Objectif : Etudier l’impact volumétrique et dosimétrique de l’intégration des données de tomographie par émission de positons (TEP) en radiothérapie (RT) à travers deux modèles cliniques : les cancers oto-rhino-laryngologiques (ORL) et les cancers pulmonaires. Matériel et méthodes : Pour les cancers ORL, après un travail préalable sur fantôme pour mise au point d’une méthode de segmentation automatique par seuillage adaptatif, deux séries de neuf et 15 patients présentant un cancer ORL traité par RT, ont bénéficié d’une TEP respectivement au 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) et au 18F-Fluoromisonidazole (18F-FMISO), traceur de l’hypoxie. Les modifications volumétriques et dosimétriques induites par ces examens ont été analysées. Pour le 18F-FMISO, différents temps d’acquisition et différentes méthodes de segmentation ont également été étudiés. Pour les cancers pulmonaires, l’impact sur la RT d’une TEP-4D au 18F-FDG avec correction des effets de volume partiel (EVP) et application de différentes méthodes de segmentation, a été évalué à travers l’analyse des sept premiers patients inclus dans le protocole PULMOTEP, promu par le CHU de Bordeaux. Résultats : Pour les cancers ORL, la TEP au 18F-FDG a conduit à une réduction des volumes de RT de 40% tout en individualisant des zones de « mismatch » entre TEP et scanner. Pour la TEP au 18F-FMISO, un meilleur contraste des images était retrouvé à 4h. Cependant, les volumes segmentés à 3 et 4h n’étaient pas significativement différents, permettant d’envisager en pratique courante des acquisitions moins tardives à 3h. L’utilisation d’une TEP au 18F-FMISO permettait d’envisager la réalisation d’une « escalade de dose » sur les zones hypoxiques avec une augmentation du taux de probabilité de contrôle tumoral de 18,1% sans augmentation excessive de la toxicité. Pour les cancers pulmonaires, il n’était pas retrouvé d’impact de la correction du mouvement respiratoire, un seul patient sur les sept étudiés présentant une tumeur mobile. Un impact constant de la correction des EVP était par contre retrouvé avec une augmentation de l’activité tumorale maximale de 27% et une diminution des volumes segmentés de 15%.Conclusion : Pour les cancers ORL, la validation de ces résultats nécessite la réalisation d’études cliniques. Pour les cancers pulmonaires, l’utilisation d’une TEP-4D avec correction du mouvement respiratoire doit être envisagée au cas par cas. L’implémentation en clinique de logiciels de correction des EVP semble, par contre, à encourager. / Objective: To study the impact of Positron Emission Tomography (PET) data on radiotherapy (RT) planning through two clinical models: the head-and-neck cancers (HNC) and the pulmonary cancers. Methods and Materials: For HNC, after a previous phantom study in order to determinate an automatic segmentation method with adaptive thresholding, two series of nine and 15 patients selected for RT, underwent PET with 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) and 18F-Fluoromisonidazole (FMISO). The impact on RT target volumes (TV) and dosimetries was evaluated. For FMISO-PET, several time acquisitions and several segmentation methods were assessed. For pulmonary cancers, the use of a four-dimensional (4D) FDG-PET with partial volume effect (PVE) correction and several segmentation methods was evaluated through the first seven patients enrolled in the PULMOTEP protocol performed by the CHU of Bordeaux. Results: For HNC, FDG-PET led to a RT TV reduction of 40%, with mismatches between PET and CT data. For FMISO-PET images, a better contrast was obtained 4h after FMISO injection. However, segmented volumes obtained at 3 and 4h were not statistically different allowing PET- acquisitions at 3h in routine clinical practice. The use of FMISO-PET allows considering « dose escalation » on hypoxic TV with an increase of tumour control probability by 18,1% without excessive increase of toxicities. For pulmonary cancers, there was no impact of the respiratory motion correction but only one patient on seven presented a mobile tumour. PVE correction had impact on RT TV with an increase of the maximal tumoural activity by 27% and a volume reduction of 15%. Conclusion: For HNC, the validation of these results needs clinical and prospective studies. For pulmonary cancers, the use of 4D-PET must be decided case by case. On the other side, the implementation of automatic software for PVE correction seems interesting.

O tumor sob hipóxia apresenta resistência a terapia antitumoral convencional por diferentes mecanismos. O uso de métodos diagnósticos moleculares não invasivos, como imagem por PET, permite a identificação de tumores sob hipóxia e auxilia no delineamento da estratégia terapêutica mais adequada. Atualmente, diversas pesquisas têm demonstrado alternativas ao tratamento de tumores sob hipóxia, explorando características como, potencial redutor do tumor e inibição de mecanismos de adaptação celular para a sobrevivência sob essa condição. Assim, neste trabalho foi realizada a síntese e avaliação in vivo de novo derivado 2-nitroimidazol, contendo o grupo hidrofílico zwiteriônico amôniometil-trifluoroborato (AMBF3), 18F-AmBF3-bu-2NI, com potencial para geração de imagens de tumores sob hipóxia. O composto AmBF3-bu-2NI foi facilmente preparado em 4 etapas sintéticas. A marcação com 18F foi realizada via reação de troca isotópica 18F-19F e 18F-AmBF3-bu-2NI foi obtido em 14,8 ± 0,4% de rendimento radioquímico (n = 3) com decaimento corrigido, 24,5 ± 5,2 GBq/?mol de atividade específica e >99% de pureza radioquímica. Estudos de imagem e biodistribuição ex vivo em camundongos, portando tumores HT-29, demonstraram que 18F-AmBF3-bu-2NI possui rápido clearance do sangue, com excreção pelas vias hepatobiliar e renal. No entanto, o tumor não foi visualizado em imagens de PET até 3 h pós-injeção devido à baixa captação tumoral (0,54 ± 0,13 e 0,19 ± 0,04% AI/g em 1 e 3 h pós-injeção, respectivamente), devido à não difusão de 18F-AmBF3-bu-2NI através da membrana celular. Adicionalmente, compostos quinazolinicos com potencial aplicação em diagnóstico foram também sintetizados contendo unidades biorredutives, nitro-benzil e nitro-imidazol, além de grupo fluoroetil, inicialmente contendo 19F (frio), como padrão analítico para a síntese do radiotraçador. Entretanto, devido a formação de produtos voláteis durante a radiossíntese da unidade 2-[18F]fluoroetil 4-metilbenzenosulfonato (34*), para incorporação no anel quinazolínico, a obtenção do radiotraçador e os correspondentes estudos de biodistribuição e imagem não foram realizados. Em paralelo ao trabalho anterior, foi realizada a síntese de um conjunto de 12 compostos aminotriazolil-quinazolínicos com potencial atividade antitumoral, via reação de cicloadição CuAAC. Inicialmente todos derivados quinazolínicos obtidos no trabalho para aplicação no diagnóstico foram testados em uma série de linhagens de células tumorais sob condições de normóxia e hipóxia (MDA-MB-231, SKBR3, BT474, PC3, MKN45, U251, U87, MIA PaCa-2, Skmel37, e A549, na concentração de 10 ?M), empregando cisplatina como referência. Neste estudo, apenas os derivados contendo grupo nitro-benzil-triazólico 61 e 63, apresentaram cerca de 50% de inibição de células MKN45 em normóxia e 40% em células SKBR3 sob hipóxia, respectivamente. Na sequência, os 12 derivados aminotriazolil-quinazolínicos foram submetidos a avaliação da citotoxicidade in vitro sob as linhagens de células tumorais de mama (MDA-MB-231, SKBR3, BT474, na concentração de 30 ?M), empregado os controles positivos Erlotinib e ii Lapatinib. Apenas o derivado contendo a função ftalimida 9, não substituído nas posições C-6 e C-7 do anel quinazolínico, apresentou cerca de 60% de inibição de células SKBR3 em hipóxia. Paralelamente, os derivados aminotriazolil-quinazolínicos foram submetidos à avaliação de triagem da atividade inibitória frente as quinases HER2, EGFR e PERK, na concentração de 10 ?M. Todavia, não houve inibição significativa nas enzimas avaliadas na concentração testada. Novos ensaios estão em andamento a fim de determinar a capacidade dos compostos atuarem como inibidores do crescimento de outras linhagens de células tumorais. / Tumor hypoxia is resistant to conventional antitumor therapy by different mechanisms. The use of non-invasive molecular diagnostic methods, such as PET imaging, allows the identification of tumors under hypoxia and assists in designing the most appropriate therapeutic strategy. Currently, several researches have provided alternative treatments for tumors under hypoxia, exploring some specific properties, such as tumor reducing potential and inhibition of adaptive mechanisms required for cell survival under hypoxia. Thus in this work, it was performed the synthesis and in vivo evaluation of new 2-nitroimidazole derivative, containing the zwitterionic hydrophilic group, ammonium methyl- trifluoroborate (AMBF3), 18F-AmBF3-bu-2NI, with potential for tumor imaging in hypoxia. The compound AmBF3-bu-2NI was easily prepared in four steps. 18F labeling was conducted via 18F-19F isotope exchange reaction, and 18F-AmBF3-bu-2NI was obtained in 14.8 ± 0.4% (n = 3) decay-corrected radiochemical yield with 24.5 ± 5.2 GBq/?mol specific activity and > 99% radiochemical purity. Imaging and biodistribution ex vivo studies in HT-29 tumor-bearing mice showed that 18F-AmBF3-bu-2NI cleared quickly from blood, and was excreted via the hepatobiliary and renal pathways. However, tumor PET images were not visualized until 3 h post-injection due to low tumor uptake (0.54 ± 0.13 and 0.19 ± 0.04%ID/g at 1 h and 3 h post-injection, respectively) due to non-diffusion of 18F-AmBF3-bu-2NI through the cell membrane. Additionally, quinazolinic compounds with potential diagnostic application were also synthesized containing biorreductive units, nitrobenzyl and nitroimidazole, as well as a fluoroethyl group, initially containing 19F (cold), as an analytical standard for the synthesis of the radiotracer. However, due to the formation of volatile products during the radiosynthesis of the 2-[18F] fluoroethyl 4-methylbenzenesulfonate (34*) unit, for incorporation into the quinazoline ring, the radiotracer preparation and its corresponding biodistribution and imaging studies were not performed. Concomitantly to the previous work, the synthesis of a set of 12 aminotriazolyl-quinazoline compounds with potential antitumor activity was performed, via the CuAAC cycloaddition reaction. Initially, all quinazolinic derivatives obtained in the work for application in the diagnosis were tested in a range of tumor cell lines under normoxia and hypoxia conditions (MDA-MB-231, SKBR3, BT474, PC3, MKN45, U251, U87, MIA PaCa-2, Skmel37, and A549, at 10 ?M), using cisplatin as a reference. In this study, only the derivatives bearing the nitrobenzyltriazole group 61 and 63 showed about 50% inhibition of MKN45 cells in normoxia and 40% in SKBR3 cells under hypoxia, respectively. In the sequence, the 12 aminotriazolyl-quinazoline derivatives were submitted to in vitro cytotoxicity evaluation using breast tumor cell lines (MDA-MB-231, SKBR3, BT474, at 30 ?M), in the presence of the reference drugs Erlotinib and Lapatinib. Only the derivative containing the phthalimide function 9, unsubstituted at C-6 and C-7 positions of the quinazoline ring, displayed about 60% inhibition on SKBR3 cells under hypoxia. Concomitantly, the inhibitory iv activity of these aminotriazolyl-quinazoline derivatives were also subjected to a screening evaluation against the HER2, EGFR and PERK kinases, 10 ?M. However, there was no significant inhibition of these enzymes at the tested concentration. New assays are ongoing to determine the inhibitory activity under other tumor cell lines.

Les altérations du sommeil et du cycle veille/sommeil au cours du vieillissement constituent des facteurs de risque de l’apparition d’un déclin cognitif et de l’évolution vers une démence. Pour autant, le lien entre ces altérations et les modifications cérébrales liées à l’âge reste encore peu connu. L’objectif de cette thèse a été de déterminer si les modifications du sommeil et du cycle veille/sommeil constituaient un marqueur de fragilité cérébrale pouvant être associé à l'apparition de troubles cognitifs chez des personnes âgées de la population AMImage. Nous avons d’abord montré que le désaccord existant entre les questionnaires de sommeil et les mesures objectives en actimétrie est dépendant de l’état émotionnel, renforçant ainsi l’intérêt d’utiliser une méthode de mesure objective du sommeil (Baillet et al., 2016). Puis, grâce à l’imagerie cérébrale, nous avons observé qu’une faible amplitude du cycle veille/sommeil est associée à une altération de la microstructure de la substance blanche, suggérant ainsi une origine vasculaire (Baillet et al., 2017). Nous avons également observé qu'une faible qualité de sommeil est associée à une charge amyloïde plus importante au sein des régions frontales, suggérant un déficit de clairance du peptide β-amyloïde lors du sommeil. Ainsi, les perturbations du sommeil et du cycle veille sommeil chez les personnes âgées seraient associées à deux processus physiopathologiques distincts aboutissant à une fragilité cérébrale. Considérés comme des facteurs de risque modifiables, des interventions visant à améliorer leur qualité offriraient une stratégie prometteuse afin de réduire le déclin cognitif au cours du vieillissement. / Sleep and activity/rest cycle disturbances represent risk factors for the development of cognitive decline and dementia in aging. However, the association between these disturbances and cerebral modifications during aging remains to be explored. The aim of this thesis was to determine if sleep and activity/rest cycle disturbances could constitute a cerebral frailty factor for the development of cognitive decline and dementia in older adults (AMImage cohort). First, we have shown that the discrepancy measured between self-reported sleep questionnaires and actigraphy - used as an objective technique - is influenced by the subject’s mood (Baillet et al., 2016). These results strengthen the use of an objective technique to measure sleep. Thanks to brain imaging, we observed that a reduced 24-h amplitude of the activity/rest cycle is associated with disruption of white matter structural integrity. Our results suggest that cerebral frailty associated with age-related activity/rest cycle dysfunction has a vascular origin (Baillet et al., 2017). Then, we observed that a poor sleep quality is associated with high cerebral amyloid burden, mainly circumscribed to frontal regions. This may be due to a deficit of amyloid-β peptide clearance from the brain during sleep. To conclude, sleep and activity/rest cycle disturbances in older adults may be associated with two separate physiopathological processes leading to cerebral frailty. As sleep and activity/rest cycle are modifiable risk factors, interventions to improve their quality could offer a potential useful strategy for reducing the burden of cognitive impairment and dementia in old age.

L'objectif de ce travail est de développer de nouvelles méthodes statistiques de reconstruction d'image spatiale (3D) et spatio-temporelle (3D+t) en Tomographie par Émission de Positons (TEP). Le but est de proposer des méthodes efficaces, capables de reconstruire des images dans un contexte de faibles doses injectées tout en préservant la qualité de l'interprétation. Ainsi, nous avons abordé la reconstruction sous la forme d'un problème inverse spatial et spatio-temporel (à observations ponctuelles) dans un cadre bayésien non paramétrique. La modélisation bayésienne fournit un cadre pour la régularisation du problème inverse mal posé au travers de l'introduction d'une information dite a priori. De plus, elle caractérise les grandeurs à estimer par leur distribution a posteriori, ce qui rend accessible la distribution de l'incertitude associée à la reconstruction. L'approche non paramétrique quant à elle pourvoit la modélisation d'une grande robustesse et d'une grande flexibilité. Notre méthodologie consiste à considérer l'image comme une densité de probabilité dans (pour une reconstruction en k dimensions) et à chercher la solution parmi l'ensemble des densités de probabilité de . La grande dimensionalité des données à manipuler conduit à des estimateurs n'ayant pas de forme explicite. Cela implique l'utilisation de techniques d'approximation pour l'inférence. La plupart de ces techniques sont basées sur les méthodes de Monte-Carlo par chaînes de Markov (MCMC). Dans l'approche bayésienne non paramétrique, nous sommes confrontés à la difficulté majeure de générer aléatoirement des objets de dimension infinie sur un calculateur. Nous avons donc développé une nouvelle méthode d'échantillonnage qui allie à la fois bonnes capacités de mélange et possibilité d'être parallélisé afin de traiter de gros volumes de données. L'approche adoptée nous a permis d'obtenir des reconstructions spatiales 3D sans nécessiter de voxellisation de l'espace, et des reconstructions spatio-temporelles 4D sans discrétisation en amont ni dans l'espace ni dans le temps. De plus, on peut quantifier l'erreur associée à l'estimation statistique au travers des intervalles de crédibilité. / The aim of this work is to develop new statistical methods for spatial (3D) and space-time (3D+t) Positron Emission Tomography (PET) reconstruction. The objective is to propose efficient reconstruction methods in a context of low injected doses while maintaining the quality of the interpretation. We tackle the reconstruction problem as a spatial or a space-time inverse problem for point observations in a \Bayesian nonparametric framework. The Bayesian modeling allows to regularize the ill-posed inverse problem via the introduction of a prior information. Furthermore, by characterizing the unknowns with their posterior distributions, the Bayesian context allows to handle the uncertainty associated to the reconstruction process. Being nonparametric offers a framework for robustness and flexibility to perform the modeling. In the proposed methodology, we view the image to reconstruct as a probability density in(for reconstruction in k dimensions) and seek the solution in the space of whole probability densities in . However, due to the size of the data, posterior estimators are intractable and approximation techniques are needed for posterior inference. Most of these techniques are based on Markov Chain Monte-Carlo methods (MCMC). In the Bayesian nonparametric approach, a major difficulty raises in randomly sampling infinite dimensional objects in a computer. We have developed a new sampling method which combines both good mixing properties and the possibility to be implemented on a parallel computer in order to deal with large data sets. Thanks to the taken approach, we obtain 3D spatial reconstructions without any ad hoc space voxellization and 4D space-time reconstructions without any discretization, neither in space nor in time. Furthermore, one can quantify the error associated to the statistical estimation using the credibility intervals.

Dentre as técnicas diagnósticas por imagem, em Medicina Nuclear, têm-se destacado a Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET). O PET fornece imagens funcionais da região ou órgão de interesse, possibilitanto o diagnóstico de várias doenças e, também, um mapeamento da evolução ou regressão das mesmas. Os atuais sistemas PET apresentam blocos de cristais arranjados em geometria circular, mas a busca por novos arranjos, em geometrias diferenciadas, é pertinente, pois pode possibilitar um melhor desempenho destes tomógrafos. O objetivo deste estudo é avaliar o desempenho de um sistema PET constituído por blocos de cristais em arranjo elipsoidal. Para tal estudo, fez-se uso do GATE, ambiente de simulação para tomografia por emissão que apresentou resultados satisfatórios comparados à aparelhos utilizados na rotina clínica. Desta forma, elaborou-se dois sistemas PET, o primeiro com 46 blocos de cristais arranjados em geometria circular, no qual, os detectores opostos foram separados a uma distância de 816,4 mm na direção transaxial. No segundo caso, utilizou-se 36 blocos de cristais, arranjados em geometria elíptica, onde os detectores foram separados a uma distância de 500 mm na direção vertical e 816,4 mm na direção horizontal. Uma vez realizadas as simulações, fez-se os testes de validação para Sensibilidade, Fração de Espalhamento, NEC (Noise Equivalente Count Rate) e Resolução Espacial, para então, avaliar e comparar o desempenho do sistema PET para ambas as geometrias propostas. Estes testes foram feitos de acordo com as especificações da norma NEMA NU 2-2007. Para o teste de sensibilidade, com o phantom localizado no centro do FOV transaxial do tomógrafo, obteve-se um ganho no sistema PET, com geometria elíptica, de 28,7% em relação ao sistema convencional, de geometria circular. Para o phantom deslocado à 10 cm do centro do FOV transaxial, a sensibilidade do sistema PET elíptico foi 26,2% superior em relação ao circular. O tempo de aquisição para cada simulação neste teste foi de 400 s. Para os testes de Fração de Espalhamento e NEC foram realizadas 33 simulações, para cada geometria, variando o tempo de aquisição e a atividade. A fração de espalhamento na geometria elíptica foi de 35,5% e na circular 34,6%. Na geometria circular, a curva NEC atinge o pico máximo em 259,3 kcps a uma concentração de atividade de 34,1 kBq ml-1 , já para geometria elíptica, o pico máximo é atingido em 239,1 kcps a uma concentração de atividade de 24,8 kBq ml-1 . As medidas foram adquiridas em três posições transaxiais (x,y) no centro do FOV e, posteriormente, deslocadas em ¼ do centro do FOV, totalizando 6 medidas para cada geometria. Para cada uma destas 6 medidas, encontrou-se a FWHM (largura a meia altura) e a FWTM (largura a 10% do máximo) nos 3 eixos de coordenadas (x,y,z), assim, para cada geometria proposta obteve-se 18 valores de FWHM e 18 valores de FWTM. A geometria elíptica apresentou melhoras na resolução espacial em FWHM em 4 dos 18 valores de resolução. Já para FWTM, a geometria elíptica apresentou melhora em 8 dos 18 valores de resolução. Em relação a FWHM, onde houve melhora na resolução espacial, teve-se um ganho médio de 18,7%. Já as perdas, em resolução espacial foi em média 43,26%. Para FWTM, a melhora em resolução espacial foi em média 12,09%, mas a perda de resolução, neste caso, foi em média 45,59%. Pode-se concluir que a geometria proposta apresenta algumas vantagens em relação a geometria convencional. Na geometria elíptica há uma redução de 10 blocos de cristais em relação a geometria circular, o que possivelmente gera uma redução no custo de fabricação do tomógrafo. Em relação a sensibilidade, há uma melhora significativa para nova geometria, bem como uma redução da concentração da atividade na qual o tomógrafo alcança seu melhor desempenho, embora ocorra uma ligeira diminuição na taxa de contagens no sistema elíptico. Essa redução na concentração de atividade pode ocasionar uma redução no tempo de exame e utilização de menos material radioativo, reduzindo o risco ao paciente e o custo do exame, bem como possibilitando a realização de um maior número de exames num mesmo intervalo de tempo. A fração de espalhamento do sistema elíptico é ligeiramente maior em relação ao sistema circular. A principal perda do sistema PET elíptico está na resolução espacial, onde não houve melhoras para maior parte das medidas realizadas, necessitando de alguns ajustes que pode se dar, entre outras coisas, no arranjo dos blocos de cristais. Acredita-se que ajustes na angulação dos detectores e na formação das coincidências seja possível melhorias nas resoluções, e NEC. / Among the diagnostic imaging techniques, in Nuclear Medicine, have been prominent in Positron Emission Tomography (PET). PET provides functional images of the region or organ of interest, allowing diagnostic of various diseases and also a mapping of the development or regression of the same. Current PET systems feature blocks arranged in circular geometry crystals, but the search for new arrangements, in different geometries, is relevant because it can provide a better performance of these scanners. The objective of this study is to evaluate the performance of a PET system consisting of blocks of crystals ellipsoidal arrangement. For this study, we used the GATE simulation environment for emission tomography that presented satisfactory results compared to the devices used in the clinical routine. This way we prepared two PET systems, the first one containing 46 blocks of crystals arranged in a circular geometry, where the opposite detectors were separated by a distance of 816.4 mm in the transaxial direction. In the second case, we used 36 blocks of crystals arranged in an elliptical geometry, where the detectors are separated a distance of 500 mm in the vertical direction and 816.4 mm in the horizontal direction. After the simulations were performed, the validation tests for sensitivity, scatter fraction, NEC (Noise Equivalent Count Rate) and Spatial Resolution were made, to finally evaluate and compare the performance of the PET system for both proposed geometries. The tests were made accordingly to specified NEMA NU 2-2007 standard. For the sensitivity test, with the phantom located in the center of FOV transaxial of the tomography, we obtained a gain in PET system with elliptical geometry of 28.7% compared to the conventional system, the circular geometry. For the phantom shifted to 10 cm from the center of the transaxial FOV, the sensitivity of PET elliptical system was 26.2% higher than in the circular. The acquisition time for each simulation in this test was 400 s. For Scatter Fraction test and NEC, were made 33 simulations for each geometry, varying the time of acquisition and activity. The scatter fraction in the elliptical geometry was 35,5% and 34,6% in the circular geometry. In the circular geometry, NEC curve reaches its peak in 259.3 kcps at an activity concentration of 34.1 kBq ml-1, for the elliptical geometry, the maximum peak is reached at 239.1 kcps at an activity concentration of 24.8 kBq ml-1. For the spatial resolution test we used a point source containing 18F with 4 MBq activity and acquisition time of 200 s. The measurements were acquired in three transaxials positions (x,y) in the center of FOV and, shifted in ¼ of the center of the FOV, summarizing 6 measurements for each geometry. For each one of these 6 measurements, we found the FWHM (Full width at half-maximum amplitude) and the FWTM (Full width at tenth-maximum amplitude) in the three axis (x,y,z), in this way, for each proposed geometry, we obtained 18 values of FWHM and 18 values of FWTM. The elliptical geometry showed improvement in the spatial resolution in FWHM in 4 of the 18 resolution values. For the FWTM, the elliptical geometry showed improvement in 8 of 18 resolution values. Regarding the FWHM, where there was an improvement in spatial resolution, we obtained the average gain of 18,7%. For the losses, in spatial resolution was an average of 43,26%. For the FWTM, the improvement in spatial resolution was an average percentage of 12,09%, while the loss of resolution had the average percentage of 45,59%. It can be concluded that the proposed geometry showed some advantages regarding the traditional geometry. In the elliptical geometry there is one reduction of 10 blocks of crystals in relation to the circular geometry, which possibly can cut fabrication costs of the tomography. Regarding to sensibility, there is a significant improvement for the new geometry, as well as one reduction of the activity concentration in which the tomography reaches the best performance, although the occurrence of a slight fall in the counts in the elliptical system. This reduction in the activity concentration can help to reduce the test time and the use less radioactive material, reducing the risk for the patients and the test costs, as well as improving the number of tests in the same period of time. The scattering fraction in the elliptical system is slight higher to the circular system. The major loss in the elliptical PET system is the spatial resolution, where there was not improvement for the great fraction of the obtained measurements, requiring some modifications that can be made, in special, in the crystal blocks arrangement. It is believed that some modifications to the angle of the detectors and in the formation of the coincidences can improve the resolutions and NEC.

O melanoma maligno é um tipo de câncer com grande risco de produzir metástases e com altas taxas de mortalidade resultantes de diagnósticos tardios e falta de tratamentos eficazes. Ao longo dos últimos anos, a terapia gênica voltada para o câncer e o desenvolvimento de métodos capazes de visualizar processos moleculares e celulares ao longo da terapia, tem recebido especial atenção. Diante deste quadro, nossos objetivos foram utilizar o sistema de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) para diagnosticar precocemente tumores e investigar a eficácia terapêutica de uma nova imunoterapia em um modelo animal de melanoma metastático. Visando atingir esses objetivos, padronizou-se a síntese e realizou-se o controle de qualidade do 9- [4-18F-fluoro-3-hidroximetil-butil) guanina, [18F] FHBG, considerado o padrão-ouro em estudos clínicos, para acompanhamento de terapia gênica por PET. Métodos: Sintetizou-se o [18F] FHBG, por substituição nucleofílica tipo 2 do precursor tosilato com [18F-] fluoreto de potássio /Kryptofix 2.2.2, seguido de desproteção com HCl 1 M e purificação por HPLC. A identidade química, pureza radioquímica e atividade específica do [18F] FHBG foram determinadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Introduziu-se o gene de timidina quinase (TK) com o vetor retroviral pCL-TK nas linhagens B16F10 (melanoma murino) e LLC (carcinoma de pulmão murino). Os estudos de captação in vitro dos radiotraçadores [18F] FHBG e [18F] FDG foram realizados nas linhagens celulares tumorais murinas transduzidas ou não com a proteína TK. Para os estudos in vivo, camundongos C57BL6 previamente inoculados intravenosamente com células de melanoma expressando a enzima TK, foram imageados subsequentemente utilizando os radiotraçadores [18F] FDG e [18F] FHBG. A eficácia da imunoterapia foi testada em modelo profilático e terapêutico animal de melanoma metastático. Resultados: O tempo de síntese total do [18F] FHBG variou entre 80-150 minutos. O rendimento radioquímico variou entre 1-4%, (n = 19) decaimento corrigido. A pureza radioquímica foi superior a 99% e a atividade específica variou entre 0,14GBq/μmoL-0,21GBq/μmoL. Com a introdução do gene timidina quinase (TK), obtiveram-se as linhagens repórter B16F10-TK e LLC-TK, para os estudos in vitro. As células B16F10 e LLC, expressando GFP foram utilizadas como linhagens controles. Estudos in vitro com o [18F] FHBG revelaram uma captação cerca de 4 vezes maior em células que expressam TK (B16-TK e LLC-TK) em comparação com as células controle GFP. O [18F] FDG apenas captou cerca de duas vezes mais em células TK do que em células que expressam GFP. A detecção de tumores em modelo animal de metástase pulmonar com o [18F] FDG ocorreu a partir de 15 dias do estabelecimento das lesões. No entanto, nos estudos in vivo com [18F] FHBG, houve captação apenas na região intestinal, durante as três semanas em que os animais foram acompanhados. A imunoterapia com células tratadas pela combinação de p19Arf e IFNβ, em camundongos C57BL6 com metástase pulmonar, conferiu redução do tamanho dos focos metastáticos aos animais tratados. Conclusões: Neste trabalho padronizou-se a síntese manual do [18F] FHBG, o qual foi avaliado em estudos in vitro e in vivo. Os estudos in vitro confirmaram a especificidade do [18F] FHBG no monitoramento da expressão de HSV1-tk em linhagens celulares. No entanto, o [18F] FHBG não se acumulou nas lesões metastáticas in vivo e estudos posteriores serão necessários para uma melhor caracterização utilizando o [18F] FHBG. O resultado do tratamento combinado de p19Arf e IFNβ foi promissor para o tratamento de lesões metastáticas. / Malignant melanoma is a type of cancer with a great risk of producing metastases and with high mortality rates resulting from late diagnosis and lack of effective treatments. Over the past few years, directed gene therapy for cancer and the development of methods to visualize molecular and cellular processes throughout therapy, have received special attention. In this context, our aim was to use the Positron Emission Tomography (PET) system, as a tool, for early detection of tumors and investigate the therapeutic efficacy of a new immunotherapy in an animal model of metastatic melanoma. To achieving these goals, the synthesis of [18F] FHBG, the gold standard in clinical studies for monitoring gene therapy by PET, was standardized and the quality control was performed. We also present the results of in vitro uptake and in vivo evaluation of [18F] FHBG, compared to [18F] FDG, the most commonly used radiopharmaceutical for diagnosis in oncology by PET. The vaccine was derived from transduced B16F10-TK cells with the adenoviral vectors AdRGDPGp19Arf and AdRGDPGIFNβ. Methods: [18F] FHBG was synthesized by type 2 nucleophilic radiofluorination of a tosylate precursor with [18F-] potassium fluoride / Kryptofix 2.2.2, followed by deprotection with 1N HCl and purification by HPLC. The chemical identity, radiochemical purity and specific activity of [18F] FHBG were determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The thymidine kinase (TK) gene was introduced with the pCL-TK retroviral vector into the B16F10 (murine melanoma) and LLC (murine lung carcinoma) lines. In vitro uptake studies of [18F] FHBG and [18F] FDG were performed on cell lines transduced or not with TK protein. For in vivo studies, C57BL6 mice, previously injected with HSV1tk expressing tumors, were subsequently imaged using the [18F] FDG and [18F] FHBG radiotracers. The efficacy of immunotherapy was tested in a prophylactic and therapeutic animal model of metastatic melanoma. Results: The total synthesis time of [18F] FHBG ranged from 80-150 min. The radiochemical yield ranged from 1-4%, (n = 19) corrected decay. Radiochemical purity was greater than 99% and the specific activity ranged from 0.14GBq / μmoL- 0.21GBq / μmoL. With the introduction of the thymidine kinase (TK) gene, the B16F10-TK and LLC-TK reporter lines were obtained for in vitro studies, B16F10 cells and LLC, expressing GFP, were used as controls. In vitro studies with [18F] FHBG revealed about 4-fold uptake in TK-expressing cells (B16-TK and LLC-TK) compared to GFP control cells. [18F] FDG binds only about twice as much in TK cells as in cells expressing GFP. The detection of tumors in an animal model of pulmonary metastasis with [18F] FDG occurred 15 days after lesion establishment. However, the in vivo studies with [18F] FHBG, the uptake was only found in the intestinal region, over the 3 weeks in which the mice were followed. Immunotherapy with cells treated by the combination of p19Arf and IFNβ, in C57BL6 mice with pulmonary metastasis, reduced the size of the metastatic foci in treated animals. Conclusions: In this study we demonstrate the standardization of [18F] FHBG synthesis and its use in in vitro and in vivo. The in vitro studies have confirmed the specificity of [18F] FHBG to monitor HSV1-tk expression in cell lines. However, [18F] FHBG did not accumulate in the metastatic lesions in vivo and further studies will be required for a better characterization using [18F] FHBG. The outcome of the combined treatment of p19Arf and IFNβ was promising for the treatment of metastatic lesions.

Introdução: Esclerose múltipla (EM) é uma doença desmielinizante e inflamatória do sistema nervoso central. Seu diagnóstico é clínico, auxiliado pela imagem de ressonância magnética, mas essa imagem não diferencia processos de inflamação e desmielinização. A tomografia por emissão de pósitrons (PET), usando radiofármacos específicos, pode ser uma ferramenta para diferenciar esses processos. O radiofármaco [11C]PK11195 se liga na proteína translocadora 18 kDa (TSPO) presente nas mitocôndrias das células gliais. O radiofármaco [11C]PIB é utilizado para detecção de placa Beta-amiloide, mas tem sido utilizado também na análise do conteúdo de mielina. Esta nova aplicação foi fundamentada na captação deste radiofármaco em substância branca. A utilização em conjunto destes dois radiofármacos pode diferenciar processos de neuroinflamação, desmielinização e remielização através da imagem PET. Objetivo: O objetivo deste trabalho é validar o uso dos radiofármacos [11C]PK11195 e [11C]PIB para estudo pré-clínico para a quantificação de neuroinflamação e quantidade de mielina, respectivamente, na progressão da doença de modelos animais de esclerose múltipla, modelo de roedores, e em seguida realizar análise de lesões em substância cinzenta e substância branca em modelo de primatas não humanos. Material e Métodos Projeto aprovado pelo comitê de ética (UNIFESP 2628300415 e FMUSP 25/15 e 0556/15). O modelo de lisolecitina em ratos (Wistar, machos) foi induzido pela injeção estereotáxica de lisolecitina 1% em dois locais do estriado direito (2 + 2 microL) e no corpo caloso (3 microL). As imagens de PET com [11C]PK11195 e [11C]PIB foram adquiridas nos tempos basal, 3 dias, 1 semana e 4 semanas após a administração estereotáxica. O modelo de encefalomielite autoimune experimental (EAE) em saguis foi induzido por injeção de glicoproteína da mielina do oligodendrócito (MOG) emulsionada em Adjuvante Incompleto de Freund (IFA) ou em Adjuvante Completo de Freund (CFA). As imagens de PET foram adquiridas antes da imunização (basal) e ± 100 dias após a imunização (final). O tecido cerebral foi utilizado para análise imuno-histológica. Resultados: No modelo de lisolecitina em rato foi observado um aumento na captação de [11C]PK11145 no corpo caloso, 25 % (P = 0,002) e no estriado, 24 % (P < 0,05) uma semana após a imunização comparando com a imagem basal. Com o [11C]PIB não foram observadas diferenças significativas. No modelo de EAE em saguis, induzido com MOG/IFA, foi possível observar uma redução significativa da captação de [11C]PIB nas regiões do esplênio do corpo caloso direito de 38,17 % (P = 0,0365), globo pálido direito, 22,75 %, (P = 0,0355), núcleo caudado direito, 29,36 % (P = 0,0284) e córtex cingulado, 18,99 % (P = 0,0453), enquanto para o grupo MOG/CFA foi observada uma redução significativa para a região do córtex motor esquerdo, 9,51 % (P = 0,0083). Com o [11C]PK11195 foi observada uma redução significativa na captação do radiofármacos na imagem intermediária do grupo MOG/IFA comparada com a captação basal nas regiões do córtex somatossensorial direito, 22,8 % (P = 0,0041), córtex de associação direito, 18,98 % (P = 0,0228), córtex subpial direito, 23,37 % (P = 0,0006) e região do núcleo caudado inferior esquerdo, 18,97 % (P = 0,0233). Nos ensaios post mortem realizados com os ratos foi possível observar na imuno-histoquímica uma correlação, entre micróglia ativada (Iba-1) e [11C]PK11195, tanto no corpo caloso como no estriado. Para os saguis foi observado correlação entre [11C]PK11195 e Iba-1 e esta não foi observada para o [11C]PK11195 e GFAP. Na histologia, foi observada uma correlação entre os dados da imagem de [11C]PIB e a técnica de luxol fast blue. Conclusão: A imagem PET com [11C]PK11195 e [11C]PIB foi eficiente para as quantificações de neuroinflamação e mielina, respectivamente, na progressão da doença dos modelos animais (roedor e primata não humano) da EM / Introduction: Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating and inflammatory disease of the central nervous system. Its diagnosis is clinical, helped by magnetic resonance imaging, but this image modality does not differentiate between inflammation and demyelination. Positron Emission Tomography (PET), using specific radiopharmaceuticals, can be a tool to differentiate these processes. The radiopharmaceutical [11C]PK11195 binds to the translocator protein 18 kDa (TSPO) present in the mitochondria of glial cells. [11C]PIB is a radiopharmaceutical used for detection of Beta-amyloid plaques, but has also been used in the analysis of myelin content. This new application was based on the white matter uptake of this radiopharmaceutical. The use of these two radiopharmaceuticals together can differentiate processes of neuroinflammation, demyelination and remyelination by the PET imaging. Objective: The objective of this work is to validate the use of tracers [11C]PK11195 and [11C]PIB for preclinical study for the qualification of neuroinflammation and amount of myelin, respectively, in the disease progression of animal models of multiple sclerosis, rodent model, and then perform analysis of grey matter and white matter lesions in non-human primate model. Material and Methods: Project approved by the ethics committee (UNIFESP 2628300415 and FMUSP 25/15 and 0556/15). The rat lysolecithin model (Wistar, male) was induced by stereotactic injection of lysolecithin 1% at two sites of the right striatum (2 + 2 microL) and in the corpus callosum (3 microL). PET images with [11C]PK11195 and [11C]PIB were acquired at baseline, 3 days, 1 week and 4 weeks after stereotactic injection. The experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) model in marmosets was induced by injection of myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in Incomplete Freund\'s Adjuvant (IFA) or Complete Freund\'s Adjuvant (CFA). PET images were acquired prior to immunization (baseline) and ± 100 days after immunization (end of experiment). Brain tissue was used for immunohistochemical analysis. Results: In the rat lysolecithin model, an increase in [11C]PK11145 uptake of 25% (P = 0.002) was observed in the corpus callosum and 24% (P < 0.05) in the striatum, one week after immunization compared to the baseline image. The IFA/MOG and CFA/MOG groups showed clinical signs in 100% of the animals. The comparison between baseline and symptoms time points showed in the CFA/MOG group a significant 11C-PIB uptake reduction only in the left motor cortex, 9.5 % (P = 0.0083). For the IFA/MOG group, a significant decrease in 11C-PIB uptake was observed in the splenium of corpus callosum, 38.4 % (P = 0.0365), globus pallidus, 22.9 % (P = 0.0355) and tail of caudate nucleus, 28.9 % (P = 0.0284), being these 3 regions in the right brain hemisphere, and also in the cingulate cortex (midline above corpus callosum), 19.5 % (P = 0.0453). 11C-PK11195 uptake was significantly decreased in IFA/MOG group in the intermediary time point in the right somatosensorial cortex, 22.08 % (P = 0.0041), right association cortex, 18.98 % (P = 0.0228), right subpial cortex, 23.37 % (P = 0.0006) and left tail of caudate nucleus, 18.97 % (P = 0.0233). In the post mortem analysis performed with rat tissue, a weak correlation between activated microglia (Iba-1) and [11C]PK11195 uptake was observed both in the corpus callosum and in the striatum. For the marmosets we observed correlation between [11C]PK11195 and Iba-1 but we didn\'t observed between [11C]PK11195 and GFAP. In histology, we observed correlation between [11C]PIB and luxol fast blue. Conclusion: The PET images with [11C]PK11195 and [11C]PIB were efficient for quantifying neuroinflammation and myelin content, respectively, in the disease progression of animal models (rodent and nonhuman primate) of MS

O melanoma maligno é um tipo de câncer com grande risco de produzir metástases e com altas taxas de mortalidade resultantes de diagnósticos tardios e falta de tratamentos eficazes. Ao longo dos últimos anos, a terapia gênica voltada para o câncer e o desenvolvimento de métodos capazes de visualizar processos moleculares e celulares ao longo da terapia, tem recebido especial atenção. Diante deste quadro, nossos objetivos foram utilizar o sistema de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) para diagnosticar precocemente tumores e investigar a eficácia terapêutica de uma nova imunoterapia em um modelo animal de melanoma metastático. Visando atingir esses objetivos, padronizou-se a síntese e realizou-se o controle de qualidade do 9- [4-18F-fluoro-3-hidroximetil-butil) guanina, [18F] FHBG, considerado o padrão-ouro em estudos clínicos, para acompanhamento de terapia gênica por PET. Métodos: Sintetizou-se o [18F] FHBG, por substituição nucleofílica tipo 2 do precursor tosilato com [18F-] fluoreto de potássio /Kryptofix 2.2.2, seguido de desproteção com HCl 1 M e purificação por HPLC. A identidade química, pureza radioquímica e atividade específica do [18F] FHBG foram determinadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Introduziu-se o gene de timidina quinase (TK) com o vetor retroviral pCL-TK nas linhagens B16F10 (melanoma murino) e LLC (carcinoma de pulmão murino). Os estudos de captação in vitro dos radiotraçadores [18F] FHBG e [18F] FDG foram realizados nas linhagens celulares tumorais murinas transduzidas ou não com a proteína TK. Para os estudos in vivo, camundongos C57BL6 previamente inoculados intravenosamente com células de melanoma expressando a enzima TK, foram imageados subsequentemente utilizando os radiotraçadores [18F] FDG e [18F] FHBG. A eficácia da imunoterapia foi testada em modelo profilático e terapêutico animal de melanoma metastático. Resultados: O tempo de síntese total do [18F] FHBG variou entre 80-150 minutos. O rendimento radioquímico variou entre 1-4%, (n = 19) decaimento corrigido. A pureza radioquímica foi superior a 99% e a atividade específica variou entre 0,14GBq/&mu;moL-0,21GBq/&mu;moL. Com a introdução do gene timidina quinase (TK), obtiveram-se as linhagens repórter B16F10-TK e LLC-TK, para os estudos in vitro. As células B16F10 e LLC, expressando GFP foram utilizadas como linhagens controles. Estudos in vitro com o [18F] FHBG revelaram uma captação cerca de 4 vezes maior em células que expressam TK (B16-TK e LLC-TK) em comparação com as células controle GFP. O [18F] FDG apenas captou cerca de duas vezes mais em células TK do que em células que expressam GFP. A detecção de tumores em modelo animal de metástase pulmonar com o [18F] FDG ocorreu a partir de 15 dias do estabelecimento das lesões. No entanto, nos estudos in vivo com [18F] FHBG, houve captação apenas na região intestinal, durante as três semanas em que os animais foram acompanhados. A imunoterapia com células tratadas pela combinação de p19Arf e IFN&beta;, em camundongos C57BL6 com metástase pulmonar, conferiu redução do tamanho dos focos metastáticos aos animais tratados. Conclusões: Neste trabalho padronizou-se a síntese manual do [18F] FHBG, o qual foi avaliado em estudos in vitro e in vivo. Os estudos in vitro confirmaram a especificidade do [18F] FHBG no monitoramento da expressão de HSV1-tk em linhagens celulares. No entanto, o [18F] FHBG não se acumulou nas lesões metastáticas in vivo e estudos posteriores serão necessários para uma melhor caracterização utilizando o [18F] FHBG. O resultado do tratamento combinado de p19Arf e IFN&beta; foi promissor para o tratamento de lesões metastáticas. / Malignant melanoma is a type of cancer with a great risk of producing metastases and with high mortality rates resulting from late diagnosis and lack of effective treatments. Over the past few years, directed gene therapy for cancer and the development of methods to visualize molecular and cellular processes throughout therapy, have received special attention. In this context, our aim was to use the Positron Emission Tomography (PET) system, as a tool, for early detection of tumors and investigate the therapeutic efficacy of a new immunotherapy in an animal model of metastatic melanoma. To achieving these goals, the synthesis of [18F] FHBG, the gold standard in clinical studies for monitoring gene therapy by PET, was standardized and the quality control was performed. We also present the results of in vitro uptake and in vivo evaluation of [18F] FHBG, compared to [18F] FDG, the most commonly used radiopharmaceutical for diagnosis in oncology by PET. The vaccine was derived from transduced B16F10-TK cells with the adenoviral vectors AdRGDPGp19Arf and AdRGDPGIFN&beta;. Methods: [18F] FHBG was synthesized by type 2 nucleophilic radiofluorination of a tosylate precursor with [18F-] potassium fluoride / Kryptofix 2.2.2, followed by deprotection with 1N HCl and purification by HPLC. The chemical identity, radiochemical purity and specific activity of [18F] FHBG were determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The thymidine kinase (TK) gene was introduced with the pCL-TK retroviral vector into the B16F10 (murine melanoma) and LLC (murine lung carcinoma) lines. In vitro uptake studies of [18F] FHBG and [18F] FDG were performed on cell lines transduced or not with TK protein. For in vivo studies, C57BL6 mice, previously injected with HSV1tk expressing tumors, were subsequently imaged using the [18F] FDG and [18F] FHBG radiotracers. The efficacy of immunotherapy was tested in a prophylactic and therapeutic animal model of metastatic melanoma. Results: The total synthesis time of [18F] FHBG ranged from 80-150 min. The radiochemical yield ranged from 1-4%, (n = 19) corrected decay. Radiochemical purity was greater than 99% and the specific activity ranged from 0.14GBq / &mu;moL- 0.21GBq / &mu;moL. With the introduction of the thymidine kinase (TK) gene, the B16F10-TK and LLC-TK reporter lines were obtained for in vitro studies, B16F10 cells and LLC, expressing GFP, were used as controls. In vitro studies with [18F] FHBG revealed about 4-fold uptake in TK-expressing cells (B16-TK and LLC-TK) compared to GFP control cells. [18F] FDG binds only about twice as much in TK cells as in cells expressing GFP. The detection of tumors in an animal model of pulmonary metastasis with [18F] FDG occurred 15 days after lesion establishment. However, the in vivo studies with [18F] FHBG, the uptake was only found in the intestinal region, over the 3 weeks in which the mice were followed. Immunotherapy with cells treated by the combination of p19Arf and IFN&beta;, in C57BL6 mice with pulmonary metastasis, reduced the size of the metastatic foci in treated animals. Conclusions: In this study we demonstrate the standardization of [18F] FHBG synthesis and its use in in vitro and in vivo. The in vitro studies have confirmed the specificity of [18F] FHBG to monitor HSV1-tk expression in cell lines. However, [18F] FHBG did not accumulate in the metastatic lesions in vivo and further studies will be required for a better characterization using [18F] FHBG. The outcome of the combined treatment of p19Arf and IFN&beta; was promising for the treatment of metastatic lesions.

A doença de Alzheimer (DA) é uma patologia neurodegenerativa progressiva e a forma de demência mais prevalente no mundo. As alterações fisiopatológicas da DA têm sido associadas a dois marcadores neuropatológicos clássicos: a deposição de placas de β- amilóide e a formação de emaranhados neurofibrilares da proteína tau hiperfosforilada. Porém, devido a complexidade da DA, outros mecanismos têm sido propostos como coadjuvantes no processo neurodegenerativo, entre eles eventos neuroinflamatórios, a quebra da homeostasia de sistemas de neurotransmissão e disfunção sináptica. Esta pletora de eventos patológicos parece preceder a fase de demência por um longo período onde a doença age de forma silenciosa, ou seja, onde não existem evidências sintomatológicas. Na presente tese, avançamos no entendimento de vias de sinalização associadas com a hipersforforilação da proteína tau envolvendo a disfunção da proteína fosfatase 2A e neurotoxicidade do sistema glutamatérgico. Além disso, avaliamos os radiofármacos de tomografia de emissão de pósitrons (PET) disponíveis para visualização in vivo e não invasiva da fisiopatologia da DA. Finalmente, avaliamos um novo biomarcador de PET, o [11C]ABP688, para visualizar flutuações no sistema glutamatérgico e avançamos no entendimento do impacto das células gliais no sinal do PET [18F]FDG, o radiofármaco mais utilizado na clínica atualmente para visualizar metabolismo de glicose cerebral. O [11C]ABP688 pode ser diretamente incluído em estudos clínicos e a reconceptualização do [18F]FDG proposta nesta tese pode alterar a maneira atual como vemos o metabolismo de glicose na DA e em outras doenças neurodegenerativas. Finalmente, nesta tese, avançamos em termos de mecanismos, e no contexto da busca por um diagnóstico precoce e acurado da DA. / Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder and the most prevalent cause of dementia worldwide. The AD pathophysiological features have been associated to two main classic neuropathological markers: depositon of β-amyloid plaques and formation of neurofibrillary tangles of hyperphosphorylated tau. Due to AD complexity, however, additional mechanisms have been proposed as contributors to the neurodegenerative process, such as neuroinflammatory changes, altered neurotransmission, and synaptic dysfunction. These pathological events seem to precede the dementia phase by many years, resulting in a long silent period, i.e., a preclinical phase. In this thesis, we advanced in the understanding of signaling pathways associated with tau hyperphosphorylation, which includes dysfunction of protein phosphatase 2A (PP2A) and glutamatergic neurotoxicity. Furthermore, we underscored radiopharmaceuticals currently available for imaging AD pathophysiology in vivo and non-invasively with positron emission tomography (PET). Finally, we evaluated a new PET biomarker, [11C]ABP688, for visualizing glutamatergic fluctuations and advanced in the understating of how glial cells contribute to the [18F]FDG signal, the widely used radiopharmaceutical in clinical settings for visualizing cerebral glucose metabolism. Our findings have high translational value and direct impact in clinical settings, which can potentially alter the way we interpret glucose metabolism in AD and other neurodegenerative disorders. In summary, in this thesis, we have advanced in terms of molecular mechanisms, and in the use of PET biomarkers toward an early and accurate diagnosis of AD.

L’imagerie TEP repose à l’heure actuelle sur des détecteurs à base de cristaux scintillants ou de semi-conducteurs. Le projet CaLIPSO propose de tirer parti à la fois de l’émission de lumière (par effet Cerenkov) et de l’ionisation du milieu de détection, pour réaliser un détecteur de résolution temporelle et spatiale améliorée. Le milieu de détection, le TriMéthylBismuth liquide à température ambiante, de par sa forte teneur en Bismuth, permet une détection par effet photoélectrique efficace. Cette étude a pour objectif de concevoir et d’optimiser le détecteur optique du projet CaLIPSO, afin de prouver le concept de la détection de photons de 511 keV par effet Cerenkov dans le TMBi, et de caractériser les performances d’un tel détecteur en termes de résolution temporelle et efficacité de détection. Un premier démonstrateur a validé le principe de détection reposant sur l’effet Cerenkov, bien que ses performances soient décevantes. C’est la raison pour laquelle nous avons entrepris un effort d’optimisation en simulation Monte Carlo dans Geant4, afin d’améliorer la collection de la lumière Cerenkov dans le détecteur, et donc son efficacité de détection et sa résolution temporelle. Avant, nous avons mesuré les propriétés optiques du TMBi (indice de réfraction, absorption et diffusion de la lumière), afin d’être capables de modéliser la propagation de la lumière Cerenkov dans le détecteur. Nous avons également optimisé par simulation Monte Carlo l’outil permettant la mesure de résolution en temps, un cristal scintillant de YAP:Ce couplé à un PMT. Cela a permis une mesure plus fine de la résolution temporelle du démonstrateur. A l’issue de ces travaux, nous avons construit un second démonstrateur optique. On mesure alors une efficacité de détection de l’ordre de 32% pour une résolution en temps de 660 ps (FWHM). L’efficacité mesurée prouve que le détecteur est pleinement efficace à détecter les conversions photoélectriques du photon de 511 keV (27% des photons incidents). Plusieurs optimisations technologiques sont proposées pour améliorer la résolution temporelle, et espérer à l’avenir une mesure du temps de vol des photons gamma. / PET detectors are usually based on scintillation crystals or semiconductor materials. The CaLIPSO project aims to build a PET detector working on the double detection of Cerenkov light and pair productions in a novel detection material called TriMethylBismuth. This would allow at the same time an enhanced time resolution (thanks to the Cerenkov signal) and a excellent spatial resolution (thanks to the ionization signal). Liquid TMBi (at room temperature), thanks to its good photo fraction (47%), allows a good detection efficiency, principally by photoelectric effect. In this context, this work aims to design and optimize an optical detector as a proof of concept for the Cerenkov detection of 511 keV gamma photons, and to measure the time resolution and detection efficiency of such a detector. The optical signal based on Cerenkov effect in TMBi has been observed on a first demonstrator, but its performances were clearly inappropriate. So we used a Monte Carlo simulation (Geant4) of the detector in order to model the relevant phenomena and to optimize de detection. It appeared that light collection efficiency in the detector was the most important parameter to optimize so as to improve time resolution and detection efficiency. Before that, we measured TMBi optical properties (refractive index, light absorption and diffusion), in order to model accurately the Cerenkov light propagation in the detector. The tool used for the time resolution measurement is a YAP: Ce scintillator coupled to a PMT. We also needed to optimize this tool in order to allow a more accurate measurement of the detector time resolution. At the end of this work, a second version of the optical demonstrator was built. We measured a detection efficiency of 32%, and a time resolution of 660 ps FWHM. The measured efficiency proved that our detector is fully efficient to detect the photoelectric conversions of the 511 keV photons (27% of the incident photons). Several technological optimizations are proposed to further improve the time resolution, in order to be able to measure the gamma photons’ time-of-flight in the future.