformation en brosse, telle qu'évaluée par XPS et diffusion des neutrons aux petits angles. La furtivité des nanocapsules a été démontrée in vitro par des mesures d'activation du complément et in vivo par une étude cinétique de la capture hépatique, réalisée après l'administration intraveineuse de nanocapsules chez la souris nude. L'imagerie des tumeurs, par IRM du Fluor, a révélé que seulement 1% de la dose injectée a été accumulée dans le tissu malade. Par échographie aucun réhaussement du contraste n’a été observé. Ainsi, une autre approche de ciblage a été nécessaire afin d’augmenter l’accumulation des nanocapsules au sein de la tumeur. Les nanocapsules ont été fonctionnalisées avec un peptide RGD (Arginine-Glycine-Acide aspartique afin de cibler les intégrines avß3, qui sont des protéines transmembranaires surexprimées par les néovaisseaux. Deux stratégies, appelées bottom-up et top-down, ont été élaborées pour mener à une décoration satisfaisante du peptide à la surface des nanocapsules. L'efficacité du couplage a été mesurée par RMN du proton. La morphologie des nanocapsules a été étudiée par CryoTEM. / Cancer is a worldwide public health concern and significant health care resources are spent on diagnosis. The sooner the tumor detection, the better the chance of remission without relapse. Furthermore, imaging modalities facilitate the treatment monitoring and feedback, and support decision making to change the strategy when the treatment fails. When used in combination with targeted contrast agents, imaging modalities even enable to probe molecular structures on specific cells opening the doors to personalized cancer therapy [1, 2]. Ultrasonography and Magnetic Resonance Imaging (MRI) are two complementary and non invasive imaging modalities, which allow the detection of a broad range of cancers (breast, colon, brain…). Ultrasonography is cost-effective, portable and provides real-time anatomical information. MRI imparts deep penetration into soft tissues with high contrast and better sensitivity [3]. Nevertheless the use of these techniques in combination with contrast agents is challenging, mostly because the local concentration reached in the tumor is often below the sensitivity detection range [4]. In the last 20 years, multifunctional contrast agents were custom-built to achieve preferential accumulation in the diseased tissue [5]. In this study, passive and active tumor targeting strategies were considered to enhance the local concentration of polymeric nanocapsules, containing a liquid core of perfluorooctyl bromide (PFOB). The passive tumor targeting approach is based on the enhanced permeation and retention (EPR) effect. The related nanocapsules require to be small enough (< 400nm) and have extended plasmatic half life. The active tumor targeting approach is based on the specific receptor-ligand recognition.For passive tumor targeting, the nanocapsules were prepared with PLGA-b-PEG by an emulsion-evaporation process. The core shell morphology was confirmed by cryoTEM and 19F NMR. The surface of nanocapsules was densely covered by PEG chains with brush conformation, as assessed by XPS and Small Angle Neutrons Scattering. The related stealthiness of nanocapsules was evidenced in vitro by complement activation measurements and in vivo by a kinetic study of the mice liver uptake, performed after intravenous administration of nanocapsules. The tumor imaging, by 19F MRI, revealed that only 1% of the injected dose was accumulated in the diseased tissue whereas, by ultrasonography no contrast enhancement was observed. Thus, another targeting approach was required to increase nanocapsule distribution within the tumor. Nanocapsules were functionalized with an Arginine-Glycine-Aspartic acid (RGD) peptide to target the αvβ3 integrins, which are overexpressed proteins on neovessels. Two strategies, called bottom-up and top-down, were designed to achieve satisfying peptide decoration on nanocapsule surface. The coupling efficiency was measured by 1H NMR. The nanocapsule morphology was studied by CryoTEM.

Les composés perfluorés possèdent des propriétés à la fois hydrophobes et lipophobes et sont commercialisés depuis les années 1950. Ils ont été depuis largement utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Cependant, il s’agit de composés persistants, bioaccumulatifs, avec de grandes durées de vie atmosphérique. Ces espèces sont considérées comme de puissants gaz à effet de serre, et seraient principalement dégradées par photolyse, dans la haute atmosphère. Un travail de caractérisation physicochimique de deux composés perfluorés, le PFOA et le PFOS, produits de dégradation ultime des composés perfluorés les plus utilisés, a été réalisé. Des expériences de spectroscopie VUV et spectrométrie de masse ont permis d’identifier les voies de relaxation de ces composés après photoactivation. Une méthodologie par couplage rayonnement synchrotron/spectrométrie de masse permettant la mesure de sections efficaces absolues a été développée puis appliquée aux composés d’intérêt. Ces mesures ont ensuite été reliées à leur taux de photolyse et durées de vie atmosphérique selon l’altitude. / Perfluorocarbons compounds have both hydrophobic and lipophobic properties. They have been manufactured since the 1950s, and widely used in many industrial applications. However, they are persistent, bioaccumulative compounds with long atmospheric lifetimes. They are considered to be potent greenhouse gases, and are supposed to be mainly degraded by photolysis in the upper atmosphere. A work of physicochemical characterization of two perfluorinated compounds was realized on the PFOA and PFOS. They have been found to be the final compounds of degradation of the majority of perfluororinated compounds. VUV spectroscopy and mass spectrometry experiences have been undertaken to identify their relaxation pathways after photoactivation. A methodology based on the coupling of synchrotron radiation and mass spectrometry was developed to perform absolute cross section measurements and was apply to the compounds of interest. These measurements have been used to determine their photolysis rates and atmospheric lifetimes according to the altitude.

INTRODUCTION. Congenital diaphragmatic hernia (CDH) combines a congenital malformation of the diaphragm with lung hypoplasia, leading to severe respiratory distress and intractable pulmonary hypertension of the newborn. Despite advances in prenatal diagnosis and neonatal intensive care, CDH is associated with high mortality and devastating morbidities. In the absence of curative treatment, numerous prenatal therapies have been used experimentally with varying success. So far, only fetal tracheal occlusion has been tested in clinical trials, but the consequences for the human lung are poorly known. AIMS. To further characterize the rabbit model of CDH, which was subsequently used to assess the effects of prenatal therapies on airway and pulmonary vascular development, including tracheal occlusion, and two novel approaches, perfluorooctylbromide and an activator of soluble guanylate cyclase (BAY 41–2272), which were given through tracheal instillation.METHODS. After a diaphragmatic incision during the pseudoglandular stage, fetal rabbits were randomized against placebo/sham operation during the saccular stage for tracheal occlusion, perfluorocarbon or BAY 41–2272. At term operated fetuses and controls were subject to evaluation of lung mechanics and/or hemodynamics as well as postmortem lung analyses. Human fetal and neonatal lung tissue, including controls and CDH with tracheal occlusion or expectant management, was analyzed histologically and biochemically.RESULTS. The rabbit model of CDH was characterized by reduced lung volumes and impaired compliance, disorders of elastin deposition within alveolar walls, and downregulation of elastogenesis-related genes. Moreover, this model reproduced features of pulmonary hypertension, including high right ventricular pressure and level of N-terminal-pro-B type natriuretic peptide, remodeling of pulmonary arterioles, decreased alveolar capillary density, and downregulation of vasodilation-related genes. In the rabbit model, lung distension caused by tracheal occlusion improved alveolar formation and elastogenesis, yet without correction of lung mechanical parameters. Tracheal occlusion increased also the expression of other extracellular matrix components, which reflected myofibroblast activity, and reduced the transcription of surfactant-associated proteins. Human neonatal lungs exposed to fetal tracheal occlusion displayed alveolar deposits of collagen and myofibroblasts. In human CDH as well as in the rabbit model of CDH, tracheal occlusion enhanced the pulmonary expression of transforming growth factor-β (TGFβ) and Rho kinase−associated proteins to the detriment of activation of SMAD2/3, which is normally detected in human lungs with advancing gestation. As an alternative to tracheal occlusion, pulmonary distension by perfluorocarbon in the fetal rabbit model of CDH improved lung mechanics and alveolar elastogenesis without transcriptional changes in extracellular matrix, surfactant protein genes or TGFβ. Finally, intratracheal instillation of BAY 41–2272 in the rabbit fetuses with CDH improved hemodynamics, reduced medial hypertrophy of pulmonary arterioles, and increased capillary bed formation by stimulating endothelial cell proliferation.CONCLUSIONS. In the fetal rabbit model of CDH, poor lung function after tracheal occlusion is compatible with activation of TGFβ and imbalance in extracellular matrix and epithelial homeostasis. In human CDH newborns treated by fetal tracheal occlusion, changes in the pulmonary interstitium and impaired TGFβ signaling raise the question of disturbances of postnatal lung development induced by tracheal occlusion. As potential alternatives to tracheal occlusion, prenatal perfluorocarbon improves lung hypoplasia, whereas prenatal BAY 41–2272 attenuates pulmonary hypertension. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished