En 2016, 216 millions de cas et 445000 décès liés au paludisme ont été reportés par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), 90 % de ces cas ont eu lieu sur le continent africain, très majoritairement causés par Plasmodium falciparum. Chez les femmes enceintes le paludisme peut avoir de lourdes conséquences en termes de morbidité et de mortalité aussi bien pour la mère que pour l'enfant à venir. Outre l'utilisation de moustiquaires imprégnées, l'OMS recommande l'utilisation d'un traitement préventif intermittent par sulfadoxine-pyriméthamine (SP) pour les femmes enceintes des zones endémiques d'Afrique sub-saharienne. La résistance du parasite à la SP est un réel problème en l'absence d'alternative thérapeutique et le niveau de résistance est déjà très élevé dans certaines régions d'Afrique. Cette résistance est causée par différents polymorphismes nucléotidiques simples (SNPs) sur les gènes codant pour DHPS et DHFR. Ces mutations modifient la structure 3D de ces enzymes, diminuant leur liaison à la SP. Ce travail s'est attaché à faire un état des lieux récent de la prévalence des mutations des gènes pfdhfr et pfdhps à travers 7 sites d'Afrique Centrale. Un octuple mutant combinant trois mutations sur le gène pfdhfr et cinq mutations sur le gène pfdhps (CirnI + vagKgs) a été découvert à Yaoundé en 2015 ; nous l'avons retrouvé au Nigeria et au Cameroun mais pour la première fois à un haut niveau de prévalence à Maroua (52,2%). Sur plusieurs sites d'Afrique Centrale, nous décrivons l'augmentation de la prévalence de la mutation K540E, typique des parasites résistants de l'Afrique de l'Est et sur laquelle se base l'implémentation de la SP par l'OMS. D'autre part, à partir d'un modèle d'homologie de pfDHPS, nous avons utilisé des techniques de dynamique moléculaire pour mieux comprendre les modifications de la structure 3D liées à différents haplotypes d'intérêts retrouvés en Afrique Centrale. Cette partie de l'étude propose une autre approche pour évaluer et visualiser l'effet structurel des mutations, élément supplémentaire à la compréhension de leur impact sur la résistance à la SP. / Malaria was responsible for 445 000 death and 216 million new cases worldwide in 2016, 90% of these cases occurred in Africa. Pregnant women are particularly susceptible to malaria, resulting in medical consequences on both mother and child. In the endemic countries of sub Saharan Africa, in addition to the use of insecticidal nets, the World Health Organization (WHO) recommends a preventive treatment against Plasmodium falciparum malaria in pregnancy using Sulfadoxine Pyrimethamine (SP). Resistance of the parasite to SP is a significant problem in the absence of alternative treatment and the level of resistance is very high in some regions of Africa. This resistance is mediated by several single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the genes coding for DHPS and DHFR, changing the 3D structure of the two target proteins and decreasing drug binding. This study offers an updated view of the epidemiology of these mutations throughout Central Africa. We identified for the first time the octuple mutant combining 3 mutations on pfdhfr gene and 5 mutations on pfdhps gene (CirnI + vagKgs), discovered in 2015 in Yaoundé, as the major haplotype in Maroua, northern Cameroon (52,2%). On several Central-African sites, we describe the increase of the prevalence of the typically East-African K540E mutation on which is based the implementation of SP by the WHO. Knowledge of the prevalence of resistance markers is crucial for the adaptation of SP recommendation in Central Africa. This study also explores the changes occurring in the 3D structure of the most common mutated pfDHPS haplotypes identified in our epidemiology study, using molecular dynamics on a homology model of the protein. It offers a new vision of the effect of the mutations on the structure, a further step to understanding the impact of mutations in resistance.

Cette étude a eu pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension du comportement photochimique de certains micropolluants de type antibiotiques vétérinaires (sulfaquinoxaline, pyriméthamine) ou antibactérien (triclosan) en solution aqueuse et à la surface de la kaolinite, utilisée comme un modèle de sol.L’étude du comportement photochimique de la sulfaquinoxaline a été réalisée sous excitation à 254 nm et 365 nm. Dans tous les cas, une dégradation efficace est observée avec un rendement quantique qui dépend de la longueur d’onde d’excitation, du pH et la concentration d’oxygène dissous. De plus, la présence de l’oxygène moléculaire dans le milieu conduit à une inhibition partielle la photodégradation mettant en évidence l’implication partielle de l’état excité triplet. Ce dernier a pu être mis en évidence par photolyse laser nanoseconde à travers un transfert Triplet-Triplet (T-T) en employant le β-carotène comme accepteur. Sur le plan analytique, la phototransformation de la sulfaquinoxaline conduit à la formation d’un grand nombre de produits qui ont été identifiés par HPLC/ESI/MS/MS en identifiant les processus de fragmentation intervenant pour chaque molécule étudiée. L’étude a permis de montrer que les états excités singulet et triplet sont tout les deux impliqués dans la photodegradation et que les processus principaux intervenant sont la photohydrolyse, la désulfonation avec un réarrangement intramoléculaire, l'hydroxylation des motifs aromatiques et l'isomérisation selon un processus de type photo Fries.L’étude de la photoréactivité de la pyriméthamine a montré que la dégradation est plus efficace avec la forme neutre. Le rendement quantique a été évalué à environ 4,0x10-2 en milieu aéré et sous excitation à 254 nm. L’étude par photolyse laser a montré la formation intermédiaire de l’état excité triplet mais également de l’électron solvaté (absorption à 700 nm). Les processus de formation des photoproduits primaires sont la substitution de l’atome de chlore par un groupement hydroxyle ou par un atome d’hydrogène et l’hydroxylation du noyau aromatique.La dégradation des micropolluants à la surface du sol a pu être abordée en utilisant l’argile kaolinite comme support modèle. Ce système simplifié nous a permis d’étudier la photodégradation sous excitation en Suntest sur le plan cinétique et analytique. L’étude cinétique a été entreprise en fonction de différents paramètres tels que l’épaisseur de la kaolinite et la concentration initiale du substrat. Le premier effet nous a permis de montrer que pour des épaisseurs inférieures à 70 µm, la vitesse de diffusion du composé des zones sombres vers les zones irradiées est très rapide devant la photolyse et de ce fait, elle peut être négligée. Cet aspect a conduit à la détermination du rendement quantique de disparition à la surface de la kaolinite. Sur le plan analytique, les réactions observées sur l’argile sont différentes de celles observées en solution aqueuse. En effet, dans le cas de la sulfaquinoxaline, seul le produit de désulfonation est observé. Au contraire de la sulfaquinoxaline, l’étude complète de la molécule de triclosan a montré la formation de plusieurs produits et notamment des dimères ou des oligomères ce qui suggère la présence du substrat sous forme d’agrégats à la surface de l’argile. Afin de confirmer cette observation expérimentale, nous avons abordé une étude de modélisation par dynamique moléculaire. Celle-ci a donnée des informations très importantes sur l’organisation des molécules à la surface de la kaolinite. Ainsi, l’adsorption du triclosan fait intervenir d'importantes liaisons hydrogène avec la surface de la kaolinite. En présence de plusieurs molécules, la formation d’agrégats est gouvernée par une importante interaction entre les noyaux aromatiques de type π-stacking. / The study undertaken within this thesis concerns the photochemical behavior of the veterinary antibiotics sulfaquinoxaline and pyrimethamine, as well as the antimicrobial triclosan in aqueous solutions and at the surface of kaolin, used as a soil model.The photochemical study on sulfaquinoxaline was performed at 254 and 365 nm. In all cases, an efficient degradation was observed with a quantum yield that depends on the excitation wavelength, pH and the dissolved molecular oxygen concentration. Molecular oxygen acts as an inhibitor which reflects the involvement of the triplet excited state. Sulfaquinoxaline was clearly shown to be a photosensitizer of β-carotene via a triplet-triplet transfer process. From the analytical point of view, several photoproducts were generated and identified by using HPLC/ESI/MS/MS technique through a close analysis of the fragmentation processes. The byproducts that were formed via the singlet as well as the triplet excited states were mainly generated by photohydrolysis, desulfonation, hydroxylation and isomerisation reactions.The photochemical study of pyrimethamine indicates an efficient photoreactivity with the molecular form. The laser flash photolysis study reveals the implication of singlet and triplet excited states. The byproducts were mainly formed through the substitution of the chlorine atom by an hydroxyl group and the hydroxylation of the aromatic moiety.The photochemical study at the surface of soil was undertaken by using kaolin as a model support. Such simple system appears to be a guideline for precise kinetic and analytical studies. The former was performed as a function of several important parameters such as the layer thickness and the initial concentration of the substrate. The first parameter clearly indicates that for a thickness lower than 70 µm, the rate of diffusion is so fast that this process can be neglected when compared to the photochemical process. Thus, the first rate constant at the surface of kaolin was determined. Only the product of desulfonation was observed with sulfaquinoxaline while with triclosan, several byproducts were obtained such as dimers and oligomers suggesting the formation of aggregates at the surface of the solid support. In order to confirm this aspect, molecular dynamics studies were undertaken and indicate that the adsorption of triclosan mainly occurs at the surface of kaolin via hydrogen molecular bonds. The arrangement of the molecules in a cluster is governed by π-stacking type interactions between the aromatic moieties.

RESUME Le travail de thèse porte sur le développement d’électrodes sélectives originales et performantes pour l’analyse de composés d’intérêt pharmaceutique. La partie introductive traite des notions relatives à l’électrochimie mais également de notions sur les molécules médicamenteuses étudiées, en l’occurrence les principes antipaludéens et l’iode. La partie expérimentale se subdivise en deux parties distinctes selon le type d’électrodes sélectives auxquelles font appel les techniques électrochimiques. La première partie concerne l’élaboration, la caractérisation et l’application des électrodes potentiométriques à membrane polymérique incluant une paire d’ions et sélectives à diverses molécules organiques pharmacologiquement actives (antipaludéens). Leur application aussi bien en analyse pharmaceutique qu’en cinétique de dissolution est décrite. La deuxième partie est consacrée à l’élaboration d’un type de senseur ampérométrique original à pâte de carbone à base d’argent micronisé ou colloïdal et à la comparaison de ses performances avec l’électrode d’argent métallique. L’intérêt analytique est mis en évidence par la détermination quantitative des iodures. Les différents aspects susceptibles d’influencer leur comportement, dont la nature des agents précipitants (tétraphénylborate de sodium et le tétrakis (4-chlorophényl) borate de potassium) et de plastifiants ont été investigués. Les bonnes performances des ces électrodes en analyse quantitative ont permis d’explorer les possibilités de leur utilisation à l’étude de la cinétique de dissolution. L’ampérométrie à électrode à pâte de carbone modifiée à base d’argent à l’échelle micronisée (35% m/m) couplée à la chromatographie liquide ionique s’est avérée très sensible vis-à-vis des iodures en particulier et des halogénures en général. Les facteurs susceptibles d’influencer les grandeurs de séparation et la réponse de l’électrode ont été investigués et l’exploitation du signal ampérométrique permet le dosage sélectif et rapide de faibles concentrations en iodures. Les informations fournies par les mesures réalisées en voltampérométrie cyclique à l’aide des mêmes électrodes permettent une bonne compréhension mécanistique quant au mode de détection ampérométrique évitant ainsi toute confusion à ce sujet et permettant l’optimisation du processus de détection. ------------------------------------------------ ABSTRACT This thesis describes the development of original and high performance selective electrodes for the analysis of several pharmaceutical compounds. The introduction describes the pharmaceutical compounds of interest (antimalarial drugs and iodine) and provides an overall understanding of the electrochemical groundwork pertaining to their analysis. The experimental aspect of the thesis is divided into two parts, each according to the type of electrode and electrochemical technique used for the analysis. The first part describes the design, characterization, and application of polymer membrane based ion selective potentiometric electrodes. Selectivity was provided by including ion pairs of several antimalarial drugs into the membrane. The feasibility of use of these electrodes in pharmaceutical analysis as well as in dissolution trials is also described in this part. The second part describes the design of an original silver-modified carbon paste amperometric sensor and compares its performances to those of a plain metallic silver electrode. The electrode has been modified by silver microparticles or by silver nanoparticles. Quantitative iodine determination serves to prove the usefulness of this new sensor in analytical chemistry. Different aspects, such as the nature of the counter ions (sodium tetraphenylborate and potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate) and the plastifying agents that are likely to influence electrode behaviour have been investigated. Since the electrodes have been shown to perform well in quantitative analysis, the possibility of use in dissolution trials was explored. Micronized silver-modified carbon paste electrode (35% Ag m/m) coupled to anionic-exchange liquid chromatography with amperometric detection was shown to be very sensitive with regards to the assay of halogenides in general and iodide in particular. After having investigated the various factors likely to influence chromatographic separation and electrode response, it was shown that the sensor could be used to rapidly and selectively determine low iodide concentrations in complex samples. Cyclic voltammetric analysis provided information concerning the mechanisms allowing amperometric detection, thus allowing an optimisation of the detection procedures.

RESUME<p><p>Le travail de thèse porte sur le développement d’électrodes sélectives originales et performantes pour l’analyse de composés d’intérêt pharmaceutique. <p><p> La partie introductive traite des notions relatives à l’électrochimie mais également de notions sur les molécules médicamenteuses étudiées, en l’occurrence les principes antipaludéens et l’iode.<p><p> La partie expérimentale se subdivise en deux parties distinctes selon le type d’électrodes sélectives auxquelles font appel les techniques électrochimiques.<p><p> La première partie concerne l’élaboration, la caractérisation et l’application des électrodes potentiométriques à membrane polymérique incluant une paire d’ions et sélectives à diverses molécules organiques pharmacologiquement actives (antipaludéens). Leur application aussi bien en analyse pharmaceutique qu’en cinétique de dissolution est décrite.<p><p> La deuxième partie est consacrée à l’élaboration d’un type de senseur ampérométrique original à pâte de carbone à base d’argent micronisé ou colloïdal et à la comparaison de ses performances avec l’électrode d’argent métallique. L’intérêt analytique est mis en évidence par la détermination quantitative des iodures.<p><p> Les différents aspects susceptibles d’influencer leur comportement, dont la nature des agents précipitants (tétraphénylborate de sodium et le tétrakis (4-chlorophényl) borate de potassium) et de plastifiants ont été investigués.<p>Les bonnes performances des ces électrodes en analyse quantitative ont permis d’explorer les possibilités de leur utilisation à l’étude de la cinétique de dissolution.<p><p> L’ampérométrie à électrode à pâte de carbone modifiée à base d’argent à l’échelle micronisée (35% m/m) couplée à la chromatographie liquide ionique s’est avérée très sensible vis-à-vis des iodures en particulier et des halogénures en général. Les facteurs susceptibles d’influencer les grandeurs de séparation et la réponse de l’électrode ont été investigués et l’exploitation du signal ampérométrique permet le dosage sélectif et rapide de faibles concentrations en iodures. Les informations fournies par les mesures réalisées en voltampérométrie cyclique à l’aide des mêmes électrodes permettent une bonne compréhension mécanistique quant au mode de détection ampérométrique évitant ainsi toute confusion à ce sujet et permettant l’optimisation du processus de détection.<p>------------------------------------------------<p>ABSTRACT<p><p>This thesis describes the development of original and high performance selective electrodes for the analysis of several pharmaceutical compounds. <p><p>The introduction describes the pharmaceutical compounds of interest (antimalarial drugs and iodine) and provides an overall understanding of the electrochemical groundwork pertaining to their analysis.<p><p>The experimental aspect of the thesis is divided into two parts, each according to the type of electrode and electrochemical technique used for the analysis.<p>The first part describes the design, characterization, and application of polymer membrane based ion selective potentiometric electrodes. Selectivity was provided by including ion pairs of several antimalarial drugs into the membrane. The feasibility of use of these electrodes in pharmaceutical analysis as well as in dissolution trials is also described in this part.<p><p>The second part describes the design of an original silver-modified carbon paste amperometric sensor and compares its performances to those of a plain metallic silver electrode. The electrode has been modified by silver microparticles or by silver nanoparticles. Quantitative iodine determination serves to prove the usefulness of this new sensor in analytical chemistry.<p><p>Different aspects, such as the nature of the counter ions (sodium tetraphenylborate and potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate) and the plastifying agents that are likely to influence electrode behaviour have been investigated. <p><p>Since the electrodes have been shown to perform well in quantitative analysis, the possibility of use in dissolution trials was explored.<p><p>Micronized silver-modified carbon paste electrode (35% Ag m/m) coupled to anionic-exchange liquid chromatography with amperometric detection was shown to be very sensitive with regards to the assay of halogenides in general and iodide in particular. After having investigated the various factors likely to influence chromatographic separation and electrode response, it was shown that the sensor could be used to rapidly and selectively determine low iodide concentrations in complex samples. Cyclic voltammetric analysis provided information concerning the mechanisms allowing amperometric detection, thus allowing an optimisation of the detection procedures.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished