Les composés fluorés sont très utilisés dans les agents de contraste ultrasonore (ACU) pour faciliter le diagnostic de nombreuses maladies par imagerie en temps réel. Tous les ACU commerciaux sont des microbulles de gaz perfluoré stabilisé par une monocouche de phospholipides, protéines ou tensioactifs. Cependant, l'application théranostique (de la contraction de thérapeutique et de diagnostic) de ces matériaux est sévèrement limitée par (i) la faible stabilité du composé fluoré, (ii) leur taille micrométrique et (iii) le manque de compartiments efficaces pour l'encapsulation d’un principe actif. Nous avons proposé deux stratégies différentes pour améliorer la stabilité du cœur fluoré et fournir simultanément des interfaces fonctionnelles pour l'encapsulation d’un principe actif.La première approche a consisté à intercaler le chitosane avec des phospholipides (DSPC) pour augmenter la stabilité de microvésicules contenant du gaz fluoré décafluorobutane (C4F10). L'affinité du DSPC et du chitosane a été révélée par des techniques de caractérisation de surface et par microscopie à fluorescence. Les microvésicules contenant du chitosane ont présenté des signaux intenses de la composante gazeuse en résonance magnétique nucléaire du fluor (RMN 19F) et en échographie in vitro après 48 h, deux fois plus longtemps que les échantillons sans chitosane. Le chitosane permet ainsi d’augmenter la stabilité des microvésicules et constitue une plateforme appropriée pour l'encapsulation de médicaments. La coque de chitosane-phospholipide pourrait donc améliorer le potentiel théranostique de ces microvésicules. Cependant, l'utilisation d'un coeur gazeux a rendu la stabilisation de vésicules submicrométriques difficile. Par conséquent, la deuxième stratégie s’est focalisée sur le développement d'un agent théranostique à l'échelle nanométrique en piégeant un coeur fluoré liquide de perfluorohexane (PFH; C6F14) dans une enveloppe polymère rigide de polylactide (PLA). Pour améliorer l'interaction des polymères biodégradables avec les perfluorocarbones, nous avons synthétisé des polymères PLA contenant cinq longueurs différentes de groupes terminaux fluorés (de C3F7 à C13F27) par polymérisation par ouverture de cycle du D,L-lactide. Les mesures de temps de relaxation spin-spin 19F ont démontré la présence d’interactions fluorophiles intenses entre les chaînons fluorés et le PFH. Les polymères ont ensuite été formulés en nanocapsules (NCs) sphériques de 150 nm de diamètre, comme vérifié par microscopie électronique en transmission. La RMN 19F a montré que l'efficacité d'encapsulation du PFH dans les capsules est doublée grâce à l’utilisation des polymères fluorés comparé aux dérivés non fluorés. Par conséquent, la réponse acoustique des NCs a été multipliée par dix avec les deux modes d'imagerie fondamentale et harmonique. En outre, l’utilisation d’ultrasons focalisés a permis la vaporisation acoustique de gouttelettes de PFH, confirmée par l’observation de morphologies fragmentées ou perturbées dans de nombreux échantillons. Les effets des groupes terminaux fluorés ont été davantage explorés par une évaluation morphologique des microcapsules (MCs) produites avec les polymères. Finalement, les NCs et MCs présentent un potentiel théranostique intéressant, puisqu’elles permettent d'effectuer un diagnostic assisté par ultrasons et de libérer potentiellement un principe actif lorsqu'elles sont soumises à des pressions acoustiques élevées. / Fluorinated materials are intensively used as ultrasound contrast agents (UCA) to facilitate the diagnosis of many diseases by real-time imaging. All the commercially available UCAs are microbubbles constituted by a perfluorinated gaseous-core stabilized by a monolayer of phospholipids, proteins or surfactants. Unfortunately, the theranostic application (i.e. therapeutic and diagnostic ability) of such materials are severely limited by the (i) poor stability of the fluorinated component, (ii) inherent micrometer size range and (iii) lack of effective compartments for drug accumulation. To overcome these limitations, we proposed two different strategies to improve the persistence of the fluorinated core and simultaneously provide functional interfaces for drug encapsulation.The first approach involves intercalating chitosan with phospholipids (DSPC) to increase the stability of microvesicles containing the fluorinated gas decafluorobutane (C4F10). The affinity of DSPC and chitosan was disclosed by surface sensitive techniques and fluorescence microscopy. 19F nuclear magnetic resonance (19F-NMR) and in vitro ultrasound of chitosan-coated microvesicles exhibited intense signals of the gaseous-component after 48 h, twice as long compared to plain samples. Altogether, chitosan increased the stability of microvesicles and is a suitable platform for drug accumulation. As a result, the chitosan-phospholipid shell may enhance the theranostic potential of related microvesicles. However, the use of a fluorinated gas-core imposed an important restriction to stabilize sub-micrometric vesicles. Therefore, the second strategy was focused in developing a theranostic agent at the nanoscale by entrapping a liquid fluorinated core of perfluorohexane (PFH; C6F14) into a rigid polymeric shell of polylactide (PLA). To enhance the interaction of biodegradable polymers with perfluorocarbons, we synthesized PLA polymers containing five distinct lengths of fluorinated end-groups (from C3F7 until C13F27) by ring-opening polymerization of D,L-lactide. A greater extent of fluorous interactions was indicated by 19F spin-spin relaxation time and, subsequently, all the block copolymers were formulated into spherical nanocapsules (NC) with average diameter of 150 nm as verified by transmission electron microscopy. 19F-NMR showed that NC produced with fluorinated polymers increased two-fold the encapsulation efficiency of PFH compared with non-fluorinated derivatives. As a result, the NC echogenicity increased 10-fold for both fundamental and harmonic ultrasound imaging modalities. In addition, acoustic drop vaporization of PFH was successfully attained by focused ultrasound as observed by fragmented or disrupted morphologies in many samples. Effects of the fluorinated end-groups were further explored by a morphological evaluation of microcapsules (MC) produced with the polymers. Finally, both NC and MC present an interesting theranostic potential, being able to perform ultrasound-assisted diagnosis and potentially release drug contents when irradiated by high acoustic pressures.

La médecine se dirige de plus en plus vers des traitements personnalisés. Pour répondre à cela, les équipes de recherche ont développé des objets permettant de diagnostiquer et de soigner dans un temps restreint. Ceci a conduit à l’émergence d’un nouveau domaine : la théranostique (thérapie et diagnostic). Les nanoparticules sont une des réponses à ces problématiques. La mise au point de ces objets nécessite de maitriser parfaitement la taille, la morphologie et la composition chimique des particules. Les analogues de bleu de Prusse sont des polymères de coordination à ponts cyanures cristallins qui ont beaucoup été étudiés pour leurs propriétés magnétiques mais également pour des applications médicales. La taille nanométrique, la porosité de la structure, la présence de molécules d’eau et une grande versatilité chimique font de ces matériaux des candidats prometteurs pour un développement en tant qu’agent de contraste pour l’IRM. Ce réseau a également montré ces capacités en hyperthermie photoassistée. L’élaboration de nanoparticules de bleu de Prusse dopées par du GdIII ou du MnII et les études de leurs propriétés structurales et chimiques font partie des aspects développés au cours de ce travail de thèse. Les performances en relaxivité et en hyperthermie photoassistée ont pu être évaluées. Afin de mener des expériences in vivo, le comportement des objets dans les milieux adaptés a été exploré, ce qui a permis d’initier l’émergence d’un système optimal. Au cours de cette thèse, la stabilisation de colloïdes de polymères ide coordination incluant des ions PtII et PdII de type « cyanosols », ont été développés pour être notamment évalués en tant que radio-sensibilisateur en hadronthérapie. Ces objets amorphes permettent d’envisager de nombreuses combinaisons. Après la mise au point du protocole de synthèse, les caractérisations chimiques (taille, structure et compositions) ont permis de mettre en avant plusieurs systèmes à base de platine et de fer ainsi que de platine et d’or qui feront l’objet d’étude pour l’hadronthérapie. L’objectif est de faire de ces nouveaux polymères de coordination des nanoplateformes théranostiques alliant IRM et hadronthérapie. / Personal medicine is the future to treat cancer. To address this concern, researchers started to develop objects which can be effective for both diagnostic and treatment in a short time. A new domain has emerged: theranostic (therapy and diagnostic). Nanoparticles are a promising answer to this problematic. Synthesizing these objects implies to control size, morphology and chemical composition of the particles. Prussian blue analogues are coordination polymers with cyanide bridges which are considerable studied for their magnetic properties, but also for medical application. The size (nanometric), the porosity, the presence of water molecules and the high chemical versatility are the key argument to make Prussian blue good candidates as contrast agent for MRI. This network is also effective for photothermal therapy. Synthesis of Prussian blue doped with GdIII or MnII and study of the chemical and structural properties is one of the aspects developed during this thesis. Relaxivity and photothermal therapy performances have been measured. In order to conduct in vivo experiments, evolution of our nanoparticles in appropriate media have been evaluated which led to the development of an optimal system. During this thesis, new nanoparticles composed of heavy ions such as platinum or palladium, called cyanosols, have been elaborated to be used as radiosensitizers for hadrontherapy. Cyanosols are linked by cyanide bridge to other metallic ions. After the optimization of their synthesis, chemical characterization (size, structure and composition) was done to highlight some systems based, on platinum and iron as well as platinum and gold, which will be studied for hadrontherapy applications. The purpose of this future work is to create new theranostic nanoplatforms combining MRI and hadrontherapy.

L'objectif de cette thèse était de développer des outils multifonctionnels pour l’élaboration d’agents théranostiques en oncologie, notamment à base de nanotechnologies. Le projet est basé sur l’utilisation de plateformes multimodales monomoléculaires comme précurseurs pour la synthèse de nanoparticules, de bioconjugués ou encore de sondes imageantes à base de petites molécules.Les premiers travaux ont concerné la synthèse de précurseurs silanes comportant un agent chélatant. Ces nouveaux précurseurs ont été mis en oeuvre pour la fonctionnalisation de nanoparticules AGuIX et ont également été utilisés dans un nouveau procédé de synthèse « one-pot » d’AGuIX. Le radiomarquage de ces nanoparticules a été réalisé dans le but d'évaluer la stabilité de ces nanoparticules dans des conditions physiologiques. Par ailleurs, ces nanoparticules ont été étudiées dans un modèle de tumeur TSA afin de déterminer leur comportement pharmacocinétique, leur biodistribution et leur potentiel en imagerie bimodale TEP-IRM.Dans une deuxième partie, des blocs de construction / ligands ont été développés et utilisés avec succès pour la fonctionnalisation de nanoparticules d'or. Des ligands multimodaux contenant différentes combinaisons de chélateurs, de fonctions de ciblage, de groupes fonctionnels et de chromophores, ont été synthétisés. Les nanoparticules d'or pour l'imagerie TEP-IRM et SPECT (ciblant le PSMA) ont été ensuite radiomarquées (64Cu/111In) et ont montré une excellente stabilité. Le ligand à base de PSMA présente une bonne affinité vis-à-vis du PSMA, tandis que les études in vivo dans un modèle tumoral TSA des nanoparticules d'or pour l'IRM-TEP ont démontré les bonnes propriétés pharmacocinétiques de ces nanoparticules fonctionnalisées, et donc leur potentiel en imagerie et en radiothérapie.La dernière partie du travail de thèse concerne le développement de sondes TEP-Optique pour l'imagerie ciblée de tumeurs surexprimant le PSMA en utilisant de petites sondes moléculaires, ainsi que pour leur bioconjugaison sur des fragments d'anticorps et des nanoparticules. Une sonde ciblant le PSMA, à base de NODAGA et du fluorophore IR-783, a été développée et caractérisée afin de déterminer ses propriétés photophysiques, son affinité pour le PSMA, et les conditions de radiomarquage. Enfin, un analogue comportant une fonction maléimide a été utilisé avec succès pour le marquage site spécifique de fragments Fab' du trastuzumab, ainsi que pour la fonctionnalisation de nanoparticules AGuIX. Ces bioconjugués et ces nanoparticules ont été soigneusement caractérisés et évalués dans des modèles biologiques pertinents afin de mettre en évidence leur intérêt comme agents théranostiques. / The objective of this thesis was to develop multifunctional tools for cancer theranosis, particularly based on nanotechnology. The work is based on the premise of monomolecular multimodal platform that aims to create the building blocks that can be used for the synthesis of functionalized nanoparticles, bioconjugates or targeted small molecular imaging probes.The initial work focused on the synthesis of the chelator based silane precursors. These novel precursors were employed for the functionalization of AGuIX nanoparticles and have also been implicated in a one pot AGuIX synthesis. Radiolabelling of these nanoparticles was performed with the aim to evaluate the stability of these nanoparticles under physiological conditions. Furthermore, these nanoparticles were investigated in TSA tumor model in order to evaluate their pharmacokinetics, biodistribution behaviour and value in PET-MRI imaging.In the second part of the work, building blocks/ligands have been developed and successfully deployed for the functionalization of gold nanoparticles. Multimodal ligands containing different combinations of chelators, targeting moieties, functional groups and dyes were synthesized. Gold nanoparticles for PET-MRI and PSMA targeting SPECT imaging were further radiolabeled (64Cu/111In) and showed excellent stability. PSMA targeting ligand exhibited good affinity towards PSMA, whereas the in vivo studies of the gold nanoparticles for PET-MRI in TSA tumor model demonstrated good pharmacokinetics properties, underscoring their potential in cancer imaging and radiotherapy.The latter half of the thesis work focusses on the development of PET-Optical probes for PSMA positive cancer targeting imaging using small molecular probes, and for bioconjugation to antibody fragments and nanoparticles. A PSMA targeting probe based on NODAGA and IR-783 dye has been developed and characterized for its affinity, photophysical and radiolabelling properties. Likewise, a similar probe bearing a maleimide handle has been successfully used for the site-specific labelling of trastuzumab Fab’ fragments and functionalization of AGuIX nanoparticles. These bioconjugates and the nanoparticles have been thoroughly characterized and evaluated in relevant biological models to highlight their value in cancer theranosis.

L’objectif de cette thèse est de préparer et caractériser de nouveaux agents théranostiques potentiels à base de complexes de ruthénium portant des molécules biologiquement actives. Pour évaluer potentiel théranostique des nouveaux composés les propriétés de luminescence et la cytotoxicité ont été considérées. Quatre nouveaux ligands portant des substituants a activité biologique: 5-(4-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylbut-1-yn-1-yl)pyridine-2-carbaldehyde semicarbazone (L1), 3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L2), 5,5-dimethyl-3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L3) and [1-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)-2,5-dioxoimidazolidin-4-yl]urea (L4) ont été prepares, caractérisés et engagés dans la synthese des complexes de ruthénium correspondants. Six complexes ont été obtenus a partir du ligand L1 ([Ru(bpy)2(L1)]2+, [Ru(Mebpy)2(L1)]2+, [Ru(tBubpy)2(L1)]2+, [Ru(Phbpy)2(L1)]2+, [Ru(dip)2(L1)]2+, [Ru(SO3dip)2(L1)]2-) et trios a partir de L2, L3 and L4 ([Ru(bpy)2(L2)]2+, [Ru(bpy)2(L3)]2+, [Ru(bpy)2(L4)]2+) (bpy = 2,2’-bipyridine, Mebpy = 4,4’-dimethyl-2,2-bipyridine, tBubpy = 4,4’-tert-butyl-2,2’-bipyridine, Phbpy = 4,4’-diphenyl-2,2-bipyridine, dip = 4,7-diphenyl-1,10-phenantroline and SO3dip = 4,7-di-(4-sulfonatophenyl)-1,10-phenantroline). Les propriétés spectroscopiques et photophysiques des composés ont été étudiées. La présence des ligands L1-L4 conduit a une décroissance du rendement quantique et de la durée de vie de l’état excité en comparaison des complexes non substitués [Ru(bpy)3]2+. Des calculs DFT montrent que les ligands L1-L4 n’influencent pas la géométrie du complexe mais accroissent le niveau énergétique de la HOMO induisant des band gap HOMO-LUMO plus faibles. Les interactions entre les complexes et l’human serum albumin (HSA) ont été étudiées. Tous les complexes préparaés montrent une tres forte affinité pour HSA – La constante d’association 105 M-1s-1 témoigne de la formation d’adduits Ru-HSA stables. Il a aussi été démontré que les complexes de ruthénium se lient préférentiellement a la poche hydrophobe des protéine, située dans le site 1 de Sudlow dans le sous domaine II A. Des études préliminaires ont montré que les complexes de ruthénium préparés presentent une activité cytotoxique vis-à-vis de diverses lignées de cellules cancéreuses. Cette activité associée aux bonnes propriétés de luminescence (rendement quantique, durée de vie) fait des nouveaux complexes des candidats potentiels pour les applications théranostiques / The main goal of this thesis was synthesis and preliminary characterization of novel ruthenium(II) polypyridyl complexes bearing biologically active molecules as potential theranostic agents. Luminescence for the diagnostic applications, and cytotoxicity for the anticancer, therapeutic applications are considered as the theranostic properties. Four new ligands containing biologically active moieties - 5-(4-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylbut-1-yn-1-yl)pyridine-2-carbaldehyde semicarbazone (L1), 3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L2), 5,5-dimethyl-3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L3) and [1-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)-2,5-dioxoimidazolidin-4-yl]urea (L4) were synthesized and characterized. The ligands were used to obtain nine novel ruthenium(II) polypyridyl complexes. Six complexes were synthesized with ligand L1 ([Ru(bpy)2(L1)]2+, [Ru(Mebpy)2(L1)]2+, [Ru(tBubpy)2(L1)]2+, [Ru(Phbpy)2(L1)]2+, [Ru(dip)2(L1)]2+, [Ru(SO3dip)2(L1)]2-) and three with ligands L2, L3 and L4 ([Ru(bpy)2(L2)]2+, [Ru(bpy)2(L3)]2+, [Ru(bpy)2(L4)]2+) (bpy = 2,2’-bipyridine, Mebpy = 4,4’-dimethyl-2,2-bipyridine, tBubpy = 4,4’-tert-butyl-2,2’-bipyridine, Phbpy = 4,4’-diphenyl-2,2-bipyridine, dip = 4,7-diphenyl-1,10-phenantroline and SO3dip = 4,7-di-(4-sulfonatophenyl)-1,10-phenantroline). The spectroscopic and photophysical properties of those complexes were determined. The presence of ligands L1-L4 in the structure of the complex decreased luminescence quantum yield and luminescence lifetime in comparison with unmodified [Ru(bpy)3]2+ complex. The theoretical calculations have shown that ligands L1-L4 do not have influence on ruthenium core geometry. However, they increased the energy of the HOMO that resulted in a shorter band gap. The simulated electronic absorption spectra were in a good agreement with the experimental data. The interactions between the studied ruthenium complexes and human serum albumin (HSA) were investigated. All studied Ru(II) complexes exhibited strong affinity to HSA with the association constant 105 M-1s-1, which suggests formation of Ru complex-HSA adducts. It was also determined that ruthenium complexes most likely bind to the hydrophobic pocket of protein, located in Sudlow’s site I in the subdomain II A. Preliminary cytotoxicity evaluation for the studied ruthenium complexes showed their cytotoxic activity towards cancer cell lines. Those results, together with good luminescence properties of the studied ruthenium complexes (luminescence lifetimes and luminescence quantum yield) make them interesting candidates for potential theranostic applications

La thérapie photodynamique (PDT) est utilisée actuellement pour traiter certains cancers accessibles par irradiation laser. Son principe repose sur l'action combinée de la lumière et d'un principe actif nommé photosensibilisant (PS). La molécule photosensible génère des espèces réactives de l'oxygène sous l'action d'un rayonnement spécifique. Ces espèces sont fortement réactives et entrainent la mort des cellules alentour. Plusieurs facteurs limitent cependant l'efficacité de ce traitement. Dans cette optique, l'encapsulation d'un PS de seconde génération, le Foscan®, a conduit à la formation de nanoparticules qui ont été caractérisées et dont l'effet PDT a été étudié sur des cellules gliomales C6. Les nanoparticules présentent l'avantage de contrôler la solubilité du système, d'affiner le ciblage des traitements et de pouvoir adapter les doses de traitement. Le confinement du PS au sein de la nanoparticule peut permettre de réduire des effets secondaires et d'augmenter la concentration en principe actif au sein des tissus tumoraux. Par la suite, des nanoparticules chargées en complexes de ruthénium(II) ont été caractérisées. Ces complexes présentent des propriétés optiques adéquates pour de telles applications. De plus, une excitation biphotonique est réalisable, permettant d'augmenter la sélectivité et la profondeur du traitement. Des études préliminaires de l'effet PDT par excitation biphotonique ont été effectuées. / Photodynamic therapy (PDT) is currently used to treat certain cancers accessible by laser irradiation. Its principle is based on the combined action of light and a drug called photosensitizer (PS). The photosensitive molecule generates reactive oxygen species through the action of a specific radiation. These species are highly reactive, entailing the death of surrounding cells. However, several factors limit the effectiveness of this treatment. In this context, the encapsulation of a second-generation PS, Foscan®, led to the formation of nanoparticles that have been characterized and whose PDT effect was studied on C6 glioma cells. The nanoparticles have the advantage of controlling the solubility of the system, better targeting of treatment and to adjust the dose of treatment. Containment of the PS inside nanoparticles can reduce side effects and increase the concentration of active drug in tumor tissues. Thereafter, the nanoparticles loaded with ruthenium(II) complexes have been characterized. These complexes show optical properties suitable for such applications. In addition, a two-photon excitation is possible, improving the selectivity and increasing the depth of treatment. Preliminary studies of the effect of PDT photon excitation were performed.

En vue de contourner les phénomènes de chimiorésistance et l’apparition d’effets secondaires sévères engendrés par les traitements à base de platine, nous avons développé des agents thérapeutiques à base d’autre métaux.Mon premier projet repose sur l’élaboration de complexes d’or(I) traçables possédant des propriétés anticancéreuses et anti-inflammatoires. Afin d’apporter des informations préliminaires sur leur mécanisme d’action, deux sondes imageantes ont été introduites : soit une coumarine, soit un BODIPY. Ainsi, deux séries de complexes d’or(I) ont été synthétisées. Trois d’entre eux présentent cette double activité thérapeutique dont deux pouvant être traçables in vitro.Mon deuxième projet est axé sur le développement de complexes de titane stables et solubles en milieu auqueux. Afin d’améliorer la cytotoxicité de ces titanocènes, notre stratégie a consisté à introduire un second métal thérapeutique au sein de ces structures. Cette étude a mené à deux nouveaux titanocènes possédant une activité anti-proliférative submicromolaire sur différentes lignées de cellules cancéreuses ainsi qu’une activité antitumorale in vivo, sans induire de signe de toxicité chez la souris saine. Afin d’étudier leur mécanisme d’action, l’introduction de deux modalités d’imageries a été envisagée sur ces complexes : l’imagerie optique ou l’imagerie TEP. Un complexe présentant une sonde fluorescente a été synthétisé et une voie de radiomarquage a été développée. / We have developed non-platinum therapeutic agents in order to avoid chemoresistance phenomena and severe side effects caused by treatments based on this metal.My first project relies on the development of trackable gold(I)-complexes displaying both anticancer and anti-inflammatory properties. An imaging probe was introduced on these complexes – either a coumarin or a BODIPY – in order to give preliminary information on their mechanism of action. Thus, two series of gold(I) complexes were synthesized. Three of these compounds presents this double therapeutic activity, two of them can be trackable in vitro.My second project is focused on the development of stable and soluble titanium complexes in water. We decided to introduce a second therapeutic metal into these structures in order to improve the cytotoxicity of these titanocenes. This study led to two new titanocenes displaying submicromolar anti-proliferative activity on different cancer cell lines along with an antitumoral activity in vivo, without inducing any sign of toxicity on healthy mice. We decided to introduce two imaging modalities – optical or PET imaging – into these complexes for investigating their mechanism of action. A complex bearing a fluorescent probe was synthesized and a radiolabeling method was developed.

La synthèse d’une nouvelle famille d’ènediynes comportant un motif perfluoré a été réalisée en 6 à 7 étapes. Leur activité anticancéreuse a été étudiée sur un panel de lignées cellulaires provenant de différents tissus ; des IC50 de l’ordre du µM ont été obtenus. Leur réponse en IRM du fluor 19 a aussi été évaluée, dans le but d’impliquer ces composés en théranostique (association de la thérapie et du diagnostic). Une étude mécanistique a été menée afin de comprendre le mécanisme biologique en jeu au cœur des cellules.Les ènediynes ont souvent vu leur développement stoppé en raison d’effets secondaires trop importants. Afin d’anticiper cette problématique, des stratégies de ciblage ont été développées pour nos composés. Dans un premier temps, la réponse à l’irradiation UV de nos composés a été mesurée. Dans un second temps, leur encapsulation dans des micelles polymériques a été réalisée.Enfin, dans un projet plus fondamental, la réactivité de substrats ènediynes et diène-ynes a été étudiée. Des cycloisomérisations procédant avec double transfert de chiralité ont été développées, permettant l’accès à des benzofulvènes et indènes. Deux variantes d’une réaction tandem d’Alder-Ene conduisant à des allyl-indènes ont aussi été décrites. / Synthesis of a new family of enediynes bearing a perfluorinated moiety was reached in 6 to 7 steps. Their anticancer activity was studied on a cell line panel from different tissues; IC50 values in the µM range were obtained. Their 19 fluorine MRI response was also evaluated, in order to involve them in a theranostic strategy (association of therapy and diagnosis). A mechanistic study was conducted to understand the biological mechanism at stake inside cells.Enediynes often saw their development stopped because of harmful side effects. To anticipate this problem, targeting strategies were developed for our compounds. First, their response to UV irradiation was measured. We then succeeded in their encapsulation inside polymeric micelles.Finally, in a more fundamental project, reactivity of enediyne and diene-yne substrates was studied. Cycloisomerisations proceeding with a double chirality transfer were developed, allowing access to benzofulvenes and indenes. Two variations of a tandem Alder-Ene reaction leading to allyl-indenes were also described.

Les cancers hépatiques, bronchiques et mammaires sont responsables de 35 % de décès par le cancer en 2012. Les études sur des facteurs contribuant à la progression tumorale devraient approfondir nos connaissances sur la biologie de ces cancers et ouvrir de nouvelles voies pour le développement de stratégies thérapeutiques. Dans ce contexte, nous avons étudié l'impact de la neurotensine (NTS) et de son récepteur NTSR1 sur la progression tumorale et son rôle potentiel pour de futures applications cliniques. J’ai initié ce projet dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) et participé aux projets dans le cancer du poumon et du sein qui avaient été initiés par les anciens doctorants de l’équipe. Dans le CHC, sur une série de 73 patients, la NTS et le NTSR1 ont été détectés dans respectivement 56 % et 64 % des cas. En utilisant deux modèles cellulaires nous avons montré que l’expression du NTSR1 est une cible de la voie wnt/β-caténine. Le couple NTS/NTSR1 augmente l’expression et l’activation de l’EGFR et favorise la croissance des tumeurs expérimentales et la capacité de migration et d’invasion des cellules. La régulation entre le complexe NTS/NTSR1 et les récepteurs des HERs a également été observée dans les cancers bronchiques et mammaires, la NTS induit l'expression et l'activation constitutive des récepteurs EGFR, HER2 et HER3, par l'intermédiaire de l'activation des métalloprotéinases qui libèrent les ligands “EGF-like” spécifiques d'EGFR et d’HER3. L’activation constitutive des HER par le couple NTS/NTSR1 mime les mutations activatrices des HERs, ainsi la réponse des tumeurs aux inhibiteurs de tyrosine kinase est potentialisée dans le cancer du poumon, du sein et du foie. / In 2012, Liver, lung and breast cancers represented 30% of new cancer cases, and 35% of cancer related deaths. Identification of factors contributing to tumor progression can strengthen our understanding of the cancer biology and suggest new therapeutic strategies. In this context, we studied the impact of neurotensin (NTS) and its receptor NTSR1 on tumor progression and its potential clinical application. I have initiated the project in hepatocellular carcinoma (HCC) and participated in the projects on lung and breast cancers initiated by former PhD students. In HCC, on a series of 73 patients, NTS and NTSR1 were detected in 56% and 64% of the cases, respectively. Meanwhile, I showed that NTSR1 expression is the target of the Wnt/¦Â-catenin pathway. The NTS / NTSR1 complex increases the expression and activation of EGFR and promotes the growth of experimental tumors and the ability of the cell for migration and invasion. The regulation between the NTS/NTSR1 complex and EGF receptors were also thoroughly studied in lung and mammary cancers. Indeed, NTS induced the expression and the constitutive activation of EGFR, HER2, and HER3, through the activation of metalloproteinases which released specific "EGF-like" ligands for EGFR and HER3. Constitutive activation of HERs by the NTS/NTSR1 complex mimics the activating mutations of HERs and therefore potentiates the tumor response to tyrosine kinase inhibitors treatment in liver, lung and breast cancers.

Ce travail est présenté en 2 parties. La première partie aborde la synthèse stéréocontrôlée de 2 séries de carbonucléosides de structures méthylènecyclopropane. Les molécules cibles sont des analogues de l’entécavir, une prodrogue utilisée en trithérapie pour lutter contre le VHB. Les synthèses des carbonucléosides cibles de la série I utilisent un chiron commun, un alcool obtenu par désymétrisation enzymatique d’un diol méso. La transformation chimique de cet intermédiaire clé permet d’obtenir le carbonucléoside (+)-17 en 8 étapes mettant en œuvre comme étapes cruciales un réarrangement de Curtius et la construction de la base uracile avec un rendement global de 23%. Le carbonucléoside appartenant à la série II, a été synthétisé en 10 étapes mettant en jeu une réaction de Mitsunobu, une acylation chimique et contrairement à l’approche précédente, la désymétrisation enzymatique d’un diol méso n’a pas permis d’obtenir le carbonucléoside cible énantiopure. La seconde partie est consacrée à l’activation et l’homolyse des alcoxyamines pour une application en théranostique. La synthèse de l’alcoxyamine modèle présente un groupement vinyl pyridine et un nitroxyde SG1. L’activation est réalisée par protonation, oxydation, méthylation et benzylation de la partie pyridyle et met en évidence l’importance de la polarité. Elle a permis d’obtenir des espèces hautement labiles qui libèrent un radical alkyle et le nitroxyde SG1, avec notamment des valeurs de la constante de dissociation kd plus élevées et donc des énergies d’activation Ea plus faibles par rapport à l’alcoxyamine non activée. / This work is presented in 2 parts. The first part is dedicated to the stereocontrolled synthesis of 2 series of carbonucleosides of methylenecyclopropane structure. The target molecules are analogs of entecavir, a prodrug used in triple therapy to fight against HBV. The syntheses of the carbonucleosides targets of the series I use a common chiron, an alcohol obtained by enzymatic desymmetrization of meso-diol. For example, the chemical transformation of this key intermediate allows to obtain carbonucleoside (+)-16 in 8 steps as crucial steps involving a Curtius rearrangement and the construction of the uracil base with 23% overall yield. The carbonucleoside belonging to the series II was first synthesized in 10 steps involving a reaction of Mitsunobu, a chemical acylation. Howerer the enzymatic desymmetrization of a meso-diol did not get the target carbonucleoside in an enantiopur form. The second part is dedicated to the activation and the homolysis of the alcoxyamines for a theranostic application. The synthesis of the model alcoxyamine is made from vinyl pyridine and nitroxide SG1. Activation is carried out by protonation, oxidation, methylation and benzylation of the pyridyl part and highlights the importance of polarity. It allowed getting highly labile species that release an alkyl radical and nitroxide SG1, with notably higher kd dissociation constant values and therefore activation energies Ea lower compared to the alcoxyamine not enabled.

Le cancer est un problème de santé publique dans le monde entier et d'importantes ressources en soins de santé sont dépensées pour le diagnostic. Plus précoce sera le dépistage des tumeurs, meilleures sont les chances de rémission sans rechute. Les techniques d'imagerie permettent de suivre l’évolution du traitement et de réorienter la stratégie en cas d’échec. En combinaison avec des agents de contraste ciblés, les modalités d'imagerie permettent même de sonder les structures à l’échelle moléculaires ce qui pourrait laisser envisager un traitement personnalisé du cancer [1, 2]. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) et l’échographie sont deux techniques complémentaires et non invasives qui permettent la détection de plusieurs cancers (sein, colon, cerveau ...). L'échographie est rentable, portable et fournit, en temps reel, des informations anatomiques. L'IRM profite d’une pénétration profonde dans les tissus mous, d’un contraste élevé et d’une meilleure sensibilité que l’échographie [3]. Néanmoins, l'utilisation de ces techniques en combinaison avec des agents de contraste est difficile, surtout parce que la concentration locale atteint dans la tumeur est souvent inférieure à la plage de sensibilité de détection [4]. Au cours des 20 dernières années, les agents de contraste multifonctionnels ont été construits sur mesure pour atteindre une accumulation préférentielle dans les tissus malades [5]. Dans cette étude, des stratégies de ciblage passif et actif de la tumeur ont été envisagées pour renforcer la concentration locale de nanocapsules polymère, contenant un noyau liquide de bromure de perfluorooctyle (PFOB). L’approche de ciblage passif est basée sur l’effet de pénétration et la rétention accrue (EPR). Les nanocapsules doivent avoir un diamètre inférieur à 400nm une demi-vie plasmatique prolongée. L’approche de ciblage actif est basée sur la reconnaissance spécifique d’un ligand pour une cible biologique surexprimée par la tumeur ou la néovascularisation. Pour le ciblage passif, les nanocapsules ont été préparées avec PLGA-b-PEG par un procédé d'émulsion-évaporation. La morphologie cœur-couronne a été confirmée par RMN du Fluor et cryo microscopie électronique. La surface des nanocapsules est densément couverte par des chaînes de PEG qui adoptent une conformation en brosse, telle qu'évaluée par XPS et diffusion des neutrons aux petits angles. La furtivité des nanocapsules a été démontrée in vitro par des mesures d'activation du complément et in vivo par une étude cinétique de la capture hépatique, réalisée après l'administration intraveineuse de nanocapsules chez la souris nude. L'imagerie des tumeurs, par IRM du Fluor, a révélé que seulement 1% de la dose injectée a été accumulée dans le tissu malade. Par échographie aucun réhaussement du contraste n’a été observé. Ainsi, une autre approche de ciblage a été nécessaire afin d’augmenter l’accumulation des nanocapsules au sein de la tumeur. Les nanocapsules ont été fonctionnalisées avec un peptide RGD (Arginine-Glycine-Acide aspartique afin de cibler les intégrines avß3, qui sont des protéines transmembranaires surexprimées par les néovaisseaux. Deux stratégies, appelées bottom-up et top-down, ont été élaborées pour mener à une décoration satisfaisante du peptide à la surface des nanocapsules. L'efficacité du couplage a été mesurée par RMN du proton. La morphologie des nanocapsules a été étudiée par CryoTEM. / Cancer is a worldwide public health concern and significant health care resources are spent on diagnosis. The sooner the tumor detection, the better the chance of remission without relapse. Furthermore, imaging modalities facilitate the treatment monitoring and feedback, and support decision making to change the strategy when the treatment fails. When used in combination with targeted contrast agents, imaging modalities even enable to probe molecular structures on specific cells opening the doors to personalized cancer therapy [1, 2]. Ultrasonography and Magnetic Resonance Imaging (MRI) are two complementary and non invasive imaging modalities, which allow the detection of a broad range of cancers (breast, colon, brain…). Ultrasonography is cost-effective, portable and provides real-time anatomical information. MRI imparts deep penetration into soft tissues with high contrast and better sensitivity [3]. Nevertheless the use of these techniques in combination with contrast agents is challenging, mostly because the local concentration reached in the tumor is often below the sensitivity detection range [4]. In the last 20 years, multifunctional contrast agents were custom-built to achieve preferential accumulation in the diseased tissue [5]. In this study, passive and active tumor targeting strategies were considered to enhance the local concentration of polymeric nanocapsules, containing a liquid core of perfluorooctyl bromide (PFOB). The passive tumor targeting approach is based on the enhanced permeation and retention (EPR) effect. The related nanocapsules require to be small enough (< 400nm) and have extended plasmatic half life. The active tumor targeting approach is based on the specific receptor-ligand recognition.For passive tumor targeting, the nanocapsules were prepared with PLGA-b-PEG by an emulsion-evaporation process. The core shell morphology was confirmed by cryoTEM and 19F NMR. The surface of nanocapsules was densely covered by PEG chains with brush conformation, as assessed by XPS and Small Angle Neutrons Scattering. The related stealthiness of nanocapsules was evidenced in vitro by complement activation measurements and in vivo by a kinetic study of the mice liver uptake, performed after intravenous administration of nanocapsules. The tumor imaging, by 19F MRI, revealed that only 1% of the injected dose was accumulated in the diseased tissue whereas, by ultrasonography no contrast enhancement was observed. Thus, another targeting approach was required to increase nanocapsule distribution within the tumor. Nanocapsules were functionalized with an Arginine-Glycine-Aspartic acid (RGD) peptide to target the αvβ3 integrins, which are overexpressed proteins on neovessels. Two strategies, called bottom-up and top-down, were designed to achieve satisfying peptide decoration on nanocapsule surface. The coupling efficiency was measured by 1H NMR. The nanocapsule morphology was studied by CryoTEM.