La thérapie photodynamique (PDT) est basée sur l’action d’un photosensibilisateur qui en présence de la lumière et de l’oxygène induit la synthèse d’espèces réactives de l’oxygène, toxiques pour les cellules. La PDT a été utilisée pour le traitement et la prévention du cancer de la vessie. Les études ont été réalisées in vivo. La PDT a été développé en utilisant l’Hexvix® précurseur de la protoporphyrine IX (PpIX). Les paramètres biologiques liés à la PpIX et qui régissent l’efficacité du traitement photodynamique des tumeurs vésicales ont été déterminés en fonction de deux concentrations d’Hexvix® (8 et 16 mM) induisant des effets photodynamiques diamétralement opposés. L’efficacité du traitement photodynamique obtenue pour 8 mM d’Hexvix® est liée à la localisation mitochondriale de la PpIX induisant des dommages pro-apoptotiques. La PDT entraîne la diminution significative du pourcentage de l’implantation tumorale après la TUR et permet ainsi de prévenir les récidives du cancer de la vessie. / Photodynamic therapy (PDT) is a treatment modality based on the cytotoxic effect occurring on target tissues by interaction of a photosensitizer with light in the presence of oxygen. The aim of this study was to optimise PDT for treatment and prevention of recurrence of bladder cancer. The study was performed in vivo. PDT was performed with Hexvix® a precursor of the photosentitizer protoporphyrin IX (PpIX). First, we executed a mechanistic analysis of differential PDT effects according to Hexvix® concentration. 8 or 16 mM induced diametrically opposed photodynamic effects. PDT efficacy is depends on the mitochondrial localization of PpIX and its concentration and leads to pro-apoptotic damages. Second, PDT was performed in a rat model mimicking post fluorescence guided TUR. The amount of viable tumor cell within the bladder lumen significantly decreased with PDT and resulted in a significant reduction of tumor implantation

Le but de cette thèse est de développer une stratégie pro-apoptotique à partir des paramètres pouvant moduler l’apoptose photoinduite par le Foscan® dans des modèles précliniques d’adénocarcinome humain. La PDT avec le Foscan® a été appliquée in vitro sur lignées cellulaires où une apoptose modérée a été obtenue via l’implication indirecte de la voie mitochondriale. La modulation de l’apoptose photoinduite par l’oxygénation a été démontrée sur sphéroïde, modèle de micro-tumeur non vascularisée. Une irradiance faible, garantissant le maintien de l’oxygénation du sphéroïde, favorise l’activation de la caspase-3 photoinduite par le Foscan®. Le deuxième paramètre favorisant l’apoptose photoinduite est l’accroissement du temps d’incubation du photosensibilisateur avec les cellules MCF-7, ce qui modifie sa localisation subcellulaire. Après 3h d’incubation, le Foscan® est essentiellement localisé dans le réticulum endoplasmique (RE) et l’appareil de Golgi. Après irradiation, le stress oxydant du RE évalué par l’induction de la protéine chaperone GRP78 suivie de la réponse apoptotique mitochondriale et de l’activation des caspases a été observée. Après 24h d’incubation, la localisation dans le RE est renforcée ainsi que l’expression photoinduite de GRP78 corrélée avec une augmentation de l’activation caspase-7 indépendamment de la réponse mitochondriale. Après PDT in vivo, l’estimation par immunohistochimie sur coupe tissulaire de l’activation des caspases -7 et -3 montre une activation prédominante de la caspase-3 ce qui suggère une apoptose majoritairement dépendante de cette dernière dans les tumeurs d’adénocarcinome colique HT29 traitées par Foscan®-PDT. / In order to develop a proapoptotic strategy in Foscan®-mediated photodynamic therapy (PDT) an evaluation of the parameters that govern the modulation of photoinduced apoptosis was performed on preclinical model from human adenocarcinoma. Moderate apoptosis was measured in Foscan® photosensitised tumour cells in vitro. The mitochondrial pathway was assumed to be indirectly induced by Foscan®-PDT. Spheroids were used to investigate the influence of oxygen consumption, through the modulation of fluence rate, on the induction of apoptosis. By using a low fluence rate, an oxygen conservative regimen, we demonstrated an increase in the activation of caspase-3 induced by Foscan®-PDT. The modulation of photoinduced apoptosis by extending the incubation time of Foscan® with MCF-7 cells was further investigated. After 3h incubation, the photosensitizer was mainly localised in the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi apparatus. Following irradiation, ER oxidative stress through the induction of the chaperon protein GRP78 was observed. Subsequent apoptotic mitochondria response and caspase activation were induced. After 24h incubation with Foscan®, the ER localisation of the photosensitizer was intensified. As results, an increase in GRP78 expression correlated with an increase in caspase-7 activation independently of the mitochondria response was obtained. After in vivo PDT, immunohistochemistry was applied on tissue sections to evaluate the activation of caspases -3 and -7. Caspase-3 activation was found predominant suggesting a caspase-3 mediated apoptotic pathway in HT29 tumours subjected to Foscan®-PDT.

Pour améliorer les paramètres pharmacologiques d’un photosensibilisateur de seconde génération, la méta-tétra(hydroxyphényl)chlorine (mTHPC), plusieurs formules liposomales commerciales ont été élaborées, parmi elles le Foslip, qui correspond à la mTHPC dans des liposomes conventionnels. L’objectif de ce travail est d’étudier les caractéristiques photophysiques et photobiologiques du Foslip. L’exposition des suspensions de Foslip à de petites doses de lumière (10 mJ) a conduit à une baisse significative de la fluorescence, qui a cependant été restaurée après destruction des liposomes. Nous attribuons cette caractéristique au quenching de fluorescence photoinduite. Cet effet a été mis en évidence uniquement pour les concentrations locales élevées de mTHPC dans des bicouches lipidiques. Les résultats ont été interprétés en supposant une migration d’énergie entre les molécules rapprochées de mTHPC avec sa dissipation consécutive par les molécules du photoproduit se comportant comme des pièges d’énergie. Le quenching de fluorescence photoinduite ainsi que les techniques de polarisation et de chromatographie liquide ont été appliquées successivement pour estimer le taux de redistribution des molécules de mTHPC des liposomes vers les protéines du plasma et les membranes lipidiques. Les processus de redistribution de la mTHPC après injection intratumorale de mTHPC dans un modèle de récidive de cancer du sein sont en corrélation avec les résultats obtenus dans une étude in vitro de la redistribution du Foslip dans les liposomes DPPC. Il a été démontré que le phénomène de quenching de fluorescence photoinduite doit être pris en compte lors de l’utilisation de techniques optiques pour l’étude des applications in vivo et in vitro des formulations liposomales de mTHPC. / To improve the pharmacological parameters of a second-generation photosensitizer meta-tetra(hydroxyphenyl)chlorin (mTHPC) several commercial liposomal formulations were designed, among them Foslip, which corresponds to mTHPC in conventional liposomes. The objective of this work was to study photophysical and photobiological characteristics of Foslip. Exposure of Foslip suspensions to small light doses (10 mJ) resulted in a substantial drop in fluorescence, which however, was restored after destruction of liposomes. We attributed this behavior to photoinduced fluorescence quenching. This effect was revealed only for high local mTHPC concentrations in lipid bilayer. The results were interpreted supposing energy migration between closely located mTHPC molecules with its subsequent dissipation by the molecules of photoproduct acting as excitation energy traps. Photoinduced fluorescence quenching together with polarization techniques and liquid chromatography was successfully applied for estimation of the redistribution rate of mTHPC molecules from the liposomes to plasma proteins and lipid membranes. Foslip liposomes were shown to be stable in human blood serum for at least 3 hours. Such increased stability was attributed to incorporation of hydrophobic photosensitiser into lipid bilayer. The processes of mTHPC redistribution after Foslip intratumoral injection in a model of breast cancer recurrence were found to be in good agreement with the results obtained from in vitro study of mTHPC redistribution from Foslip to pure DPPC liposomes. It was demonstrated that photoinduced fluorescence quenching phenomena should be taken into account while using optical techniques for studying in vivo and in vitro applications of liposomal mTHPC formulations.

Les anticorps (Ac) marqués à l'aide de phthalocyanines (Pc) ont un grand potentiel d'applications pour des essais d'immunofluorescence tout comme pour la thérapie photodynamique (PDT). La PDT est une forme relativement nouvelle de traitement du cancer ou d'autres maladies bénignes tel le psoriasis. Cette technique implique l'administration et l'activation par la lumière d'un photosensibilisateur localisé préférentiellement au niveau des cellules cancéreuses ou en croissance intense. La plupart des photosensibilisateurs utilisés pour la PDT sont de type porphyrine tels les Pcs. Dans cette étude, nous utilisons différentes phthalocyanines hautement solubles dans l'eau. Notre étude est basée sur l'utilisation d'anticorps monoclonaux comme vecteur des Pcs et comporte deux volets distincts. Tout d'abord l'utilisation des Pcs comme fluorochrome et finalement l'utilisation des complexes OKT3-AlPcS[indice inférieur 3]A[indice inférieur 1] dans l'amélioration de la PDT. Les Pcs sont liés de façon covalente aux Ac monoclonaux via une chaîne carboxy activée du Pc par la méthode de carbodiimide/N-hydroxysulfosuccinimide. Le complexe OKT3-AlPcS[indice inférieur 3]A[indice inférieur 1] lié à l'antigène de la surface cellulaire des cellules Jurkat CD3+ est visualisé par un trieur en cryométrie de flux (FACSCAN) et la phototoxicité in vitro est déterminée par un essai colorimétrique (test MTT). Nous avons donc produit un Ac de très bonne pureté et confirmé par cryométrie de flux la conservation de l'activité et de la spécificité de la liaison de l'Ac pour le récepteur après liaison covalente avec le Pc. Nous sommes ainsi les premiers à proposer l'utilisation des Pcs comme fluorochrome. Nous avons de plus vérifié la cytotoxicité médiée par le complexe qui s'est avérée non spécifique au clone cellulaire exprimant le récepteur CD3 reconnu par l'Ac. Nous proposons deux mécanismes de liaison du complexe OKT3-AlPcS[indice inférieur 3]A[indice inférieur 1] au niveau des cellules."--Résumé abrégé par UMI.

La thérapie photodynamique (PDT) associe la lumière à un agent photosensibilisateur, qui dans l’idéal se localise spécifiquement dans les tissus cancéreux. Illuminé dans le visible, ce photosensibilisateur génère de l’oxygène moléculaire singulet (1O2) et des espèces radicalaires toxiques pour les cellules. Sa fluorescence peut également servir à diagnostiquer les lésions néoplasiques : il s’agit du photodiagnostic (PDD). Les extraits de Millepertuis, connus pour leur activité antidépressive, contiennent également des composés photoactifs, dont l’hypéricine, objet de nombreux travaux dans le cadre de la PDT et du PDD. Cependant, son coût de production est élevé et son utilisation limitée par un manque de solubilité en milieu physiologique. Dans ce contexte, la présente étude vise à évaluer le potentiel des extraits de Millepertuis pour la PDT et le PDD. Le matériel végétal utilisé a dans un premier temps fait l’objet d’analyses par Spectrométrie de Masse (SM) in situ afin de caractériser les molécules photoactives au niveau même des structures végétales impliquées dans leur production. Ces composés ont ensuite été extraits par un solvant organique, et ce mélange a fait l’objet d’études photochimiques visant à quantifier sa production d’1O2 sous illumination laser. La composition des extraits a ensuite été étudiée par désorption/Ionisation Laser couplée à la SM (TOF et FTICR), et par Ionisation Electropray couplée à la FTICRMS. Puis, ils ont fait l’objet d’études en milieu cellulaire (cancer de la vessie), visant à déterminer leur cytotoxicité à l’obscurité, les cinétiques d’internalisation des composés photoactifs, leur phototoxicité et la nature des composés internalisés / Photodynamic therapy (PDT) combines light with a drug called photosensitizing agent, which preferentially accumulates in cancerous cells. Irradiated with visible light, this photosensitizing agent generates singlet oxygen (1O2) and radicals that demonstrate cell toxicity. Fluorescence of this drug also allows diagnosing neoplasic lesions: this is photodynamic diagnosis (PDD).St John’s Wort extracts, mainly known for their antidepressant activity, also contain photoactive compounds, including hypericin which has been extensively studied for PDT and PDD. However, producing this molecule in large amounts is expensive and its use is restricted by a poor solubility in physiological medium. In this context, the present study deals with determining in what extent St John’s Wort extracts could be useful for PDT and PDD. Flowers that were used in this work were firstly in situ-analyzed by mass spectrometry in order to characterized photoactive compounds at the level of structures involved in their biosynthesis. These compounds were then extracted by organic solvent and the resulting mixture subjected to singlet oxygen production measurements under laser illumination. Qualitative analysis of the extracts was then performed either by Laser Desorption/Ionization or Electrospray Ionization coupled with Mass Spectrometry (TOF and FTICR). Finally, their behavior in cellular medium (bladder cancer) was investigated in terms of dark cytotoxicity, intracellular accumulation of photoactive compounds, phototoxicity and characterization of compounds absorbed by cells

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.

La thérapie photodynamique (PDT) est une modalité de traitement des petites tumeurs localisées, reposant sur l’action conjuguée d’un photosensibilisateur (PS), de la lumière et de l’oxygène. Dans le cadre d’un nouveau mode de PDT, la VTP (vascular targeted photodynamic therapy), notre stratégie a consisté à favoriser l’effet anti-vasculaire du traitement par ciblage de la néo-vascularisation tumorale. Pour cela, nous avons étudié in vitro et in vivo un PS de type chlorine (TPC) couplé, via le bras espaceur (Ahx), à un heptapeptide (ATWLPPR) spécifique d’un co-récepteur du VEGF, la neuropiline-1 (NRP-1). Une étude comparative de la TPC versus le PS conjugué (TPC-Ahx-ATWLPPR), a permis de mettre en évidence in vitro, grâce à une technique d’ARN interférence visant à éteindre l’expression de NRP-1, une incorporation cellulaire récepteur-dépendante du conjugué. In vivo, l’accumulation préférentielle de la TPC-Ahx-ATWLPPR au niveau de l’endothélium vasculaire de la tumeur ainsi que son effet anti-vasculaire après PDT ont été mises en évidence. Une étude de stabilité in vitro et in vivo du conjugué a été réalisée. In vivo, la séquence peptidique est dégradée 4 h après injection par voie intra-veineuse. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution tissulaire de la TPC-Ahx-ATWLPPR et de son principal produit de dégradation, TPC-Ahx-A ont été réalisées chez la souris nude xénogreffée. La dégradation de la partie peptidique est majoritaire dans les organes du système réticulo-endothélial où l’accumulation du conjugué est la plus importante. Dans le but d’augmenter la stabilité in vivo du peptide adresseur, de nouveaux peptides ont été synthétisés, puis couplés à la TPC et testés. Le pseudopeptide A?[CH2NH]TWLPPR est prometteur car il reste affin vis-à-vis de NRP-1 et après couplage au PS, il ne subit aucune dégradation dans le 8plasma in vivo 4 h après injection par voie intra-veineuse. / Photodynamic therapy (PDT) is a treatment modality against small localized tumors, based on the combined action of a photosensitizer (PS), light and oxygen. A new method of PDT, the VTP (vascular targeted photodynamic therapy) was studied. The purpose of our strategy is to promote the anti-vascular effect of PDT by targeting the tumor vasculature. We studied the behaviour of the tetraphenylchlorine (TPC) conjugated, via the Ahx spacer, to a VEGF co-receptor (neuropilin-1) specific heptapeptide (ATWLPPR), in vitro and in vivo. A comparative study of TPC versus the conjugated PS, TPC-Ahx-ATWLPPR, allowed us to identify in vitro, using a technique of RNA interference-mediated silencing of NRP-1, a receptor-dependent uptake of the conjugate. In vivo, a preferential accumulation of TPC-Ahx-ATWLPPR in endothelial cells and its anti-vascular effect were demonstrated. A study of stability in vitro and in vivo of the conjugate was conducted. In vivo, the peptide sequence was degraded 4 h after intra-venous injection. Pharmacokinetics and tissue biodistribution studies of TPC-Ahx-ATWLPPR and its main degradation product, TPC-Ahx-A, was performed in bearing nude mice. The degradation process of the peptide is important in the organs of the reticulo-endothelial system, where the accumulation of the conjugate is majority. In order to improve in vivo stability of the targeting-peptide, new peptides were design and tested. The pseudopeptide A?[CH2NH] TWLPPR bound NRP-1, and after coupling with the PS, no degradation is observed in plasma in vivo 4 h after intra-venous injection.

Le but de cette thèse est de développer une stratégie pro-apoptotique à partir des paramètres pouvant moduler l'apoptose photoinduite par le Foscan® dans des modèles précliniques d'adénocarcinome humain. La PDT avec le Foscan® a été appliquée in vitro sur lignées cellulaires où une apoptose modérée a été obtenue via l'implication indirecte de la voie mitochondriale. La modulation de l'apoptose photoinduite par l'oxygénation a été démontrée sur sphéroïde, modèle de micro-tumeur non vascularisée. Une irradiance faible, garantissant le maintien de l'oxygénation du sphéroïde, favorise l'activation de la caspase-3 photoinduite par le Foscan®. Le deuxième paramètre favorisant l'apoptose photoinduite est l'accroissement du temps d'incubation du photosensibilisateur avec les cellules MCF-7, ce qui modifie sa localisation subcellulaire. Après 3h d'incubation, le Foscan® est essentiellement localisé dans le réticulum endoplasmique (RE) et l'appareil de Golgi. Après irradiation, le stress oxydant du RE évalué par l'induction de la protéine chaperone GRP78 suivie de la réponse apoptotique mitochondriale et de l'activation des caspases a été observée. Après 24h d'incubation avec le Foscan®, la localisation dans le RE est renforcée ainsi que l'expression photoinduite de GRP78 corrélée avec une augmentation de l'activation de la caspase-7 indépendamment de la réponse mitochondriale. Après PDT in vivo, l'estimation par immunohistochimie sur coupe tissulaire de l'activation de la caspase-7 et de la caspase-3 montre une activation prédominante de la caspase-3 ce qui suggère une apoptose majoritairement dépendante de la caspase-3 dans les tumeurs d'adénocarcinome colique HT29 traitées par Foscan®-PDT.

L'augmentation du nombre de cancers de faible taille dans le monde a incité le développement de nouveaux nanomatériaux multifonctionnels appliqués à de nouvelles thérapies non invasives. Ces nouvelles thérapies peuvent éliminer sélectivement la tumeur en réduisant ou en supprimant les effets secondaires induits dans les tissus sains par les traitements actuels, tels que la chimiothérapie ou la radiothérapie, qui présentent une efficacité élevée mais une faible sélectivité. Ce travail décrit l'élaboration de nanomatériaux pour le diagnostic et le traitement des cancers de faible taille grâce à une nouvelle thérapie: la thérapie photodynamique (PDT). Cette nouvelle technique, implique l'activation d'une molécule photosensibilisatrice (PS) grâce à des longueurs d'onde spécifiques. Cette activation conduit à des cascades de transfert d'énergie qui produisent des espèces oxygénées réactives cytotoxiques provoquant la mort cellulaire.Dans un premier temps, l'élaboration de nanoparticules de silice mésoporeuses (MSN) contenant un agent photosensibilisant de type porphyrine est présentée pour le traitement in vitro du cancer de la prostate et du rétinoblastome grâce à la thérapie photodynamique à un photon. Des nanoparticules fonctionnalisées avec de nouveaux ligands ont été essayées pour cibler les nanoparticules vers les cellules cancéreuses de la prostate. La diminution de la taille des nanoparticules à 20 nm a été élaborée pour traverser la barrière hémato-rétinienne et traiter les rétinoblastomes.D'autre part, deux nouveaux types de nanomatériaux ont été conçus pour le traitement à deux photons qui conduit à une pénétration plus profonde dans les tissus. Des nanoparticules polysilsesquioxane pontés (BS) et des nanoparticules d’organosilice mésoporeuses (PMO) ont été conçues à partir de différents types de molécules photosensibilisatrices tétra-silylées ou octa-silylées et de bis-organo-alcoxysilanes comme l'éthane, l'éthylène ou le disulfide. L’efficacité des BS en imagerie à deux photons en thérapie photodynamique a été démontrée in vitro. Des nanoparticules de BS à base de disulfides ont été conçues comme nouveaux nanomatériaux biodégradables.Enfin, en plus de l'imagerie et la thérapie, les PMO ont été testés in vitro pour la délivrance de médicaments en raison de leur mésoporosité. La gemcitabine et doxorubicine ont été encapsulées dans les pores obtenant des charges élevées en médicaments. Outre les photosensibilisateurs classiques, des PMO cœur-coquille contenant des nanodiamants ont été testés en tant que PS. Pour finir, des PMO à base de porphyrines sont présentés pour la délivrance de gènes in vitro et in vivo utilisant le poisson-zèbre comme modèle. / Nowadays, the increase of the number of low-size cancers in the world has prompted the development of novel multifunctional nanomaterials applied to new non-invasive therapies. These new therapies are expected to selectively eradicate the tumor, decreasing or suppressing the side effects induced in healthy tissues by current treatments. This study describes the elaboration of nanomaterials for the diagnostic and the therapy of low size cancers through a novel therapy: photodynamic therapy (PDT). This new technique involves the activation of a photosensitizer molecule (PS) with specific wavelengths of light giving rise to energy transfer cascades that yield cytotoxic reactive oxygen species leading to apoptotic and necrotic cell death.First, the elaboration of mesoporous silica nanoparticles (MSN) containing a porphyrin photosensitizer are presented for the treatment in vitro of prostate cancer and retinoblastoma through one-photon therapy. Functionalized nanoparticles with new ligands were synthesized to target the nanoparticles to prostate cancer cells. The decrease of the nanoparticle size to 20 nm was elaborated to cross the blood-retinal barrier and treat retinoblastomas.On the other hand, two new types of nanomaterials were designed for two-photon nanomedicine which leads to a deeper penetration in tissues. Bridged silsesquioxane (BS) and periodic mesoporous organosilica (PMOs) nanoparticles were designed from different types of tetra or octasilylated-photosensitizers and bis-organoalkoxysilanes such as ethane, ethylene or disulphide. Pure PS bridged silsesquioxane nanoparticles lead to efficient two-photon imaging and photodynamic therapy which were demonstrated in vitro. Disulfide-based BS nanoparticles were designed as biodegradable nanomaterials.Finally, in addition to the imaging and therapy, PMOs nanoparticles were tested in vitro as nanocarriers for drug delivery due to their mesoporosity. Gemcitabine or doxorubicin were encapsulated into the pores leading to high drug loadings. Beside the classical photosensitizers, nanodiamonds core-shells PMOs were tested as PDT agent. In addition, pure porphyrin nanoPMOs are presented for gene delivery in vitro and in vivo in a zebrafish model.

La thérapie photodynamique (TPD) est un traitement du cancer alternatif aux méthodes déjà bien connues telles que la chimiothérapie, la radiothérapie et la chirurgie. La TPD nécessite trois composantes afin de détruire les tissus cancéreux : un agent photosensibilisateur (PS) localisé préférentiellement dans la tumeur, l'oxygène moléculaire présent dans l'environnement tumoral et un faisceau lumineux focalisé à une longueur d'onde permettant l'activation du PS. Les dommages oxydatifs induits par la TPD peuvent être causés selon deux mécanismes d'action et ensuite provoquer différents types de réponse au niveau des cellules tumorales et de leur environnement. En effet, la TPD peut s'attaquer aux cellules tumorales et à leurs constituants directement ou bien détruire la microvascularisation tumorale responsable de l'apport en nutriments et en oxygène. Cette destruction massive engendre par la suite des réponses immunitaires et inflammatoires de différente intensité selon le type de protocole de TPD utilisé. Plusieurs variations de protocole sont possibles en TPD du cancer et la modulation de la lumière à différents niveaux tels que la durée de l'illumination, le débit et la dose totale, semble être un facteur important dans la réponse cellulaire métabolique suite au traitement. En effet, le taux de fluence peut influencer la réponse métabolique des cellules tumorales tout comme la réponse inflammatoire et immunitaire. L'hypothèse de recherche de ces travaux est d'identifier un régime d'illumination optimal favorisant la destruction des cellules tumorales tout en diminuant les effets secondaires induits par le traitement à la TPD. L'étude du protocole d'illumination peut offrir un moyen de mieux comprendre l'implication du débit de lumière dans la réponse tumorale au traitement. La tomographie d'émission par positrons (TEP) est un outil d'imagerie moléculaire non-invasif et très sensible permettant d'étudier plusieurs processus biologiques, physiologiques et moléculaires in vivo dans divers domaines tels que la cardiologie, la neurologie et l'oncologie. Au Centre d'imagerie moléculaire de Sherbrooke (CIMS), la recherche préclinique impliquant la TEP propose, quant à elle, un moyen facile, rapide et non-invasif d'améliorer le développement de nouvelles thérapies et de nouveaux radiotraceurs permettant la détection plus précoce de certains cancers. Le [[indice supérieur 18]F]-fluorodéoxyglucose (FDG) demeure néanmoins le traceur le plus utilisé tant au niveau clinique que préclinique pour évaluer le métabolisme tumoral. La combinaison de l'imagerie TEP à la TPD offre donc une méthode prometteuse pour évaluer l'effet du traitement sur le métabolisme tumoral. D'une part, les modifications de consommation tumorale de glucose permettent de caractériser l'efficacité du traitement résultant de différents taux de fluence. D'autre part, l'observation en temps réel les [des] effets transitoires au niveau du métabolisme tumoral durant la période de traitement a le potentiel de fournir des informations sur les mécanismes d'action de la TPD. En effet, des études antérieures ont permis de démontrer les possibilités offertes par cette combinaison dans l'étude de l'efficacité des PS et dans la détermination de mécanismes d'action responsable de l'action anti-tumorale de la TPD. Ce mémoire propose comme objectif global d'explorer l'apport d'une approche complémentaire aux études in vitro et aux procédures in vivo courantes visant à mieux comprendre la relation entre le débit de lumière et les effets observés à différents temps post-traitement grâce à l'observation des phénomènes survenant immédiatement après le début de l'illumination. Plus spécifiquement, les objectifs sont de déterminer quels sont les taux de fluence favorisant la meilleure réponse métabolique suivant la TPD, d'évaluer le temps de [?] nécessaire afin d'observer un changement métabolique tumoral et de tenter de comprendre quels sont les mécanismes impliqués durant la TPD lorsqu'il y a une variation du taux de fluence. Un modèle animal de rat, portant 2 tumeurs d'adénocarcinome mammaire, a été utilisé lors des expérimentations de TPD combinées à l'imagerie TEP en temps réel. Les résultats obtenus ne parviennent pas à cerner précisément les mécanismes responsables des changements transitoires durant l'illumination, ni à prouver quel taux de fluence serait le plus efficace métaboliquement. Par contre, il est possible d'observer 2 groupes répondant différemment à la TPD : les bas (25 et 50 mW/cm[indice supérieur 2]) et les hauts taux de fluence (100 à 200 mW/cm[indice supérieur 2]). Les résultats de ces 2 groupes soutiennent des hypothèses de travaux en cours ou déjà publiés concernant la vascularisation et l'inflammation et démontrent la faisabilité d'étude d'un modèle de variation de traitement grâce à l'imagerie TEP. D'ailleurs, en plus d'avoir démontré l'intérêt de visualiser la réponse tumorale métabolique et inflammatoire en temps réel durant le traitement, ce projet de recherche pave la voie à l'usage d'autres radiotraceurs afin de mettre en évidence l'effet d'autres processus métaboliques et physiologiques durant et à la suite de la TPD, tels l'apoptose, la stase vasculaire et l'hypoxie. Il s'avère aussi intéressant dans le développement d'autres protocoles d'imagerie en temps réel, tel que pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM), en fournissant de solides bases d'interprétation concernant les changements tumoraux transitoires.