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Les chromophores classiques ne sont pas toujours efficaces en absorption à deux photons. Leur faible efficacité nécessite l'utilisation de fortes puissances laser et de grandes concentrations en colorants. Dans ce sens, la microscopie à deux photons in vivo requière le développement de nouvelles stratégies de marquage utilisant des chromophores spécialement dédiés à la microscopie à deux photons. Dans le cadre de collaborations avec des chimistes spécialisés dans la synthèse de molécules à forte section efficace d'absorption à deux photons, différents chromophores ont été synthétisés. Ces molécules organiques sont souvent hydrophobes et ne sont pas utilisables directement pour les applications en biologie. Le travail effectuer ici a consisté à encapsuler ces molécules dans des micelles de copolymères biocompatibles, les Pluronic. Les Pluronic sont des matériaux pouvant s'auto assembler en milieu aqueux sous forme de micelles et permettent de solubiliser des composés hydrophobes. Cette stratégie est déjà utilisé pour permettre de transporter différents composés hydrophobes dans les organismes vivants et a été utilisée ici pour transporter des chromophores ultrasensibles à deux photons dans le sang de manière à imager la vascularisation in vivo. / Classic fluorescent dyes are not necessary efficient in two-photon absorption. Their low two-photon absorption efficiency often requires high laser power and important dye concentrations. Therefore, new dyes and other administration strategies need to be developed specifically for intravital two-photon microscopy. In collaboration with chemists, specialized in the synthesis of molecules with a high two-photon absorption cross-section, different dyes have been synthesized. Most of these dyes are hydrophobic and not directly suitable for biological applications. The work presented in this thesis consisted of encapsulating hydrophobic molecules in biocompatible Pluronic block copolymers. In water, Pluronic unimers with hydrophobic and hydrophilic blocks self-assembled in hydrophilic micelles forming a hydrophobic core around the molecules. This strategy has been used already for the transport and delivery of different hydrophobic molecules in living organism. In the present study, this strategy has been transposed to transport ultra sensitive two-photon dyes in the blood plasma for deep vascular imaging in vivo.

Avec près de 30 millions de morts depuis le début de la pandémie, l’infection par le VIH est un véritable fléau à l’échelle mondiale, surtout en Afrique sub-saharienne. Dans ce contexte, disposer d’une formulation microbicide efficace, facile à administrer par la voie vaginale, représenterait un outil de prévention idéal pour lutter contre cette pandémie. Ainsi, la conception rationnelle de telles formulations représente un enjeu majeur de santé publique.Ce travail décrit la recherche de formulations thermogélifiantes et mucoadhésives à base de pluronics et d’hydroxypropyl méthylcellulose (HPMC). Outre la caractérisation de leurs propriétés rhéologiques et d’adhésion, ainsi que des études en culture cellulaire suggérant une très faible toxicité de contact, ces hydrogels ont montré d’une part, leur capacité à véhiculer efficacement le peptide M48U1 (équipe L. Martin, CEA) destiné à bloquer l’entrée cellulaire du VIH et d’autre part à ralentir considérablement la diffusion de nanoparticules modèles mimant les particules virale matures du VIH-1, en comparaison d’hydrogel d'hydroxy éthylcellulose (HEC) fréquemment utilisés dans divers essais cliniques infructueux et aussi au mucus cervico-vaginal de macaque. L’ensemble des résultats suggère donc la capacité de ces formulations à constituer une double barrière, physique et pharmacologique, protectrice de la muqueuse vaginale vis-à-vis du VIH. / With nearly 30 million deaths since the start of the pandemic, HIV infection is a major problem globally, especially in sub-Saharan Africa. In this context, have an effective microbicide formulation, easily administered by the vaginal route, would be a great prevention tool to fight against this pandemic. Thus, the rational design of such formulations is a major issue of public health.This paper describes research of mucoadhesive and thermogelling formulations based on pluronics and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC). Further characterization of their rheological properties and adhesion, and cell culture studies suggesting a very low contact toxicity, these hydrogels showed on one hand, their ability to effectively convey the peptide M48U1 (L. Martin team, CEA) for blocking the entry of HIV cellular and on the other hand to considerably slow down the diffusion of nanoparticles models mimicking viral particles mature HIV-1, compared to hydroxy ethylcellulose hydrogel (HEC) commonly used in various unsuccessful clinical trials and also in cervico-vaginal mucus of macaque. The overall results therefore suggest the ability of these formulations constitute a double barrier, physical and pharmacological, protective of the vaginal mucosa from the HIV.

Selon les dernières estimations de l'OMS, on enregistre chaque année dans le monde 498.9 millions de nouveaux cas d'infections sexuellement transmissibles (IST) dont 276.4 millions sont dus au parasite Trichomonas vaginalis (T. vaginalis). Au niveau du tractus génital, la colonisation et l’irritation de la muqueuse vaginale par T. vaginalis favorisent la survenue de complications infectieuses. Ces infections associées peuvent conduire à des infections chroniques et avoir à terme des conséquences graves (stérilité, rupture prématuré du placenta, mort prématurée du nourrisson). De plus, ces infections vaginales représentent des facteurs qui favorisent les infections par le Virus d’Immunodéficience Humaine (VIH-1).A l’heure actuelle, la lutte contre ce type d’infections consiste à agir tant au niveau curatif, que préventif. Ainsi, l’objectif de ce projet est de développer de nouvelles formulations pour la prévention et le traitement des pathogènes qui colonisent les muqueuses vaginales. Dans ce contexte, la formulation que nous proposons est composée de metronidazole inclut dans un hydrogel thermogélifiant à base de pluronic® F127 et de chitosane. Il a été montré que cet hydrogel conserve ces propriétés physiques à une température physiologique même après dilution dans les fluides vaginaux. Ces hydrogels sont stables et permettent une libération prolongée du metronidazole. La formulation n’a montré aucune toxicité envers les cellules HeLa ni envers la muqueuse vaginale porcine. L’efficacité de cette formulation a été prouvée envers T. vaginalis et présente un effet protecteur envers les cellules HeLa en présence de T. vaginalis. L’ensemble des résultats suggère donc la capacité́ de cette formulation à constituer une double barrière, physique et pharmacologique, protectrice de la muqueuse vaginale vis-à-vis de T. vaginalis. / According to the latest WHO estimates, 498 millions of new cases of sexually transmitted infections (STIs) are recorded annually in the world, including 276.4 million due to the parasite Trichomonas vaginalis (T. vaginalis). In the genital tract colonization and irritation of the vaginal mucosa by T. vaginalis promote the occurrence of infectious complications. Associated infections can lead to chronic infections and eventually have serious consequences (infertility, premature placental abruption, premature death). In addition, these vaginal infections can promote infection by Human Immunodeficiency Virus (HIV-1).Currently, the fight against these infections is to act at curative and preventive level. Thus, the objective of this project is to develop new formulations for the prevention and treatment of pathogens that colonize the vaginal mucosa. In this context, we propose a formulation composed of metronidazole and chitosan include in a thermogelling hydrogel of pluronic F127®.It was shown that the hydrogel retains its physical properties even at a physiological temperature and after dilution in the vaginal fluids. These hydrogels are stable and allow a sustained release of the metronidazole. The formulation showed no toxicity against HeLa cells or porcine vaginal mucosa. The effectiveness of this formulation has been proven against T vaginalis and has a protective effect on HeLa cells in the presence of T. vaginalis. The overall results therefore suggest the ability of this formulation to form a double barrier, physical and pharmacological, than protect vaginal mucosa against T. vaginalis.

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Nous présentons la synthèse de nanoparticules d'or protégées par des polymères à LCST fonctionnalisés dithiol en solution aqueuse. Les AuNPs s'assemblent de manière réversible avec la température. La température d'agrégation Tagg des AuNPs, correspondant à la température de transition de phase du polymère gre é, peut être facilement modulée de 8 à 50 °C soit en changeant la taille des AuNPs, soit en augmentant la proportion de polymère hydrophile dans la couronne de polymère. Ces mêmes polymères ont été utilisés pour l'assemblage régiosélectif de nanobâtonnets d'or. Cependant, l'agrégation des AuNPs stabilisées par les polymères à LCST conduit une précipitation macroscopique. Nous reportons une stratégie originale qui consiste à contrôler fi nement et de manière réversible l'agrégation des AuNPs en utilisant un copolymère tribloc Pluronic. La présence de P123 inhibe la précipitation des AuNPs agrégées en solution. La taille, la stabilité colloïdale et les propriétés optiques des agrégats de AuNPs sont modulées en fonction du rapport P123/AuNP. En n, nous étudions la thermosensibilité en solution aqueuse de AuNPs stabilisées par des polymères à UCST, de type polyzwitterions, synthétisés par voie radicalaire contrôlée RAFT. Les AuNPs puri ées sont insensibles à la température et ne montrent aucun signe d'agrégation que ce soit dans l'eau pure ou en milieu salin. Cependant, mélangées à une solution de PSPP libre, elles présentent un comportement d'agrégation réversible, sensible à la température. La force ionique, la quantité et la masse de polymère libre in uencent l'assemblage des AuNPs, qui semble provenir d'un mécanisme de déplétion.

Les chromophores classiques ne sont pas toujours efficaces en absorption à deux photons. Leur faible efficacité nécessite l'utilisation de fortes puissances laser et de grandes concentrations en colorants. Dans ce sens, la microscopie à deux photons in vivo requière le développement de nouvelles stratégies de marquage utilisant des chromophores spécialement dédiés à la microscopie à deux photons. Dans le cadre de collaborations avec des chimistes spécialisés dans la synthèse de molécules à forte section efficace d'absorption à deux photons, différents chromophores ont été synthétisés. Ces molécules organiques sont souvent hydrophobes et ne sont pas utilisables directement pour les applications en biologie. Le travail effectuer ici a consisté à encapsuler ces molécules dans des micelles de copolymères biocompatibles, les Pluronic. Les Pluronic sont des matériaux pouvant s'auto assembler en milieu aqueux sous forme de micelles et permettent de solubiliser des composés hydrophobes. Cette stratégie est déjà utilisé pour permettre de transporter différents composés hydrophobes dans les organismes vivants et a été utilisée ici pour transporter des chromophores ultrasensibles à deux photons dans le sang de manière à imager la vascularisation in vivo.

Osteoarthritis (OA) is a disease characterized by the progressive degradation of articular cartilage. Current strategies for the disease are mainly towards relieving symptoms. This study was aimed to investigate the therapeutic potentials of Bone Morphogenetic Protein-9 (BMP-9), Raloxifene (Ral) and Pluronic F-68 (PLF-68) with a three-dimensional in vitro OA model. Articular chondrocytes isolated from rats were cultured in growth media and embedded in agarose to obtain agarose-chondrocyte discs. Dynamic hydrostatic mechanical stress was applied to discs. The discs were incubated with Aza-C for 48 hours for OA development. After its removal, chondrocytes were treated with different doses of BMP-9, Ral and PLF-68 for 10 days. The efficacies of treatments were evaluated by measuring cell number, glycosaminoglycan and collagen amount, and mechanical properties of the v discs. Measurements of these properties were performed with MTT, quantitative colorimetric assays, histochemical staining and mechanical tests, respectively. According to comparative results with healthy groups and controls (osteoarthritic chondrocytes without any treatment), it was found that BMP-9 had negative effect on osteoarthritic chondrocytes. On the other hand, Ral showed positive results related with matrix synthesis and mechanical properties especially at 5 &amp / #956 / M dose suggesting that it holds promise for the treatment of OA. The therapeutic effect of Ral on OA was documented for the first time in literature. The potential of PLF-68 for treatment of OA was also supported by this study considering its positive effects on cell number, collagen synthesis and mechanical properties. Yet, further investigations are also suggested for conclusive results on this agent.

As all the physiological processes in our body are controlled by multiple biomolecules, comprehensive treatment of certain disease conditions may be more effectively achieved by administration of more than one type of drug. Thus, the primary objective of this research was to develop a multilayered, polymer-based system for sequential delivery of multiple drugs. This particular device was designed aimed at the treatment of periodontitis, a highly prevalent oral inflammatory disease that affects 90% of the world population. This condition is caused by bacterial biofilm on the teeth, resulting in a chronic inflammatory response that leads to loss of alveolar bone and, ultimately, the tooth. Current treatment methods for periodontitis address specific parts of the disease, with no individual treatment serving as a complete therapy. The polymers used for the fabrication of this multilayered device consists of cellulose acetate phthalate (CAP) complexed with Pluronic F-127 (P). After evaluating morphology of the resulting CAPP system, in vitro release of small molecule drugs and a model protein was studied from both single and multilayered devices. Drug release from single-layered CAPP films followed zero-order kinetics related to surface erosion property of the association polymer. Release studies from multilayered CAPP devices showed the possibility of achieving intermittent release of one type of drug as well as sequential release of more than one type of drug. Mathematical modeling accurately predicted the release profiles for both single layer and multilayered devices. After the initial characterization of the CAPP system, the device was specifically modified to achieve sequential release of drugs aimed at the treatment of periodontitis. The four types of drugs used were metronidazole, ketoprofen, doxycycline, and simvastatin to eliminate infection, inhibit inflammation, prevent tissue destruction, and aid bone regeneration, respectively. To obtain different erosion times and achieve appropriate release profiles specific to the disease condition, the device was modified by increasing the number of layers or by inclusion of a slower eroding polymer layer. In all the cases, the device was able to release the four different drugs in the designed temporal sequence. Analysis of antibiotic and anti-inflammatory bioactivity showed that drugs released from the devices retained 100% bioactivity. Following extensive studies on the in vitro sequential drug release from these devices, the in vivo drug release profiles were investigated. The CAPP devices with different release rates and dosage formulations were implanted in a rat calvarial onlay model, and the in vivo drug release and erosion was compared with in vitro results. In vivo studies showed sequential release of drugs comparable to those measured in vitro, with some difference in drug release rates observed. The present CAPP association polymer-based multilayer devices can be used for localized, sequential delivery of multiple drugs for the possible treatment of complex disease conditions, and perhaps for tissue engineering applications, that require delivery of more than one type of biomolecule.

The pursuit of more suitable drugs intended for possible biological applications are a continuously growing topic of research within the scientific community. One of these suitable qualities includes the need for hydrophilicity and or some appropriate delivery system for the drug to enter into biological systems. A system of analyzing and following these compounds would then, however, be necessary to conduct any kind of mechanistic or interaction studies for he said drug within the biological system. Just to name a few, fluorescence and X-ray computed tomography (CT) methods allow for imaging of biological systems but require the need of compounds with specific qualities. Finally, even with a means of entering and following a oaded drug, it would not be complete without a way of targeting its intended location. Herein, the first chapter reports the synthesis and characterization of a fluorene-based pyridil bis-?-diketone compound with suitable one- and two-photon fluorescent properties and its encapsulation into Pluronic F127 micelles for the possible application of tracking lysosomes. Next the synthesis and characterization of a BODIPY-based fluorophore with excellent fluorescence ability is reported. This compound was conjugated to two triphenylphosphine (TPP) groups and is shown as a potential mitochondria probe within HCT-116 cells. Finally, the synthesis and characterization of diatrizoic acid (DA) based derivatives conjugated to silica nanoparticles, as well as unconjugated, are reported as potential CT contrast agents. The derivatives were also functionalized with maleimide moieties facilitating subsequent potential bioconjugation of a targeting protein via a thiol group.