Mon travail de thèse a porté sur deux sujets distincts : (i) l’application de la DNP-RMN pour les matériaux hybrides et inorganiques et (ii) le développement de méthodes RMN avancées pour sonder la structure des solides à l’échelle atomique. Dans le domaine de la DNP RMN, nous avons cherché à démontrer comment le gain en sensibilité DNP peut fournir des informations nouvelles sur la structure des matériaux. Nous avons notamment proposé un protocole DNP sans solvant. Nous avons aussi montré que la DNP est faisable pour des nanoparticules dispersées dans une solution gelée contenant des radicaux exogènes. Nous avons mis en évidence la complémentarité entre la DNP avec polarisation croisée ou polarisation directe. En outre, nous avons démontré que le gain en sensibilité DNP permet de sonder (i) les proximités 27Al-27Al au voisinage de la surface de l’alumine mésoporeuse et (ii) les proximitiés 27Al-13C dans un solide hybride microporeux, le MIL-100(Al). Nous avons aussi établi que la DNP-RMN permet d’augmenter les signaux RMN des sites 13C et 29Si de silices mésoporeuses remplies de surfactants, bien que ces sites soient situés à plusieurs centaines de nanomètres des agents polarisants. Pour ces systèmes, nous avons analysé les différentes contributions au gain en sensibilité pour des expériences CP-MAS 13C et 29Si. Mon travail de thèse a aussi conduit au développement de nouvelles méthodes RMN conventionnelles, telles que (i) un découplage dipolaire ajustable permettant d’obtenir des spectres RMN 1H haute-résolution à différentes fréquences MAS et (ii) des nouvelles séquences de polarisation croisée permettant se sonder les proximités entre noyaux quadripolaires. / My PhD work focused on two topics: (i) the extension of Dynamic Nuclear Polarization (DNP) to inorganic and hybrid materials and (ii) the development of advanced NMR methods to probe the atomic-level structure of solids. In the field of DNP NMR, we aim at demonstrating how the DNP sensitivity enhancement can provide new insights into the structure of inorganic and hybrid materials. We have introduced a solvent-free DNP alternative to post-synthesis impregnation which permits fast polarization build-up. We have also shown that DNP is feasible for nanoparticles dispersed in a frozen solution containing exogenous radicals. The complementarity of DNP cross-polarization (CP) and direct polarization (DP) has been demonstrated. Furthermore, we have demonstrated that the DNP sensitivity enhancement allows probing 27Al-27Al proximities near the surface of mesoporous alumina and 27Al-13C proximities in the microporous metal organic framework MIL-100(Al). It was also shown that in the case of functionalized mesoporous silica nanoparticles loaded with surfactants, the DNP CP-MAS can be used to enhance NMR signals of 13C and 29Si nuclei located at several hundred nanometers from the polarizing agent. In addition, we have analyzed the different contributions to the sensitivity enhancement in 13C and 29Si CP-MAS experiments of functionalized mesoporous silica nanoparticles. My PhD has also led to the development of conventional NMR methods, including (i) tunable homonuclear dipolar decoupling for 1H high-resolution NMR and (ii) novel cross polarization (CP) pulse sequence to probe proximities between half-integer quadrupolar isotopes.

Préparation et étude de nouveaux dinitroxydes comme agents de polarisation en polarisation dynamique nucléaire (PDN) en phase solide. La principale limite de la RMN, en tant qu'outil de détection ou d'imagerie (IRM), est sa faible sensibilité qui résulte principalement de la faible différence d'énergie entre les états de spin nucléaire entre lesquels on observe la résonance. A l'équilibre thermique, la polarisation nucléaire PI (différence de population entre les états de spin) est très faible et le signal RMN, qui lui est proportionnel, sera peu intense. Le but de la Polarisation Dynamique Nucléaire (PDN) est d'augmenter l'intensité de signaux de RMN, en transférant vers des spins nucléaires de la polarisation de spin électronique PS, plus élevée que celle des spins nucléaires (PS/PI = 658 pour 1H). Depuis une quinzaine d'années, la PDN connaît un regain d'intérêt et un champ de développement exceptionnels. Cette renaissance de la PDN est surtout due aux importants travaux de fond du groupe de R. G. Griffin et ceux plus récents du groupe d'Ardenkjaer-Larsen. Ces travaux ont entre autre montré qu'avec des radicaux trityl ou des dinitroxydes, la PDN pouvait permettre d'atteindre de fortes augmentations du rapport signal sur bruit, en RMN en phases solide et liquide. Les propriétés de l'espèce paramagnétique à partir de laquelle se fait le transfert de polarisation spin électronique - spin nucléaire, jouent un rôle primordial dans l'efficacité de ce transfert. Au cours de notre travail, nous avons réalisé les synthèses de cinq nouveaux biradicaux de la famille des dinitroxides. / Preparation and study of new dinitroxydes as polarizing agents in dynamic nuclear polarization (DNP) in solid state. Nowadays, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is one of the most important structure elucidation techniques in chemistry and biochemistry, NMR is also the underlying principle of magnetic resonance imaging (MRI). However, the use of NMR to investigate various materials or biological systems is still limited by its inherent low sensitivity. This arises from the relatively small size of the Zeeman interaction of the nuclear spins with an external magnetic field which leads to small Boltzmann polarizations (PI) and weak NMR signals. Dynamic Nuclear Polarization (DNP) is a prominent process to achieve a high non-equilibrium nuclear spin polarization by transferring to nuclear spins the higher electron spin polarization PS (PS/PI = 658 for 1H)) of unpaired electrons, belonging for example to stable free radicals. The past fifteen years has witnessed a renaissance in the use of DNP. This renewed interest is due to the outstanding work of the R. G. Griffin's group and the more recent work of the Ardenkjaer-Larsen's group. These authors have shown, among other, that with the use of trityl radicals or dinitroxides, PDN allowed to reach impressive signal enhancements for solid state and liquid NMR. The characteristics of the paramagnetic species used as polarizing agent play a pivotal role in the efficiency of a DNP process. In the course of our work we have performed the synthesis of five new dinitroxides, and through collaborations we tested their performance as polarizing agents for solid state PDN at 100 K, 9,4 T [263 GHz (RPE), 400 MHz (RMN)].

Depuis sa découverte, la spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) a permis de grandes avancées scientifiques dans de nombreux domaines allant de la physique à la médecine. L'inconvénient majeur de la RMN est sa faible sensibilité intrinsèque, due à la très faible polarisation des spins nucléaires. Au cours de ces 20 dernières années, la Polarisation Dynamique Nucléaire (PDN) s'est développée comme technique très prometteuse permettant d'augmenter la polarisation de spin nucléaire, et l'intensité des signaux en RMN liquide ou solide de plusieurs ordres de grandeur. Dans les mêmes conditions expérimentales, la polarisation de spin de l'électron est beaucoup plus grande que la polarisation de spin nucléaire et la PDN permet le transfert de cette forte polarisation à partir d'un agent de polarisation paramagnétique (habituellement un radical libre organique) vers les noyaux avoisinants. L'augmentation de l'intensité du signal RMN (I) est caractérisé par un facteur d'exaltation ε=I(μw ON)/I(μw OFF).L'objectif principal de cette thèse est la synthèse d'agents de polarisation, de type dinitroxyde, solubles dans l'eau et très efficaces pour des expériences de MAS ssNMR/PDN. Nous avons préparé une large série de dérivés du bTurea solubles dans l'eau et leurs performances PDN ont été évaluées à différent champs magnétiques. En remplaçant les groupements méthyl des fonctions TEMPO par des cycles pyranyl, ainsi qu'en introduisant des chaînes PEG sur le linker urée, AMUPol (ε=247) et PyPolPEG2OH (ε=303) ont entre autres été obtenus. Ce sont actuellement les agents de polarisation les plus efficaces pour des expériences de MAS ssNMR/PDN en milieux aqueux. / Nowadays, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy has become a very powerful technique that can be used to address a wide range of problems, ranging from physics to medicine. The major limitation of NMR is its intrinsic low sensitivity, resulting from the very small nuclear spin polarizations observed even at high magnetic fields. During the last two decades, Dynamic Nuclear Polarization (DNP) has emerged as a very promising approach to enhance NMR signal intensities of solids and liquids by several orders of magnitude. All things being equal, electron spin polarization is much higher than nuclear spin polarization and DNP exploits the microwave-driven transfer of polarization from a paramagnetic polarizing agent (usually an added exogenous organic free radical) to the surrounding nuclei. The enhancement of NMR signal intensities (I) is characterized by the enhancement factor ε=I(μw ON)/I(μw OFF). The main objective of this PhD thesis was the development of new water-soluble dinitroxides, highly efficient polarizing agents for MAS solid-state NMR/DNP applications. We have designed and prepared a large series of water-soluble bTurea (TEMPO-N(H)-C(O)-(H)N-TEMPO), derivatives, and their DNP performance was tested at different magnetic fields (mainly 9.4 T). Replacing the methyl groups of TEMPO moieties with pyranyl rings, and introducing PEG chains on the urea linker we obtained, among others, two derivatives, AMUPol (ε = 247) and PyPolPEG2OH (ε = 303) which are currently the most efficient water-soluble polarizing agents for MAS ssNMR/DNP experiments for aqueous media.

Le but de ce projet de thèse a été d’établir une nouvelle méthodologie permettant d’immobiliser des espèces paramagnétiques sur des silices mésoporeuses afin d’optimiser le processus de polarisation dynamique nucléaire. Pour ce faire, différentes matrices polarisantes, nommées HYPSO pour « HYbrid Polarizing SOlids », ont été préparées par un procédé sol-gel. Ces solides sont hautement poreux et des espèces paramagnétiques y sont liées de manière covalente. Un des avantages notable de cette méthode consiste à s’affranchir « d’agent glaçant » en raison d’une répartition homogène et aléatoire des radicaux à la surface des matériaux. Deux types de matrices polarisantes, HYPSO 2 et HYPSO 3 ont révélé des polarisations distinctes : P(1H)= 50% et P(1H)= 63%. Cette différence a été expliquée par l’influence de la matrice de silice qui offre de meilleures performances lorsque sa porosité est interconnectée dans les 3 dimensions de l’espace. Suite à ces résultats, de nouveaux matériaux (HYPSO 5) ont été préparés. L’influence de la taille des pores ainsi que celle des grains de silice sur la polarisation ont été étudiées. Des performances remarquables : P(1H)= 99% (± 5%) et P(13C)= 51 % ont été enregistrées, témoignant ainsi de l’efficacité de cette nouvelle méthode. De plus, les premières images IRM utilisant les HYPSO 5 en tant que matrices polarisantes ont été obtenues après hyperpolarisation d’une solution d’acétate de sodium de référence. Enfin, nous nous sommes intéressés à une nouvelle formulation basée sur des xérogels de silice. Des résultats préliminaires ont montré de bonnes polarisations avec la capacité d’utiliser un même monolithe pour polariser différents liquides / The goal of this PhD project was to develop a new methodology allowing to immobilize paramagnetic species on mesoporous silica in order to optimize the dynamic nuclear polarization process. For this purpose, different polarizing matrices, denoted as HYPSO for “HYbrid Polarizing SOlids”, were prepared through a sol-gel process. These solids are highly porous and paramagnetic species are covalently attached onto the surface. One of the noticeable benefit of this method lies in the possibility to remove the “glass forming agent” because of a homogeneous and random repartition of the radicals onto the surface of these materials. Two types of polarizing matrices, HYPSO 2 and HYPSO 3 gave distinct polarizations: P(1H)= 50% and P(1H)= 63%. This difference was explained by the influence of the silica matrix which provides better performances when its porosity is interconnected in the 3 dimensions of the space. Following these results, new materials (HYPSO 5) were prepared. The influence of the pore sizes as well as those of the silica grains on the polarization were studied. Remarkable performances: P(1H)= 99% (± 5%) et P(13C)= 51 % were recorded, thereby demonstrating the efficiency of this new method. Moreover, the first MRI pictures using HYPSO 5 as polarizing matrices were obtained after hyperpolarization of a sodium acetate solution. Finally, we were interested to a new formulation based on silica xerogels. Preliminaries results showed good polarizations and the ability to use only one monolith to polarize different liquids

La détermination structurale supramoléculaire de solides organiques est d'une importance capitale pour la compréhension de leurs propriétés et de leur fonction. Des informations structurales à l’échelle atomique peuvent en principe être obtenues pour des composés en phase solide par la spectroscopie RMN (résonance magnétique nucléaire) combinée à la rotation de l’échantillon à l’angle magique (MAS). Cette technique est cependant confrontée à de fortes limitations de sensibilité, notamment en raison de la faible abondance isotopique naturelle (AN) d’isotopes clés, comme le carbone-13 et l’azote-15 (respectivement 1,1% et 0,37%).Une amplification de la sensibilité de plusieurs ordres de grandeur peut être obtenue avec la polarisation nucléaire dynamique (DNP), technique basée sur le transfert de polarisation des spins électroniques aux spins nucléaires. Les progrès récents dans la mise en œuvre pratique de la DNP ouvrent de nouvelles voies passionnantes, explorées dans cette thèse, pour la détermination de la structure des solides organiques.La première étape d’une étude structurale par RMN consiste en l'attribution spectrale des résonances. Malgré la faible AN des isotopes 13C et 15N, nous montrons dans ce travail que l’attribution complète de ces résonances pour un assemblage à base d’un dérivé de Guanosine est possible, grâce à l’utilisation d’expérience de corrélation multidimensionnelle 13C-13C et, pour la première fois, de spectre de corrélation 13C-15N.L'accent est alors mis sur l'obtention d'information structurale sous la forme de distances carbone-carbone et carbone-azote à partir d’expériences de transfert d’aimantation (expériences dites de « recouplage dipolaire »). Plusieurs stratégies sont discutées pour l’obtention de courbes de transfert d’aimantation sur des échantillons en AN. La dilution naturelle des isotopes 13C et 15N présente ici un avantage décisif pour ces mesures en réduisant de manière importante la troncature dipolaire, ce qui permet un transfert de polarisation sur de longues distances sans perturbation engendrée par la présence d’un troisième spin. Il en découle une description simplifiée de la dynamique de spin qui peut ainsi être facilement reproduite par des simulations numériques. Cette approche est démontrée expérimentalement sur des nanotubes du peptide diphénylalanine cyclique auto-assemblé (cyclo-FF). Les courbes de transfert d’aimantation 13C-13C et 13C-15N obtenues sont effectivement sensibles à de longues distances allant jusqu'à ~ 7 Å, et sont en excellent accord avec les simulations basées sur la structure cristalline du cyclo-FF. De plus, chaque courbe de transfert d’aimantation est constituée d’une superposition de contributions multiples intra et intermoléculaires, et contiennent donc une information structurale très riche.Il est ensuite montré que le contenu élevé de l'information contenu dans ces courbes de transfert d’aimantation et leur description théorique simple permettent de déterminer à la fois la structure moléculaire et la structure supramoléculaire du cyclo-FF. Ceci est réalisé à l'aide d'un code de calcul dédié qui crée de manière systématique des modèles structuraux par translation/rotation moléculaire et différentes symétries possible de la maille cristalline. Ces modèles sont ensuite classés en fonction de leur accord avec les données expérimentales.La thèse conclut en présentant des améliorations méthodologiques pour la séquence d'impulsions de recouplage dipolaire homonucléaire SR26. Cette séquence est particulièrement puissante pour une utilisation sur des échantillons en AN. Ces améliorations permettent une augmentation de l'efficacité du recouplage et l'acquisition de spectres de corrélation 2D avec de larges fenêtres spectrales.En résumé, cette thèse démontre que l'utilisation d'échantillons organiques en AN présente d’importants avantages pour leur étude structurale par RMN en phase solide qui devient possible avec la technique de DNP sous MAS. / Supramolecular structure determination of organic solids is of utter importance for understanding their properties and function. Structural insights at the atomic level can be provided by magic-angle spinning (MAS) solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. However, this technique faces strong limitations in sensitivity due to the low natural isotopic abundance (NA) of the key nuclei 13C and 15N (1.1 % and 0.37 %, respectively). Sensitivity enhancement by several orders of magnitude can be achieved with dynamic nuclear polarization (DNP) which is based on polarization transfer from electron to nuclear spins. The recent progress in the practical implementation of DNP opens up new and exciting possibilities for structure determination of organic solids which are explored in this thesis.The first step for structural studies with NMR is resonance assignment. The complete assignment of 13C and 15N resonances at NA is demonstrated here to be feasible based on DNP-enhanced 13C-13C and, for the first time, 13C-15N correlation spectra.The focus is then laid on obtaining structural information in the form of carbon-carbon and carbon-nitrogen distances from the buildup of polarization in dipolar recoupling experiments. Several strategies are discussed for recording such polarization buildup curves at NA. A decisive advantage of these measurements is that dipolar truncation is reduced to a great extent in samples at NA, enabling undisturbed polarization transfer over long distances and a simple description of the spin dynamics by numerical simulations. This is demonstrated experimentally on the self-assembled cyclic diphenylalanine peptide (cyclo-FF). The 13C-13C and 13C-15N buildup curves obtained are indeed sensitive to long distances (up to ~ 7 Å) and are in excellent agreement with the crystal structure of cyclo-FF. Moreover, each buildup curve represents a superposition of multiple intra- and intermolecular distance contributions and can therefore provide a wealth of structural information.It is subsequently shown that the high information content and the simple theoretical description of such polarization buildup curves enables determination of both the molecular and the supramolecular structure of cyclo-FF. This is achieved with the help of a dedicated computational code which creates structural models based on a systematic grid-search and ranks them according to their agreement with the experimental data.The thesis concludes by presenting improvements for the homonuclear dipolar recoupling pulse sequence SR26 which is a powerful sequence for use in NA samples. These improvements enable increased recoupling efficiency and the acquisition of 2D correlation spectra with large spectral widths.Overall, this thesis demonstrates that clear advantages lie in the use of NA samples for structural studies of organic solids, and that MAS-DNP enables structure determination which is mainly based on distance information from NMR data.

Le travail de cette thèse a consisté à concevoir, réaliser et optimiser un montage expérimental de Polarisation Dynamique Nucléaire multi-échantillons pour des applications biomédicales en Imagerie Spectroscopique par Résonance Magnétique. Ce montage est constitué d'un aimant à fort champ magnétique (3,35T), dans lequel se place un système cryogénique à bain d'hélium (He4) liquide pompé pouvant atteindre des températures inférieures à 1,2K. Un ensemble d'inserts permet d'effectuer les différentes étapes du processus PDN dont l'irradiation des échantillons par un champ micro-onde (f=94GHz et P=50mW) et le suivi de leur polarisation par Résonance Magnétique Nucléaire. Ce système permet de polariser jusqu'à trois échantillons, de volume proche de 1mL, à des taux de polarisation de quelques pourcents. Il présente une forte autonomie supérieure à quatre heures, autorisant ainsi la polarisation de molécules à longues constantes de temps de polarisation. La possibilité de disposer quasi-simultanément, après dissolution, de plusieurs échantillons fortement polarisés ouvre la voie à de nouvelles applications dans le domaine de l'imagerie biomédicale

Le travail de cette thèse a consisté à concevoir, réaliser et optimiser un montage expérimental de Polarisation Dynamique Nucléaire multi-échantillons pour des applications biomédicales en Imagerie Spectroscopique par Résonance Magnétique. Ce montage est constitué d'un aimant à fort champ magnétique (3,35T), dans lequel se place un système cryog&nique à bain d'hélium (He4) liquide pompé pouvant atteindre des températures infèrieures à 1,2K. Un ensemble d'inserts permet d'effectuer les différentes étapes du processus PDN dont l'irradiation des échantillons par un champ micro-onde (f=94GHz et P=50mW) et le suivi de leur polarisation par Résonance Magnétique Nucléaire. Ce système permet de polariser jusqu'à trois échantillons, de volume proche de 1mL, à des taux de polarisation de quelques pourcents. Il présente une forte autonomie supérieure à quatre heures, autorisant ainsi la polarisation de molécules à longues constantes de temps de polarisation. La possibilité de disposer quasi-simultanèment, après dissolution, de plusieurs échantillons fortement polarisés ouvre la voie à de nouvelles applications dans le domaine de l'imagerie biomédicale.

Ce travail expose deux stratégies pour le développement de nouveaux agents de contraste pour le diagnostic par IRM rehaussée par l’effet Overhauser.Le premier thème de ce travail est consacré au développement d’une sonde radicalaire, de type nitroxyde, capable de modifier sa signature RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) en fonction d’une activité enzymatique. Cette modification, due à un changement conformationnel, a permis une irradiation microonde sélective de la sonde libérée par protéolyse. Cette particularité a pu être appliquée à l’IRM rehaussée par l’effet Overhauser et une amélioration du contraste de l’image de 1200% in vitro a été observée après hydrolyse enzymatique. Du fait de contraintes techniques, une amélioration du contraste de 600% a été obtenue in vivo alors que de nos jours,les agents de contraste les plus courants en clinique, basés sur des complexes de GdIII, améliorent le contraste de l’image d’environ 50 %. Le second thème aborde la synthèse et l’étude physico-chimique d’alcoxyamines, précurseurs de nitroxydes, pour le diagnostic par IRM rehaussée par l’effet Overhauser. Le point clé de cette approche repose sur l’activation de ces molécules afin de libérer rapidement le nitroxyde in situ. Les résultats de monoactivation chimique étant encourageants, la double activation chimique de ces nouvelles alcoxyamines a permis d’abaisser drastiquement le temps de demi-vie de l’une d’entre elles pour obtenir des valeurs compatibles avec des applications en diagnostic. Un pseudo-peptide sélectif de la chymotrypsine a également été greffé,ce qui a permis d’aboutir à une alcoxyamine modèle qui permettra de valider le concept de diagnostic recherché. / This work promotes two strategies for the development of new contrast agents for the diagnosis by Overhauser enhanced MRI. Two approaches have therefore been addressed.The first approach is devoted to the development of a nitroxide-type spin label, which is capable to change its EPR (Electron Paramagnetic Resonance) signature upon a non-radical enzymatic activity. This modification, due to a conformational change, allowed us to perform a selective microwave irradiation of the probe released by proteolysis. This feature was applied to Overhauser enhanced MRI and of the image after enzymatic hydrolysis of 1200% in vitro has been obtained. Due to technical hindrances, a contrast enhancement of 600% has been obtained in vivo, while nowadays, the most common clinical contrast agent, based on GdIII complex, improve image contrast around a value of 50%.The second topic deals with the synthesies and the physico-chemical study of alkoxyamines, as nitroxide precursors, for the diagnosis by MRI enhanced by the Overhauser effect. The key point of this approach is based on the activation of these molecules to quickly release the nitroxide in situ. Encouraged by the results of chemical monoactivation, we performed the double chemical activation of these new alkoxyamines to drastically reduce the half-life time of one of them to obtain values compatible with diagnostic applications. A selective pseudo-peptide of chymotrypsin has also been grafted, which allowed us to achieve an alkoxyamine model that will validate our concept of diagnosis.

Le travail de cette thèse a consisté à concevoir, réaliser et optimiser un montage expérimental de Polarisation Dynamique Nucléaire multi-échantillons pour des applications biomédicales en Imagerie Spectroscopique par Résonance Magnétique. Ce montage est constitué d'un aimant à fort champ magnétique (3,35T), dans lequel se place un système cryogénique à bain d'hélium (He$^4$) liquide pompé pouvant atteindre des températures inférieures à 1,2K. Un ensemble d'inserts permet d'effectuer les différentes étapes du processus PDN dont l'irradiation des échantillons par un champ micro-onde (f=94GHz et P=50mW) et le suivi de leur polarisation par Résonance Magnétique Nucléaire. Ce système permet de polariser jusqu'à trois échantillons, de volume proche de 1mL, à des taux de polarisation de quelques pourcents. Il présente une forte autonomie supérieure à quatre heures, autorisant ainsi la polarisation de molécules à longues constantes de temps de polarisation. La possibilité de disposer quasi-simultanément, après dissolution, de plusieurs échantillons fortement polarisés ouvre la voie à de nouvelles applications dans le domaine de l'imagerie biomédicale.

L'une des voies principales du métabolisme cellulaire est la voie des Pentoses Phosphates (PPP). Cette voie métabolique est composée de deux cascades enzymatiques, une voie oxydative et une voie non oxydative. La voie oxydative de la PPP produit un cofacteur, le NADPH, qui est responsable du processus de détoxification de la cellule par son activité réductrice et un précurseur de diverses biosynthèses comme la lipogenèse. Un dysfonctionnement des trois enzymes qui composent cette étape de la PPP peut engendrer la mort cellulaire. Grâce à une nouvelle technique, la Polarisation Dynamique Nucléaire suivie par Dissolution (D-DNP), qui permet d’obtenir un gain de sensibilité par un facteur > 10 000, la quantification des paramètres cinétique dans les conditions physiologiques in cell est possible.Dans ce travail de thèse, nous utilisons un nouveau modèle de quantification des paramètres cinétiques qui offre la possibilité d’étudier une cascade enzymatique composée de 3 enzymes par D-DNP. Grâce à ces expériences, la sélectivité de la première enzyme de la voie oxydative, la G6PD, pour l’un des deux anomères de glucose-6-phosphate, ainsi que le rôle antioxydant de la deuxième enzyme de la PPP, la 6PGL, ont été observés. Pour réaliser ces études, une méthode de synthèse et de purification des différents substrats de chaque enzyme a été développée. Le tout premier inhibiteur de la 6PGL a été testé. Des études préliminaires réalisées sur des Trypanosoma brucei, parasite responsable de la maladie du sommeil, indiquent que la pénétration du glucose dans les cellules est l'étape cinétiquement limitante pour sa conversion enzymatique. / The Pentose Phosphate Pathway (PPP) is one of the main pathways of cellular metabolism. This metabolic pathway is composed of two enzymatic cascades: one is an oxidative pathway, and the other is non-oxidative. The oxidative branch of PPP produces a cofactor, NADPH, which is responsible for the detoxification process of the cell due to its reducing activity, and is also a precursor of various biosynthesis such as lipogenesis. A dysfunction of one of the three enzymes that make up this step of PPP can lead to cell death. Thanks to a new method, Dissolution Dynamic Nuclear Polarization (D-DNP), which features a sensitivity gain by a factor 10,000 compared to standard liquid-state NMR, the quantification of kinetic parameters under physiological conditions, in cell, becomes possible.In this thesis, we add to the scientific library a new model of quantification of kinetic parameters, and the possibility of studying an enzymatic cascade composed of 3 enzymes by D-DNP measurements. Based on these experiments, the selectivity of the first enzyme in the oxidative pathway, G6PD, for one of the two glucose-6-phosphate anomers, was confirmed. The antioxidant role of the second PPP enzyme, 6PGL, was equally studied. To carry out these studies, a method of synthesis and purification of the different substrates of each enzyme has been developed. The very first inhibitor of 6PGL has also been tested. Preliminary experiments on Trypanosoma brucei, a parasite responsible for sleeping sickness, indicate that glucose penetration inside cells is the limiting kinetic step for its conversion.