Le travail présenté dans ce manuscrit s’inscrit dans une stratégie de vectorisation d’agents diagnostiques et thérapeutiques, vers les protéoglycanes du chondrosarcome, via une structure chimique de reconnaissance : un ammonium quaternaire. Nous nous sommes intéressés aux deux aspects de la prise en charge du chondrosarcome : l’aspect diagnostique par imagerie scintigraphique et l’aspect thérapeutique. Pour l’imagerie, nous avons validé l’intérêt du radiotraceur 99m Tc-NTP 15-5 dans le diagnostic précoce, le staging et le suivi de la réponse au traitement dans un modèle de chondrosarcome de rat. Ce dernier démontre une accumulation spécifique et rapide au niveau du tissu tumoral, et ce, dès les stades précoces de la pathologie. Actuellement en phase de transfert vers la clinique pour la pathologie de l’arthrose, nos résultats ont permis de proposer une extension de l’application au chondrosarcome. Pour la thérapie, nous avons confirmé, in vitro, que la greffe du vecteur ammonium quaternaire, sur un agent alkylant, le melphalan, ne modifiait pas son activité cytotoxique. In vivo, les résultats obtenus avec le dérivé ammonium quaternaire du melphalan, ont mis en évidence un ralentissement net de la croissance tumorale associée à une diminution considérable du syndrome myélodysplasique associé au traitement. Ces résultats prouvent tout l’intérêt de la vectorisation pour l’amélioration de l’index thérapeutique et nous ont permis de valider la preuve de concept pour la vectorisation d’agent cytotoxique. Une autre approche de thérapie a consisté à greffer le vecteur sur des dérivés du cyclophosphamide clivables en hypoxie. Parmi les composés synthétisés, l’un d’entre eux a montré, in vitro, un différentiel de cytotoxicité hypoxie/normoxie intéressant. Son évaluation in vivo dans le modèle de xénogreffe de chondrosarcome HEMC-SS a démontré une inhibition importante de la croissance tumorale. En nous intéressant à l’environnement hypoxique de la tumeur, nous offrons ainsi une approche encore plus spécifique de la thérapie. L’ensemble de ces travaux offrent un véritable espoir pour le management du chondrosarcome, pathologie certes rare mais néanmoins redoutable. / Our strategy consists in using the quaternary ammonium function, that exhibits a high affinity for proteoglycans of extracellular matrix, as a selective carrier to chondrosarcoma of (i) radioisotopes for a targeted in vivo imaging or (i) cytotoxics for a targeted therapeutic approach. For diagnosis application, a radiotracer radiolabeled with 99m Tc ( 99m Tc-NTP 15-5) was designed and tested in vivo in an orthotopic Swarm chondrosarcoma model. For therapeutic application, a quaternary ammonium derivative of melphalan, Melphalan-AQ, was synthesized and assessed in vitro (cytotoxic activity, cell cycle distribution) and in vivo in the orthotopic Swarm chondrosarcome model (antitumor efficacy, toxicity). Since chondrosarcoma is characterized by hypoxia, research was focused on the vectorization of hypoxia-activated prodrugs. For diagnosis, 99m Tc-NTP 15-5 radiotracer highly accumulated in tumoral tissue at very early stage of pathology while no palpable nor measurable tumor could be assessed. For therapy, chondrosarcoma bearing rats treated with Melphalan-AQ showed a significant tumor growth inhibition with associated heamatological side effects being significantly reduced as compared to Melphalan. Among all phosphoramidate-AQ derivatives synthetised, one was selected on the basis of cytotoxic activity improvement under hypoxia respectively to normoxia. In vivo, this compound demonstrated a significant tumoral growth inhibition in the hypoxic HEMC-SS chondrosarcoma model. This work underlines the potential of the proteoglycans vectorization strategy developed in our lab, for a targeted management of chondrosarcoma including: (i) the first and only radiopharmaceutical able to provide in vivo a specific diagnosis and staging of the tumoral pathology of cartilage and (ii) a promising targeted antineoplastic approach exploiting both the chondrogenic and hypoxic features of chondrosarcoma.

Un diagnostic précoce suivi d'un traitement efficace et bien adapté au type de cancer sont les deux aspects les plus importants dans le traitement du cancer. L'imagerie par tomographie d'émission de positrons (TEP) est utilisée en oncologie pour le diagnostic ainsi que l'évaluation de la réponse a la thérapie. La TEP est l'outil le plus efficace dans la détection du cancer, des métastases ainsi que des récidives. Le radiotraceur le plus utilisé présentement en clinique est le 2-deoxy-2-[[exposant 18]F]-fluoro-D-glucose ([[exposant 18]F]-FDG). Ce radiotraceur est un analogue du glucose qui permet de détecter les tumeurs et d'évaluer le métabolisme de ces cellules. En effet, les cellules tumorales ont généralement un métabolisme beaucoup plus élevé que les cellules normales. L'imagerie est donc basé sur l'accumulation du radiotraceur plus rapidement dans les cellules tumorales. Malheureusement, certains types de cellules cancéreuses tels que les cellules de cancer de la prostate ont un métabolisme peu élevé et alors, le [[exposant 18]F]-FDG s'avère inefficace dans la détection de ces types de cancers. L'inverse est aussi vrai et pose également problème, c'est-à-dire que certains types de cellules saines ont un métabolisme élevé et, dans ces cas, le [[exposant 18]F]-FDG est, la aussi, inadéquat, tel que dans le cas du cancer du cerveau, par exemple, où les cellules du cerveau ont un métabolisme très élevé en tout temps rendant l'imagerie de ce cancer impossible. Même si le [[exposant 18]F]- FDG demeure un bon radiotraceur dans la majorité des cas, le développement de nouveaux radiotraceurs capables de cibler spécifiquement les cellules cancéreuses présente des avantages indéniables. Plusieurs traitements sont disponibles présentement en clinique pour traiter le cancer. Malheureusement, tous ces traitements comportent certaines lacunes dont la plus importante et la plus commune est la présence d'effets secondaires importants. Ces effets secondaires sont dus au manque de spécificité des molécules utilisées dans ces traitements. En effet, ces agents thérapeutiques ne ciblent pas spécifiquement les cellules cancéreuses, mais bien toutes les cellules en division, causant aussi des dommages aux cellules saines. La photothérapie est l'un de ces traitements éprouvés en clinique dont l'efficacité pour traiter certains types de cancers a déjà été demontrée. La présence d'un agent ciblant les cellules cancéreuses spécifiquement pourrait grandement améliorer l'efficacité et diminuer les effets secondaires. Le bombesin est un peptide de 14 acides aminés qui est exprimé chez plusieurs types cellulaires et qui possède plusieurs fonctions de régulation dans l'organisme. Ainsi, il participe à la thermorégulation, en plus de provoquer la sécrétion de plusieurs enzymes pancréatiques. Ce peptide doit son nom à la grenouille Bombina bombina chez laquelle il fut d'abord isolé et séquencé. Par la suite, son équivalent humain, le gastrin-releasing peptide (GRP), fut découvert et son étude démontra que ce peptide est hautement conservé chez les différentes espèces. Quatre sous-types ont été identifiés chez la grenouille et trois chez l'humain. Les récepteurs a bombesin sont exprimés en très bas niveau chez plusieurs types cellulaires normaux, mais ils sont particulièrement surexprimés chez certains types de cancers tels que le cancer du sein et de la prostate. De plus, la surexpression de certains sous-types tels que le gastrin-releasing peptide receptor (GRPR) est un indice de l'agressivité de la tumeur. Notre premier objectif était donc de créer un radiopeptide qui se lierait spécifiquement à des récepteurs surexprimés dans des cas de cancer du sein et de la prostate, les GRPR pour permettre l'imagerie TEP de ces types de tumeurs. En combinant un analogue du bombesin avec un radioisotope, le Cu-64, nous voulions obtenir un radiotraceur plus spécifique que celui utilisé présentement en clinique. Notre second objectif était d'évaluer le potentiel de ce même analogue du bombesin lié à un photosensibilisateur, l'AIPcS[indice inférieur 4]A[indice inférieur 1], en tant qu'agent photosensibilisant dans l'utilisation de la thérapie photodynamique (TPD) dans le traitement du cancer de la prostate.

Le cancer du sein est le cancer le plus répandu chez les Canadiennes. Grâce aux avancées technologiques et scientifiques, l'incidence de ce cancer est stable depuis une quinzaine d'année et le taux de mortalité diminue. Le plus important dans le traitement du cancer est un diagnostic précoce et un suivi de la thérapie bien adapté au type de cancer. La tomographie d'émission par positrons (TEP) permet de visualiser la distribution spatiale et temporelle de molécules radiomarquées. Le principal traceur utilisé en oncologie, le 2-deoxy-2-[18]Fluoro-D-deoxyglucose ( 18 [F]FDG), est un analogue du glucose. Il permet de visualiser les tumeurs et d'évaluer le métabolisme du glucose dans les cellules. Par contre, il a une lacune importante : il n'est pas spécifique aux cellules cancéreuses car il marque les cellules qui ont un métabolisme du glucose élevé. Malgré cela, le FDG reste un traceur très utilisé. Cependant, le développement de nouveaux composés spécifiques à certains récepteurs surexprimés dans différents types de cancer reste une idée à exploiter afin d'améliorer l'imagerie TEP. Le neuropeptide Y (NPY) est un peptide de 36 acides aminés qui est un neurotransmetteur très abondant dans le système nerveux central et périphérique. Il a plusieurs rôles physiologiques importants. Il est un stimulateur puissant de la prise de nourriture, un anxiolytique et un puissant vasoconstricteur. Quatre types de récepteurs humains ont été clonés, soient : Y1R, Y2R, Y4R et Y5R. Le récepteur Y1 est présent dans 85% des carcinomes mammaires primaires chez l'humain. Dans les tissus sains, le récepteur Y2 est exprimé de façon prédominante tandis que sur les cellules cancéreuses, c'est l'expression du récepteur YI qui prédomine. Le ratio de l'expression Y1/Y2 pourrait donc être exploité afin de détecter de façon plus précoce le cancer du sein. La bombésine (BBN), un peptide de 14 acides amines, a été découvert chez la grenouille Bombina Bombina . L'équivalent humain du BBN, le GRP possède 27 acides amines. La bombésine se lie à 3 types de récepteurs humains dont le récepteur à relâche de gastrine (GRPR). Il est surexprimé dans 65% des cas de carcinomes canalaires in situ . Le GRPR peut également être utilisé comme marqueur du caractère malin dans les cas de cancer. Un hétérodimère est l'union de deux molécules différentes pour n'en former qu'une seule. Dû au fait que les récepteurs Y1 et GRP ne sont pas surexprimés dans 100% des cas de cancer du sein l'utilisation d'une seule molécule qui ciblerait à la fois les deux récepteurs serait avantageuse pour l'imagerie du cancer du sein. Les avantages à l'utilisation d'un hétérodimère plutôt qu'un mélange de deux composés radioactifs sont : une dose de radioactivité administrée moins grande pour le même résultat et les interactions possibles entre les composés sont évitées. Puisque deux récepteurs surexprimés dans les cas de cancer du sein sont visés du même coup par le peptide, une plus grande captation tumorale est attendue. Le premier objectif de l'étude est de développer un peptide capable de lier spécifiquement le récepteur Y1 du NPY dans les cas de cancer du sein. Le second objectif est de développer un peptide hétérodimère ciblant préférentiellement les récepteurs Y1 et GRP dans les cas de cancer du sein. Les peptides seront combinés à un radio-isotope, le 64 Cu, afin de permettre l'imagerie TEP. Plusieurs techniques seront utilisées pour caractériser les différents peptides incluant des études de compétition in vitro , de stabilité plasmatique ainsi que de biodistribution. Afin d'évaluer tout le potentiel du traceur hétérodimère, une étude comparative entre ce dernier et les deux traceurs monomères sera présentée."--Résumé abrégé par UMI

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde, et la maladie coronaire est responsable de la majorité de ces décès. L’infarctus du myocarde et l’AVC sont principalement causés par la rupture de plaques d’athérome vulnérables. Malgré les récentes avancées dans la prise en charge des patients, aucun outil non invasif n’est actuellement disponible en pratique clinique pour le diagnostic de ces lésions. Le laboratoire UMR_S1039 Radiopharmaceutiques Biocliniques a développé un agent d’imagerie innovant ciblant la molécule d’adhésion cellulaire VCAM-1, impliquée dans le processus inflammatoire qui caractérise les plaques vulnérables. 99mTc-cAbVCAM1-5 appartient à une nouvelle classe de radiotraceurs dérivés d’anticorps de camélidés possédant uniquement une chaine lourde dont le domaine variable est appelé nanobody. Les lésions athéromateuses aortiques ont été visualisées avec succès par imagerie non invasive (SPECT) chez un modèle de souris déficient pour le gène ApoE. L’objectif de ma thèse a été double : finaliser la caractérisation préclinique de cAbVCAM1-5 et transférer ce radiotraceur vers la clinique. Dans un premier temps, la sensibilité de 99mTc-cAbVCAM1-5 a été démontrée avec succès par l’utilisation de thérapies de référence (statine, ézétimibe). Ces résultats prometteurs nous ont permis d’évaluer le potentiel effet anti-athérogène de nouveaux agents thérapeutiques et d’initier le transfert en clinique de cet agent d’imagerie. cAbVCAM1-5 et l’intermédiaire de réaction utilisé pour son radiomarquage ont été produits selon les bonnes pratiques de fabrication (BPF). Ces deux produits ont été évalués et validés. De plus la méthode de radiomarquage a été optimisée dans la perspective de son transfert vers la clinique. L’étude de toxicité étendue à dose unique est en cours. A l’issue de cette thèse, le laboratoire INSERM U1039 dispose donc de tous les éléments nécessaires pour une demande d’autorisation de phase clinique I/IIa. / Cardiovascular diseases (CVD) are the leading causes of death worldwide, and Coronary Artery Disease (CAD) is responsible for the majority of CVD deaths. Myocardial infarction and stroke are mainly caused by the rupture of vulnerable atherosclerotic plaques. Despite recent advances in treatment and detection of CAD, no non-invasive tool is currently available for the diagnosis of vulnerable plaques. The laboratory UMR_S1039 Radiopharmaceutiques Biocliniques has recently developed a new radiotracer (99mTc-cAbVCAM1-5) targeted to the inflammatory marker Vascular Cell Adhesion Molecule 1 (VCAM-1) expressed in vulnerable plaques. 99mTc-cAbVCAM1-5 belongs to a new class of radiotracers derived from single domain antibodies (sdAb), or nanobodies, that are composed of the single variable domain of the heavy chain antibodies of camelidae. Aortic plaques have been successfully visualized noninvasively by SPECT in an Apolipoprotein E (ApoE) deficient mouse model of atherosclerosis. The objectives of my thesis were to complete the preclinical characterization of cAbVCAM1-5 and to transfer this innovative tool to the clinic. The sensitivity of 99mTc-cAbVCAM1-5 imaging has been successfully demonstrated using gold standard therapies (statin, ezetimibe). Those good results allowed us to employ this imaging agent for the evaluation of new therapeutics and to initiate the clinical translation of cAbVCAM1-5. The productions of cAbVCAM1-5 and of the tricarbonyl employed for its radiolabeling have been performed according to good manufacturing practices (GMP). Both products have been evaluated and validated. Furthermore, the radiolabeling method has been optimized to facilitate its clinical transfer. Single dose toxicity study is currently ongoing. At the end of this PhD fellowship, the U1039 Laboratory therefore possesses all required products and knowledge for the onset of a first in human clinical trial.

Partie 1 : De plus en plus de molécules fluorées sont utilisées dans bon nombre de domaines variés, allant des matériaux aux sciences de la vie. Ces dernières années, un intérêt croissant a émergé avec l'association du groupement CF3 avec un hétéroatome, comme OCF3 ou SCF3. Le groupement SCF3 est très intéressant à cause de son paramètre d'hydrophobie (π=1.44). Par conséquent, les composés portant ce groupement sont des cibles importantes pour de nombreuses applications, en particulier en chimie médicinale. Cependant, la majorité des précédentes méthodes décrites dans la littérature utilisent des réactifs toxiques dans des conditions drastiques. Les trifluorométhanesulfénamides (1ère et 2nde génération) ont démontré leur potentiel dans la trifluorométhylthiolation électrophile. En raison de leur réactivité intéressante, ces deux générations de réactifs stables sont maintenant dans la boîte à outils de la chimie organique pour la trifluorométhylthiolation de molécules. Partie 2 : Des aggrégats d'α-synucléine sont une caractéristique neuropathologique de nombreuses maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson (MP) et la démence à corps de Lewy (DLB), collectivement appelés synucléinopathies. L'imagerie TEP pourrait révéler la quantité et la distribution des agrégats d'α-synucléine dans le cerveau et serait plus avantageuse à utiliser pour le diagnostic spécifique de synucléinopathies présymptomatiques à différents stades de lamaladie. Nous avons concentré nos efforts sur des dérivés de benzimidazole comme composés de petites tailles, plans et π-délocalisés pour concevoir des traceurs radioactifs des agrégats de la synucléine. Ainsi des structures assemblant des benzimidazoles, un espaceur rigide (alcyne et triazole) et enfin une autre partie aromatique ont été envisagées. Le radiomarquage pourra être effectué par une substitution nucléophile avec K18F au cours de la dernière étape. Avec cette stratégie convergente, nous pourrions avoir accès à une grande série de molécules à évaluer / Part 1 : More and more applications for fluorinated molecules are being found in various fields, from materials to life sciences. In recent years, a growing interest has emerged in the association of the trifluoromethyl group with heteroatoms such as CF3O or CF3S. The CF3S moiety is of particular interest, because of its high hydrophobicity parameter (π=1.44). Consequently compounds bearing this group are important targets for various applications, in particular in medicinal chemistry and agrochemistry. However, the majority of previous methods described in the literature use toxic reagents under harsh conditions. Trifluoromethanesulfenamides (1st and 2nd generation) have demonstrated their potential in the electrophilic trifluoromethylthiolations. Because of their interesting reactivity, these two generations of shelf-stable reagents are now in the toolbox of organic chemists for the trifluoromethylthiolation of molecules, providing a convenient method to pursue less toxic pathways. Part 2 : α-synuclein aggregation is a neuropathological hallmark of many neurodegenerative diseases including Parkinson’s disease (PD) and dementia with Lewy bodies (DLB), collectively termed synucleinopathies. PET imaging can reflect the amount and distribution of alpha-synuclein aggregates in the brain and would be advantageous to use for specific diagnosis of synucleinopathies in presymptomatic stages of disease. We focused our interest onto benzimidazole derivatives as small, planar and -delocalized compounds to design radiotracers of synuclein aggregates. Compounds based on the association of benzimidazole moiety, rigid linker (alkyne and triazole) and another aromatic part have been designed. The radiolabeling could be performed by nucleophilic substitution with K18F during the last step. With this convergent strategy, we could have acces to a large series of molecules to be evaluated

La tomographie par émission de positons (TEP) est une technique d'imagerie médicale largement utilisée en oncologie. Cette technique peut, par exemple, fournir des informations sur la localisation de tumeurs dans le corps humain, et le développement de nouvelles méthodes pour la production automatisée de radiotraceurs spécifiques reste un domaine d’actualité. Dans ce contexte, un nouveau type de précurseurs silylés pouvant être fluorés en dernière étape a été développé. La fluoration de ce nouveau motif imidazole-silylé par du [19F]F- puis par du [18F]F- a été validée sur différents bioconjugués. Le greffage de ce motif a ensuite été testé selon plusieurs méthodes. En particulier, une des voies de synthèse a pu montrer que la fluoration de bioconjugués portant ce motif et greffés sur une résine était possible au [19F]F-. Enfin, le produit radiomarqué au [18F]F- a pu être détecté au cours d’essais préliminaires, permettant ainsi de valider la stratégie choisie. / Positron Emission Tomography (PET) is a medical imaging technique widely used in oncology. For example, this technique can provide information on the localization of growing tumors in the human body, and the development of news methods for the automated production of specific radiotracers is still required. In this context, a new silylated precursor, which can be fluorinated in the last step, has been developed. The fluorination of this new imidazole-silylated unit with [19F]F- and with [18F]F- has been validated on various bioconjugates. The grafting of this moiety has been tested following different strategies. In particular, one of the synthetic pathway showed that the fluorination of bioconjugates with resin grafted moiety was possible with [19F]F-. Finally, the [18F] radiolabeled product was observed during preliminary [18F]F- fluorination experiments, thus validating the chosen strategy.

Les tumeurs solides relèvent pour un très grand nombre de cas d’un traitement chirurgical. La réussite thérapeutique dépend de la qualité, de la précision de l’exérèse et de la capacité à « visualiser » les résidus tumoraux. Pour ce faire, différents marqueurs sont disponibles sur le marché, notamment radioactifs. Depuis peu, des émetteurs de positrons spécifiques sont disponibles, relançant l’intérêt des techniques de chirurgies radioguidées. Les objectifs de ces travaux ont été la conception, le développement et l’optimisation d’un détecteur de positons pour la localisation de la tumeur avant exérèse et des amas tumoraux résiduels après exérèse. L’avantage de la détection des positons est leur parcours dans les tissus mous, de quelques millimètres. Leur détection est donc plus précise et de meilleure sensibilité (1 à 3 ordres de grandeurs) que la détection de rayonnements gamma. Elle consiste en une technique d’imagerie de contact sur une profondeur de quelques millimètres. Nous avons donc développé 2 prototypes d’imageurs beta+ composés de photomultiplicateurs en silicone (SiPM). Le SiPM sont des photomultiplicateurs présentant les mêmes caractéristiques que les tubes photomultiplicateurs (PMT), tout en étant sensibles à une faible luminosité et de très petite dimension, ce qui est parfaitement adapté à la problématique. La tête de détection du premier prototype est l’association d’un scintillateur organique sur une matrice de SiPM. Cette configuration permet de réduire le bruit dû à la contamination du signal par des rayonnements gamma. La seconde configuration inclus une méthode de soustraction permettant d’améliorer la discrimination du bruit Gamma, sans l’éliminer totalement. Pour ce faire, un assemblage de deux scintillateurs séparés par un guide de lumière est utilisé. Le signal issu des extrémités du scintillateur sont discriminés par l’analyse des différentes distributions de lumière sur la matrice SiPM. Dans les deux cas, le détecteur a été conceptualisé de façon à positionner la tête de détection dans un boitier mécanique comprenant une électronique de lecture miniaturisée. Différents designs de la sonde Beta+, prenant en compte le matériau et l’épaisseur du scintillateur, la fenêtre de propagation lumineuse et le réflecteur optique ont été simulés avec MonteCarlo et mesurés expérimentalement. Ces paramètres ont été optimisés de façon à ce que la sonde offre les meilleures performances en termes de sensibilité de détection des positons, discrimination du bruit Gamma, résolution et distorsion spatiale et uniformité de réponse. L’influence des différents algorithmes de reconstruction sur les performances spatiales ont été étudiées et une première étude préclinique du détecteur sur fantôme a pu être réalisée avec la première configuration de détecteur. / Extent and accuracy of surgical resection is a crucial step in the therapy of operable solid tumors. The recent availability of specific tumor-seeking agents, positron labeled, renewed the interest for radioguided surgery. The detection of beta particles, due to their short range, allows a more sensitive and accurate tumor localization. Since no mechanical collimation is necessary, it is possible to design probes with a sensitivity increased by one to three orders of magnitude compared to gamma detectors. The beta particle short range also reduces the contamination from distal non-specific radiotracers uptake region, which results in a increased signal-to-noise-ratio. Conversely, beta detection requires sensors to be extremely compact in order to operate in contact with the surveyed tissues in narrow surgical cavities. This thesis takes place in that context. Its aim was to develop an intraoperative positron imaging probe based on the silicon photomultiplier technology (SiPM) and to evaluate its ability to perform in real time tumor localization and post-operative control of the surgical cavity. During this work, two prototypes of intraoperative positron imaging probe were developed. The first detector design is based on the use of a single organic scintillator coupled to an array of SiPMs. This configuration uses a small sensitive volume to reduce the contamination noise coming from the annihilation gamma rays. The second version of the probe implements a subtraction method allowing to improve gamma rejection efficiency. This configuration uses a stack of two scintillators separated by a light guide. The events interacting in the top and the bottom scintillator are discriminated by the analysis of the different light distributions on the SiPM array. Different designs of the positron imaging probes, including scintillator material and thickness, light spreading window and optical reflector, were investigated with Montecarlo simulations and measurements. Their impact on the probes performances were optimized in terms of positron sensitivity, gamma ray rejection efficiency, spatial resolution and bias and uniformity of response. The effect of different reconstruction algorithm on spatial performances was also studied. Finally, the objective of developing an intraoperative probe fully operational in the operating room has been achieved by the design of dedicated miniaturized electronic readouts and mechanical housing. In the last part of my thesis, the evaluation of the single scintillator configuration in a realistic clinical environment was performed with 18F-FDG phantoms. We showed that the low intrinsic sensitivity of this probe to gamma radiations allows to detect tumor volumes as small as 14 mg for uptake properties corresponding to currently available radiotracers and acquisition times compatible with the surgery duration.

Les pathologies modifiant l’intégrité de la matrice cartilagineuse (arthrose, arthrite, pathologies des disques intervertébraux, chondrosarcome…) sont caractérisées par un diagnostic tardif dû à l’absence d’un marqueur spécifique du cartilage. Notre unité de recherche développe depuis quelques années un radiotraceur à base de 99mTc capable de se lier aux protéoglycanes, un des constituants essentiels du cartilage. Son utilisation en tomographie par émission monophotonique (TEMP) a permis de mettre en évidence sa capacité à cibler spécifiquement les protéoglycanes du cartilage. Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans la continuité de cette étude. De nouveaux radiotraceurs à base de cuivre-64 ont été synthétisés avec pour objectif de réaliser une imagerie fonctionnelle et quantifiable du cartilage en tomographie par émission de positons (TEP). La structure de base de ces radiotraceurs combine une partie vectrice ciblant spécifiquement les protéoglycanes du cartilage (fonction ammonium quaternaire) et une partie chélatante affine de l’ion cuivrique (polyazamacrocycle). Nos études préliminaires montrent que ces radiotraceurs pourraient permettre un diagnostic précoce et un suivi longitudinal des pathologies du cartilage. / Pathologies altering the integrity of the cartilaginous matrix (osteoarthritis, arthritis, intervertebral discs diseases, chondrosarcoma…) are characterized by a delayed diagnosis due to the absence of a specific marker of cartilage. Since several years, our research unit developed a radiotracer based on 99mTc able of binding proteoglycans, one of the essential constituents of the cartilage. Its use in single photon emission tomography (SPECT) had enabled to demonstrate its ability to specifically target the cartilage proteoglycans. Works reported in this thesis are a follow-up to this study. New radiotracers based on copper-64 were synthesized with the aim to achieve functional and quantifiable cartilage imaging in positron emission tomography (PET). The basic structure of these radiotracers combines a carrier function specifically targeting cartilage proteoglycan (quaternary ammonium function) and a chelating moiety for cupric ion (polyazamacrocycle). Our preliminary studies show that these radiotracers could allow early diagnosis and a longitudinal follow-up of cartilage diseases.

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