There has been growing interest in developing colloidal metal and semiconductor nanocrystals as biomedical imaging contrast agents and therapeutics, since light excitation can cause the nanocrystals to fluoresce or heat up. Recent advances in synthetic chemistry produced fluorescent 2-4 nm diameter silicon and 1-2 nm diaemeter CuInSSe nanocrystals, as well as 16 nm diameter copper selenide (Cu₂₋[subscript x]Se) nanocrystals exhibiting strong absorbance of near infrared light suitable for biomedical applications. However, the syntheses yield nanocrystals that are stabilized by an adsorbed layer of hydrocarbons, making the nanocrystals hydrophobic and non-dispersible in aqueous solution. Encapsulating these nanocrystals in amphiphilic polymer micelles enables the nanocrystals to disperse in water. Subsequently, the Si nanocrystals were injected into tissue to demonstrate fluorescence imaging, the photothermal transduction efficiency of copper selenide nanocrystals was characterized in water, and the copper selenide nanocrystals were used enhance the photothermal destruction of cancer cells in vitro. The polymer-encapsulated copper selenide nanocrystals were found to have higher photothermal transduction efficiency than 140 nm diameter Au nanoshells, which have been widely investigated for photothermal therapy. Combining the optical properties of metal and semiconductor nanocrystals with the drug-carrying capability of lipid vesicles has received attention lately since it may create a nanomaterial capable of performing simultaneous drug delivery, optical contrast enhancement, and photo-induced therapy. Hydrophobic, dodecanethiol-coated Au nanocrystals were dispersed in water with phosphatidylcholine lipids and characterized using cryo transmission electron microscopy. 1.8 nm diameter Au nanocrystals completely load the bilayer of unsaturated lipid vesicles when the vesicles contain residual chloroform, and without chloroform the nanocrystals do not incorporate into the vesicle bilayer. 1.8 nm Au nanocrystals dispersed in water with saturated lipids to form lipid-coated nanocrystal agglomerates, which sometimes adhered to vesicles, and the shape of the agglomerates varied from linear nanocrystal chains, to flat sheets, to spherical clusters as the lipid fatty acid length was increased from 12 to 18 carbons. Including squalene formed lipid-stabilized emulsion droplets which were fully loaded with the Au nanocrystals. Results with 4.1 nm Au and 2-3 nm diameter Si nanocrystals were similar, but these nanocrystals could not completely load the bilayers of unsaturated lipids. / text

The sterol biosynthetic pathway is essential for growth of all eukaryotic cells and the main target of antifungal agents. The emergence of resistance to these antifungals in an already ill patient population indicates a need to develop drugs that have a broad spectrum of activity among pathogenic fungi and have minimal patient toxicity. Squalene synthase is the first committed step in the sterol pathway and has been studied intensively for development of antifungal agents. While the overall architecture of this enzyme is identical throughout eukaryotes, it was shown that plant and animal genes cannot complement a squalene synthase knockout mutation in yeast unless the carboxy-terminal domain is swapped for one of fungal origin. This implies that there is a component of the fungal carboxy-terminal domain that is responsible for the complementation phenotype and that is unique to the fungal kingdom of life. To determine the role of the carboxy-terminal domain of squalene synthase in the sterol pathway, we used the yeast Saccharomyces cerevisiae with a squalene synthase knockout mutation and expressed squalene synthases originating from fungi, plants, and animals. In contrast to previous observations, all enzymes tested could partially complement the knockout mutation when the genes were weakly expressed. When induced, non-fungal squalene synthases could not complement the knockout mutation and instead led to the accumulation of carboxysterol intermediates, suggesting an interaction between squalene synthase and the downstream sterol C4-decarboxylase. Overexpression of a sterol C4-decarboxylase from any kingdom of life both decreased the accumulation of carboxysterol intermediates and allowed non-fungal squalene synthases to complement the squalene synthase knockout mutation. Using chimeric squalene synthases from each kingdom of life, the motif in the C-terminal domain responsible for preventing this toxicity was mapped to a kingdom-specific 26-amino acid hinge motif adjacent to the catalytic domain. Furthermore, over-expression of the carboxy-terminal domain alone containing a hinge motif from fungi, not from animals or plants, led to growth inhibition of wild-type yeast. Since this hinge region is unique to and highly conserved within each kingdom of life, this data provides evidence for the development of an antifungal therapeutic as well as for tools to develop an understanding of triterpene catalytic activity and identify similar motifs in other biosynthetic pathways.

Environmentally friendly lubricants are in demand in response to the rising concerns and restrictive legislation that surround the use of mineral oil lubricants. One area of importance is understanding the service life of the environmentally friendly base oils of these non-toxic, biodegradable and renewable alternatives. The service life of a lubricant is directly influenced by its degradation behavior, especially oxidation.  In this research, selected environmentally friendly base oils; Glycerol, Rapeseed oil, Polypropylene glycol, Polyethylene glycol, Bis(di-2-ethyl hexyl) sebacate, Squalene and reference mineral oil; paraffin,  were subjected to thermo-oxidative ageing at 150oC. The changes in the chemical structures of the samples were followed using Spectroscopic, chromatographic, rheological and corrosivity studies. Tribological tests were also carried out to quantify the changes in these lubricants. The results obtained showed that the thermal oxidation affected the physicochemical properties and the lubricating ability of the base oils. However, each base oil degraded distinctly to the accelerated ageing conditions.

Les principes actifs, dans leur chemin vers leur cible thérapeutique, rencontrent une ou plusieurs membranes biologiques (plasmique, intracellulaire). Les interactions entre un principe actif et ces membranes sont importantes : d’une part les propriétés pharmacocinétiques de la molécule active (transport, distribution, accumulation) en dépendent, d’autre part le principe actif peut modifier les propriétés structurales des membranes. L’étude de ces interactions est rendue difficile par la complexité des membranes en termes de composition (lipidique et protéique) et de structure (hétérogénéité de l’organisation). Par conséquent, l’utilisation de systèmes modèles simplifiés est nécessaire. Au cours de ce travail de thèse nous avons cherché à réaliser des bicouches lipidiques modèles dont les caractéristiques se rapprochaient de celles des membranes biologiques en complexifiant progressivement leur composition lipidique. Nous avons ensuite étudié l’interaction d’une molécule anti-VIH squalénisée, le ddC-SQ, avec nos modèles de membrane.Un des rôles essentiels des membranes biologiques étant de séparer deux milieux aqueux de composition ionique différente, nous avons étudié dans un premier temps l’influence de la nature du milieu d’hydratation sur les propriétés thermiques et structurales des bicouches lipidiques. A pH physiologique, nous avons mis en évidence que seuls les ions divalents (à faibles concentrations) induisaient de profondes modifications structurales en provoquant la formation de vésicules unilamellaires dans les systèmes simples. Une seconde partie de nos travaux a consisté à étudier l’interaction d’un antiviral squalénisé, le ddC-squalène (ddC-SQ), avec nos différentes bicouches modèles. Cet analogue nucléosidique a été associé de manière covalente à une chaîne de squalène afin d’améliorer ses propriétés pharmacocinétiques. Cette squalénisation confère à la molécule la capacité de s’auto-assembler en nanoparticules présentant une structure cubique bicontinue. Les résultats obtenus ont révélé que le principe actif squalénisé interagissait fortement avec les membranes à l’inverse de la molécule native. L’organisation structurale des systèmes modèles est profondément modifiée par l’insertion du ddC-SQ, ce qui pourrait influer sur l’activité du composé. / Drugs must cross one or more biological membranes (plasma membrane, intracellular membrane) to reach their intracellular target. Interactions between drug and membranes play a significant role in the pharmacokinetic properties of drug such as transport, distribution, accumulation. Moreover, drugs may alter membrane properties. The complexity of the composition (protein and lipid) and the structural properties (heterogeneity) of membranes leads to a difficult investigation of these interactions. Consequently, use of simplified model membranes is needed. In this work, model lipid bilayer systems in which the lipid organization mimics the arrangement of lipids in natural membrane have been developed. In this way, the complexity of lipid composition mixtures has been progressively increased. The primary function of membrane is to physically separate aqueous compartments from their surroundings. The intracellular and extracellular fluids differ in ionic composition. This study firstly consists to estimate the influence of aqueous medium nature on the thermodynamic and structural properties of these model membranes.In physiological conditions (pH 7.4, ionic strength 150 mM), the most significant change was obtained in the presence of divalent ions. Markedly change in lipid organization was observed and the formation of unilamellar vesicles has been evidenced (at low concentrations) in simple model bilayers. Interactions of an antiretroviral nucleoside analogue, the SQddC, with lipid systems constitute the second part of our work. Squalene has been covalently coupled to ddC, in order to improve its therapeutic index. Squalenoylation leads to amphiphilic prodrugs which self-organize as nanoparticles. ddC weakly interacts with lipid membranes while SQddC-SQ can insert into membranes between hydrophobic alkyl chains and induce disruption of lipid organization. Consequently, the efficacy and/or toxicity of this drug could change.

Les produits issus de la biomasse végétale connaissent depuis quelques années un succès grandissant dans de nombreuses industries (aromathérapie, cosmétique, parfums, etc.). L’objectif de notre étude était, d’une part de contribuer au développement des méthodes d’identification et de quantification des constituants des mélanges naturels par RMN 13C et RMN 1H (par exemple le squalène dans l’huile d’olive), et d’autre part, de contribuer à la caractérisation chimique de deux conifères introduits en Corse, le pin d’Alep (huile essentielle) et le cèdre de l’Atlas (huile essentielle, huile pyrolytique et résine).La première partie concerne la quantification du squalène présent dans l’huile d’olive. En effet, ce triterpène linéaire participe à la stabilité oxydative de l’huile d’olive et joue un rôle important dans la réduction des risques de certains cancers. Il s’agissait de mettre au point un protocole expérimental basé sur la RMN 1H ou 13C en utilisant un appareil de routine (9,4 Tesla). La quantification par RMN 13C s’est avérée fiable et elle a été appliquée à la quantification du squalène dans 25 échantillons d’huile d’olive de Corse.La seconde partie de nos travaux concerne la caractérisation chimique de l’huile essentielle de pin d’Alep introduit dans trois stations de Corse (Capo di Feno, Saleccia et Tre Padule de Suartone). L’analyse détaillée de l’huile essentielle de cônes, par combinaison des techniques chromatographiques et spectroscopiques, a permis d’identifier 48 composés. La composition chimique est largement dominée par les monoterpènes (Alpha-pinène et myrcène) et un sesquiterpène oléfinique ((E)-Béta-caryophyllène). La RMN 13C a permis d’identifier divers diterpènes, dont le 8,12-époxy-14-labdèn-13-ol. Ce composé est décrit pour la première fois dans l’huile essentielle de pin d’Alep. L’analyse de 15 échantillons d’huile essentielle de cônes a mis en évidence trois types de compositions : Alpha-pinène ; myrcène ; Alpha-pinène/myrcène. Enfin, l’analyse de 47 échantillons d’huile essentielle d’aiguilles, associée à un traitement statistique des données (ACP, AFD), a permis de mettre en évidence une variabilité chimique intraspécifique. Ainsi, les échantillons se répartissent en trois groupes selon leur teneur en (E)-Béta-caryophyllène (groupe I), en E-Béta-caryophyllène/Alpha-pinène/myrcène (groupe II) et en myrcène (groupe III).La dernière partie a été consacrée à l’étude de Cedrus atlantica. L’analyse détaillée d’une huile essentielle commerciale (du Maroc) a permis d’identifier 20 constituants, les composés majoritaires sont les Alpha-, Béta- et Gamma-himachalène. Par ailleurs, 7 composés absents de notre bibliothèque de données spectrales ont été identifiés par RMN 13C. Les compositions chimiques des huiles pyrolytiques artisanales du Maroc sont également dominées par les himachalènes et la (E)-Alpha-atlantone. Enfin, nous avons réalisé l’analyse qualitative et quantitative par RMN 13C, sans séparation préalable, de 28 échantillons de résine de C. atlantica récoltés dans les 5 forêts de Corse référencées par l’ONF (Bavella, Bonifato, Ospedale, Pineta et Vizzavona). A côté des acides résiniques, nous avons également identifié 3 lignanes (pinorésinol, laricirésinol et 9-acétate de laricirésinol). Pour l’ensemble de ces composés, nous avons mis en évidence trois types chimiques. Enfin, nous avons mis au point et validé un protocole expérimental de quantification des lignanes par RMN 1H. / Natural products isolated from plants acquired, in recent years, a growing success in many industries (aromatherapy, cosmetic, perfumes). The objective of our study was to contribute, on the one hand, to the development of methods involving 13C and 1H NMR for the identification and quantification of the components of natural mixtures, and on the other hand, to the chemical characterization of two conifers brought to Corsica, Aleppo pine (essential oil) and atlas cedar (essential oil, pyrolysis oil and resins).The first part concerned the quantification of squalene present in olive oil. Indeed, linear triterpene participated in the oxidative stability of olive oil and play an important role by decreasing some kind of cancers risks. It’s deal with to elaborate an experimental part based on NMR 1H and 13C by using routine apparatus (9.4 Tesla). Quantification by NMR 13C is reliable and have been applied to squalene quantification in 25 samples of Corsican olive oil.The second part of our work concerned the chemical characterization of the essential oil of Aleppo pine brought to Corsica in three different stations (Capo di Feno, Saleccia and Tre Padule de Suartone). A detailed analysis of cone essential oil, using the combination of chromatographic and spectroscopic techniques, leads to the identification of 48 compounds. Chemical composition is extensively dominated by monoterpens (Alpha-pinene and myrcene) and one olefinic sesquiterpen ((E)-Béta-caryophyllene). 13C NMR allowed to the identification of various diterpens, particularly the 8,12-epoxy-14-labden-13-ol. This compound is described for the first time in aleppo pine essential oil. Fifteen samples of cone essential oil were analysed allowing differentiating three kinds of compositions: Alpha-pinene; myrcene; Alpha-pinene/myrcene. Finally, analysis of 47 samples of needles essential oil, associated with statistical treatment of the results (PCA and PFA), suggested the occurrence of an intraspecific chemical variability. Samples are divided into three groups, based on their high contents in (E)-Béta-caryophyllene (groupe I), in (E)-Béta-caryophyllene/Alpha-pinene/myrcene (groupe II) and in myrcene (groupe III).The last part concerned the study of Cedrus atlantica. A detailed analysis of commercial essential oil leads to the identification of 20 constituents. Main compounds are Alpha-, Béta- and Gamma-himachalene. Moreover, seven compounds, not yet referenced in our home-made NMR spectral data library, were identified by NMR 13C. Chemical compositions of handwork pyrolysis oils from Morocco were also dominated by the himachalene’s and (E)--atlantone. Qualitative and quantitative analysis of 28 samples of Cedrus atlantica resins, obtained from the five Corsican forests referenced by the Office National des Forêts of Corsica (Bavella, Bonifato, Ospedale, Pineta and Vizzavona) have been done, without any step of chromatography. Beside resinic acids, we have been identified three lignans (pinoresinol, lariciresinol and lariciresinol-9-acetate). Qualitative and quantitative analysis of these compounds, leads to the occurrence of three types of chemical composition. Finally, we have developed and validated a method for quantification of lignans by 1H NMR.

La recherche sur le cancer se tourne vers le développement de la nanomédecine, c’est-à-dire l’utilisation de nanoparticules pour augmenter l'efficacité thérapeutique et réduire la toxicité du traitement. Dans ce contexte, ces travaux ont été consacrés à la conception de nano objets pour des applications en thérapie anticancéreuse. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant plusieurs ligands peptidiques RGD ciblant l’intégrine αvβ3, récepteur transmembranaire jouant un rôle clé dans l’angiogenèse. Dans un premier temps, nous avons synthétisé plusieurs composés en faisant varier la structure du châssis peptidique afin de moduler la présentation des ligands RGD lors de leur interaction avec l’intégrine αvβ3. L’évaluation biologique in vitro des différents composés synthétisés suivi d’une étape de simulation de dynamique nous a permis de déterminer une présentation optimale des ligands RGD. Nous avons ensuite développé une nouvelle voie de synthèse combinant deux réactions orthogonales catalysées au cuivre permettant l’accès à ces vecteurs peptidiques avec de meilleurs rendements et avec un temps de synthèse réduit par rapport à la voie classique. Finalement, nous avons greffé les clusters de RGD sur des nanoparticules lipidiques, puis polymériques, afin d’apporter un élément de ciblage. Ces deux projets ont été réalisés à travers des collaborations, respectivement avec le laboratoire du Prof. Patrick Couvreur (nanoparticules de squalène) et avec le laboratoire du Dr Marie-Thérèse Charreyre (nanoparticules de copolymères NAM/NAS). Ces systèmes ont ensuite été étudiés in vitro pour des applications en thérapie et en imagerie / Cancer research is now taking advantage of nanomedicine that is to say the use of nanoparticles to increase treatment efficiency and reduce toxicity. In this context, this work has been devoted to the design and synthesis of nano objects for applications in cancer therapy. These systems are based on a cyclodecapeptidic molecular scaffold presenting several RGD peptidic ligands targeting the αvβ3 integrin, a transmembrane receptor playing a key role in angiogenesis. We first synthesized several compounds by modifying the structure of the peptidic scaffold in order to alter the presentation of the RGD ligands during their interaction with the αvβ3 integrin. Biological in vitro evaluation of the different synthesized compounds followed by dynamics simulation allowed us to identify an optimal presentation of the RGD ligands. We then developed a new synthesis combining two orthogonal copper-catalyzed reactions yielding those peptidic vectors with lower reaction times and better yields compared to the classic synthesis. We finally grafted the RGD clusters on lipidic, then polymeric nanoparticles to add targeting moieties. Both projects were realized through collaborations, respectively with Prof. Patrick Couvreur’s lab (squalene nanoparticles) and Dr. Marie-Thérèse Charreyre’s lab (NAM/NAS copolymers). Those systems were then evaluated in vitro for applications in therapy and imaging.

La recherche sur le cancer se tourne vers le développement de la nanomédecine, c’est-à-dire l’utilisation de nanoparticules pour augmenter l'efficacité thérapeutique et réduire la toxicité du traitement. Dans ce contexte, ces travaux ont été consacrés à la conception de nano objets pour des applications en thérapie anticancéreuse. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant plusieurs ligands peptidiques RGD ciblant l’intégrine αvβ3, récepteur transmembranaire jouant un rôle clé dans l’angiogenèse. Dans un premier temps, nous avons synthétisé plusieurs composés en faisant varier la structure du châssis peptidique afin de moduler la présentation des ligands RGD lors de leur interaction avec l’intégrine αvβ3. L’évaluation biologique in vitro des différents composés synthétisés suivi d’une étape de simulation de dynamique nous a permis de déterminer une présentation optimale des ligands RGD. Nous avons ensuite développé une nouvelle voie de synthèse combinant deux réactions orthogonales catalysées au cuivre permettant l’accès à ces vecteurs peptidiques avec de meilleurs rendements et avec un temps de synthèse réduit par rapport à la voie classique. Finalement, nous avons greffé les clusters de RGD sur des nanoparticules lipidiques, puis polymériques, afin d’apporter un élément de ciblage. Ces deux projets ont été réalisés à travers des collaborations, respectivement avec le laboratoire du Prof. Patrick Couvreur (nanoparticules de squalène) et avec le laboratoire du Dr Marie-Thérèse Charreyre (nanoparticules de copolymères NAM/NAS). Ces systèmes ont ensuite été étudiés in vitro pour des applications en thérapie et en imagerie / Cancer research is now taking advantage of nanomedicine that is to say the use of nanoparticles to increase treatment efficiency and reduce toxicity. In this context, this work has been devoted to the design and synthesis of nano objects for applications in cancer therapy. These systems are based on a cyclodecapeptidic molecular scaffold presenting several RGD peptidic ligands targeting the αvβ3 integrin, a transmembrane receptor playing a key role in angiogenesis. We first synthesized several compounds by modifying the structure of the peptidic scaffold in order to alter the presentation of the RGD ligands during their interaction with the αvβ3 integrin. Biological in vitro evaluation of the different synthesized compounds followed by dynamics simulation allowed us to identify an optimal presentation of the RGD ligands. We then developed a new synthesis combining two orthogonal copper-catalyzed reactions yielding those peptidic vectors with lower reaction times and better yields compared to the classic synthesis. We finally grafted the RGD clusters on lipidic, then polymeric nanoparticles to add targeting moieties. Both projects were realized through collaborations, respectively with Prof. Patrick Couvreur’s lab (squalene nanoparticles) and Dr. Marie-Thérèse Charreyre’s lab (NAM/NAS copolymers). Those systems were then evaluated in vitro for applications in therapy and imaging.