Dans ce travail, nous avons développé des nanostructures théranostics à base de polypeptides fonctionnalisées avec un photosensibilisateur (PTS) dans le but d’être utilisées en thérapie photodynamique (PDT). La génération d'oxygène singulet et les propriétés de fluorescence du PTS peuvent ainsi à la fois diagnostiquer et traiter une tumeur. Un dérivé asymétrique et multifonctionnel de l'aza-dipyrrométhènes difluorure de bore chélate (aza-BODIPY) fluorogène a été synthétisé pour être utilisé comme photosensibilisateur en raison de ses propriétés non toxiques, son insensibilité à l'environnement biologique externe, sa production d'oxygène singulet élevée et son important rendement quantique de fluorescence. Pour permettre au photosensibilisant d’atteindre la tumeur, quatre copolymères à blocs amphiphiles différents en termes de localisation du PTS et de la longueur de la chaîne PEG ont été synthétisés. Les blocs amphiphiles sont constitués de segments poly(ɤ-benzyl-L-glutamate) (PBLG, DP ~ 50) et poly(éthylène glycol) (PEG, DP = 45 et 113). Ces copolymères sont en outre capables de s’auto-assembler en micelles et en vésicules. Nous avons développé une stratégie de synthèse permettant la liaison covalente du PTS pour les copolymères à blocs amphiphiles, empêchant ainsi une fuite du PTS avant que le nanoparticules atteignent le site de la tumeur. En outre, nous avons étudié l'activité du PTS en fonction de la concentration, de la morphologie des nanoparticules et de la localisation du PTS dans les nanoparticules. Enfin, l'efficacité des nanoparticules a été évaluée in vitro sur des cellules HeLa et B16F1. / In this work, we developed photosensitizer (PTS) functionalized polypeptide-based theranostic nano-assemblies to be used in photodynamic therapy (PDT). The singlet oxygen generation and fluorescence properties of the PTS provide simultaneous diagnosis and therapy of the tumor.An asymmetric and multifunctional derivative of the aza-dipyrromethene boron difluoride chelate (aza-BODIPY) fluorophore was synthesized to be used as a photosensitizer due to its nontoxic properties, insensitivity to external biological environment, high singlet oxygen generation and fluorescent quantum yield. To carry the photosensitizer to the tumor, four different (in terms of PTS localization and PEG chain length) amphiphilic block copolymers consisting of poly(ɤ-benzyl-L-glutamate) (PBLG, DP~50) and poly(ethylene glycol) (PEG, DP=45 and 113) chains, able to self-assembled into micelles and vesicles, were synthesized. We developed a synthetic strategy allowing covalent linkage of PTS to the amphiphilic block copolymers, thus preventing PTS leakage before the nano-assembly reaches the tumor site. Moreover, we investigated PTS activity as a function of concentration, morphology of the nano-assemblies and PTS localization in the nano-assemblies. Finally, the efficacy of the nano-assemblies has been evaluated in vitro on HeLa and B16F1 cells.

La thérapie photodynamique (PDT) est une méthode de lutte contre le cancer basée sur l’utilisation de la lumière et d’un composé sensible à la lumière, appelé photosensibilisateur (PS). Le PS absorbe la lumière et, en présence d’oxygène, engendre la production des dérivés réactifs de l'oxygène (DRO), lesquels sont toxiques et provoquent la régression de la tumeur. La limitation principale des PSs utilisés dans les tests cliniques est leur faible sélectivité envers les tissus cancéreux. Le but principal de ce projet est de créer des agents multifonctionnels combinant sur une même molécule l’activité PDT, la vectorisation et l’imagerie optique proche infrarouge. Dans cette région du spectre optique, les cellules possèdent une faible autofluorescence, et la lumière proche infrarouge pénètre plus profondément dans les tissus biologiques que la lumière visible. Nous proposons ici de modifier une structure dendrimérique de type poly(amidoamine) de génération 3, en tant que plateforme polyvalente. En effet, ce dernier possède trente-deux groupes terminaux qui peuvent être facilement substitués par des PSs. De plus, cette macromolécule peut complexer dans ses cavités jusqu’à 8 cations lanthanides émettant dans le proche infrarouge. Quatre nouveaux ligands dendrimère ont été synthétisés avec différents PSs tels que des dérivés de naphtalimide, d’anthraquinone et de tétraphénylporphyrine. De plus, le naphtalimide a été couplé avec des groupes dérivés de l’acide folique pour assurer la vectorisation envers les tissus cancéreux. Les complexes de lanthanide émettant dans le proche infrarouge ont été préparés pour chaque dendrimère. La caractérisation des performances des différents complexes a été réalisée. La production de DRO et la présence de complexes d’Yb(III) a été démontrée dans les cellules HL60. Les dendrimères modifiés par les groupes anthraquinone et tétraphénylporphyrine en tant que PS, ont montré, dans les cellules vivantes, une émission proche infrarouge lorsqu’ils sont sous la forme de complexe d’Yb(III). Les résultats obtenus montrent que les complexes de lanthanides formés avec des ligands dendrimères peuvent servir comme des agents de PDT et des rapporteurs luminescents proche infrarouge in cellulo. / PDT is a cancer treatment that uses the combination of a nontoxic photoactivated molecule (photosensitizer), an appropriate source of light excitation and molecular oxygen to generate reactive oxygen species (ROS) leading to the decrease of size or to the destruction of tumors. However, the PDT efficiency of currently used drugs is limited by the selectivity for the cancer tissue. The main goal of this work is to develop a multifunctional agent which combines a PDT activity, a tumor targeting and near-infrared (NIR) optical imaging. The use of reporters that absorb at low energy is justified by low tissue autofluorescence and high tissue penetration depth in the NIR spectrum window. For this purpose, we have chosen the generation-3 poly(amidoamine) dendrimers as a versatile platform. Such macromolecules can incorporate eight NIR emitting lanthanide ions inside their branches forming species with thirty-two end groups at the periphery that can be substituted by suitable photosensitizers. Four new dendrimer ligands were synthesized with different photosensitizers, such as derivatives of naphthalimide, anthraquinone, and porphyrin. In addition the naphthalimide photosensitizer was functionalized with a targeting molecule, based on folic acid, to induce selectivity of the molecule towards cancer tissues. The corresponding NIR emitting lanthanide complexes were prepared for each dendrimer. Four Yb(III)-dendrimer complexes were characterized for their photophysical and ROS production properties. All complexes demonstrated a ROS production. The dendrimer functionalized with anthraquinone and tetraphenylporphyrin photosensitizers show strong NIR emission in living cells. These new multifunctional Yb(III)-dendrimer complexes have been designed to broaden the current scope of PDT agents and of NIR optical imaging agents.

La Thérapie Photodynamique ou PDT est une méthode de traitement principalement anti-cancéreux. Elle est basée sur l’activation par la lumière de molécules photosensibles, appelés photosensibilisateurs, non toxiques à l’obscurité. Après excitation lumineuse et en présence d’oxygène, elles génèrent des espèces réactives de l’oxygène dont l’oxygène singulet, qui engendrent des réactions de photo-oxydation entraînant la mort cellulaire. Cette méthode est cliniquement appliquée en France et dans plusieurs pays du monde mais présente toutefois certaines limites comme la faible profondeur de pénétration de la lumière dans les tissus. Elle ne peut donc s’appliquer qu’aux tumeurs de surface telles que les kératoses actiniques et aux tumeurs de petite taille accessibles à la lumière. Pour traiter les tumeurs profondes par PDT, nous proposons une stratégie innovante basée sur l’utilisation de rayons X, très connus pour leur pouvoir pénétrant. Comme la plupart des photosensibilisateurs ne sont pas radiosensibles, ils ne peuvent être excités directement par les rayons X. Les récentes avancées en nanotechnologie nous ont amené à envisager une stratégie thérapeutique novatrice pouvant combiner les principes de la PDT et la radiothérapie via l’élaboration de scintillateurs nanoparticulaires excitables par rayons X. Le concept consiste à utiliser des nanoparticules contenant dans leur cœur un scintillateur qui, excité par des rayons X, peut émettre des photons, qui, à leur tour, sont réabsorbés par le photosensibilisateur lui-même conjugué à la nanoparticule. C’est dans ce contexte que nous avons développé des nanoparticules Gd2O2S : Eu3+, possédant dans leur cœur du gadolinium (agent permettant le rehaussement positif du signal IRM) dopé avec de l’europium ou du terbium (pour une l’absorption des RX) et conjugués à des photosensibilisateurs (porphyrine, chlorine zinguée et phtalocyanine zinguée). D’autres nanoparticules TbO3, de plus petite taille, possédant dans leur cœur de l’oxyde de terbium, enrobé d’une couche de polysiloxane dans laquelle est incorporée de la porphyrine ont aussi été synthétisées et étudiées. Ces nanoparticules offrent à la fois une possibilité d’effet radiothérapie, d’effet PDT, tout en offrant la possibilité de visualiser les tumeurs par IRM. Nous avons mis au point un protocole de synthèse permettant d’obtenir la porphyrine avec de bons rendements tout en limitant le temps de synthèse et les étapes de purification. Les synthèses et purifications des nanoparticules ont été optimisées. Les caractérisations physico-chimiques et photophysiques des nanoparticules ont été réalisées, en particulier leur capacité à produire de l’oxygène singulet. L’efficacité du transfert d’énergie entre les nanoparticules et les photosensibilisateurs dans le but d’obtenir un effet PDT a été évaluée et des essais préliminaires sous excitation par rayons X ont été entrepris / PDT or photodynamic therapy is a method mainly used against cancer. PDT is based on the activation by light of photosensitive molecules, called photosensitizers, non-toxic in the dark. After excitation by light in the presence of oxygen, the photosensitizers generate reactive oxygen species including singlet oxygen, which lead to photo-oxidation reactions and cell death. This method is clinically applied in France and in several countries of the world but still has some limitations such as the low depth of light penetration in tissues. It therefore can be applied only to surface tumors such as actinic keratoses and small tumors accessible to laser light. To treat deep tumors by PDT, we propose an innovative strategy based on the use of X-rays known for their penetrating power. Since most photosensitizers are not radiosensitive, they cannot be excited by X-rays. Recent advances in nanotechnology have led us to consider a novel therapeutic strategy that can combine both the principles of PDT and radiotherapy through the development of scintillator containing nanoparticles excitable by X-rays. The concept is to use the scintillator included in the nanoparticle’s core which, excited by X-rays, can emit photons, which, in turn, can be re-absorbed by the photosensitizer itself conjugated to the nanoparticles. It is in this context that we developed nanoparticles of Gd2O2S:Eu3+, with in their core gadolinium (which is a MRI positive enhancement agent) doped with europium or terbium (for RX absorption) and coupled with photosensitizers (porphyrin, zinc chlorin and zinc phthalocyanine). We have developed a synthesis protocol for obtaining the porphyrin in good yields while limiting the time of synthesis and purification steps. The syntheses and purifications of nanoparticles were optimized. The physicochemical and photophysical characterization of the nanoparticles were performed, in particular their ability to produce singlet oxygen. Other Tb2O3 nanoparticles of smaller size, coated with a polysiloxane layer coupled to porphyrin have also been synthesized and studied. These nanoparticles offer both an opportunity for radiotherapy effect of PDT effect, while providing the ability to be detected by MRI. The efficiency of energy transfer between the nanoparticles and the photosensitizers in order to obtain a PDT effects was assessed and preliminary tests under X-ray excitation were undertaken

Le développement des nanotechnologies dans le domaine médical a suscité un engouement considérable ces dernières années, notamment l’utilisation de nanoparticules pour la vectorisation de principes actifs. Les nanoparticules offrent des perspectives uniques pour la vectorisation et la délivrance de principes actifs qu’ils soient des gènes (thérapie génique),des anti-cancéreux (chimiothérapie) ou encore des agents photosensibilisateurs (photothérapie dynamique, TPD). Le défi majeur reste cependant l’acheminement des molécules thérapeutiques jusqu’à leur site d’action, tout en gardant leur intégrité ainsi que leur effet thérapeutique.L’axe de recherche de cette thèse est l’utilisation des nanocapsules lipidiques comme plateforme multifonctionnelle pour la délivrance de principes actifs. Un des objectifs étant le développement de nanocapsules lipidiques, stables de point de vue physico-chimique, et fonctionnalisées avec du polyéthylèneimine capables de délivrer efficacement un plasmide ADN et un anti-cancéreux (paclitaxel) dans le cadre d’une thérapie combinée. Les applications de ces nanovecteurs pour la transfectionde gènes et la vectorisation de chimiothérapeutique in vitro ont été réalisées.Par ailleurs, l’aptitude de nanocapsules lipidiques à vectoriser des agents photosensibilisants pour la thérapie photodynamique a été aussi étudiée in vitro, et les résultats ont montré que l’encapsulation de deux molécules de PS dans les nanocapsules permet une synergie de l’effet photodynamique tout en gardant les propriétés physico-chimiques de chaque PS. Enfin, l’encapsulation d’un agoniste au canal ionique TRPM8, le menthol, fait l’objet du dernier chapitre. L’étude par imagerie calcique du relargage de cette molécule lipophile in vitro a permis de confirmer le potentiel des NCL comme nanovecteurs de principes actifs. / The development of nanotechnology in the medical field has attracted considerable interest in recent years, including the use of nanoparticles for drug delivery. Nanoparticles offer unique opportunities for delivery of active drugs such as genes (gene therapy), anti-cancer (chemotherapy) or photosensitizers (photodynamic therapy, PDT). The major challenge, however, remains the delivery of therapeutic molecules to their site of action while keeping their integrity and their therapeutic effect.The research focus of this thesis is the use of lipid nanocapsules as a multifunctional platform for the delivery of drugs. One goal is the development of stable lipid nanocapsules, functionalized with polyethyleneimine and capable of effectively delivering a plasmid DNA and an anti-cancer (paclitaxel) as part of a combination therapy. The applications of these nanocarriers for transfection and delivery of chemotherapeutic were performed in vitro.Moreover, the ability of lipid nanocapsules to encapsulate photosensitizers for photodynamic therapy has been studied in vitro, and the results showed that the encapsulation of two molecules of PS in the nanocapsules allows a synergy photodynamic effect while protecting the PS from photo degradation.Finally, encapsulating an ion channel TRPM8 agonist (menthol) is the subject of the last chapter. The study by calcium imaging of the release of this lipophilic molecule in vitro confirmed the potential of lipid nanocapsules as nanocarriers of drugs.

Une des limitations de la thérapie photodynamique est la faible sélectivité des photosensibilisateurs (PS) pour les tissus tumoraux. La recherche de nouveaux PS plus sélectifs s’est orientée vers la synthèse de PS couplés à des motifs afins pour des récepteurs membranaires surexprimés dans certains cancers. Le récepteur à l’acide folique est surexprimé dans les carcinomes ovariens et des PS ont été conjugués à de l’acide folique. Des PS ont aussi été couplés à un peptide spécifique de neuropiline 1 surexprimé au niveau des cellules tumorales de médulloblastome. Une autre stratégie pour augmenter la sélectivité du traitement vise à produire les espèces réactives de l’oxygène spécifiquement au niveau du site tumoral. L’activité de clivage enzymatique de marqueurs biologiques surexprimés dans les zones tumorales est utilisée. Les gélatinases (MMP-2 et -9) et leur activateur MMP-14 sont connues pour jouer un rôle primordial dans l'angiogenèse tumorale et la croissance du glioblastome multiforme. Différents photodynamic molecular beacons (PMB), associant un PS et un quencher lié par un peptide substrat des gélatinases et MMP-14, ont été développés / One limitation of photodynamic therapy is the low selectivity of photosensitizers (PS) to tumour tissue. The search of new PS more selective began to focus on the synthesis of PS coupled with substrate specific of the membrane receptors overexpressed in certain cancers. The acid folic receptor is overexpressed in ovarian carcinomas and PS were conjugated with folic acid. PS were also coupled with a specific peptide of neuropilin 1 overexpressed in tumoral cells of medulloblastoma. Another strategy for increasing the selectivity of the treatment is to produce reactive oxygen species specifically at the tumor site. The activity of enzymatic cleavage of biomarkers overexpressed in tumour areas is used. The gelatinases (MMP-2 and MMP-9) and their activator MMP-14 are known to play a key role in tumour angiogenesis and the growth of glioblastoma multiform. Different photodynamic molecular beacons (PMB), composed of a photosensitizer and a quencher linked together by a peptide substrate of gelatinases or MMP-14, were designed.

La thérapie photodynamique (PDT) est un traitement alternatif du cancer plus ciblé et moins invasif que les modalités traditionnelles. La Temoporfine (mTHPC, nom sous forme médicamenteuse : Foscan®), est l'un des PS les plus puissants cliniquement approuvés. Cependant, sa faible solubilité en milieu aqueux a provoqué plusieurs complications lors de son administration. La présente étude vise à mettre au point des nanoparticules constituées d’une molécule anticancéreuse couplée à la cyclodextrine intégré dans un liposome (drug-in-cyclodextrin-in-liposome, DCL) en couplant deux systèmes d'administration indépendants : les complexes d'inclusion cyclodextrine-mTHPC et les vésicules liposomales pour améliorer le transport et la pénétration de la mTHPC dans le tissu cible. La formation de complexes d'inclusion entre les cyclodextrines et la mTHPC a été étudiée en détail. Sur la base de ces données, des mTHPC-DCL à simple et double charge ont été préparées, optimisées et caractérisées. Il a été démontré que les mTHPC-DCL sont stables et que presque tous les mTHPC-DCL sont liés à β-CDs dans la lumière aqueuse interne des liposomes. L'influence des DCLs sur l'accumulation, la distribution et l'efficacité photodynamique de la mTHPC a été étudiée dans des modèles cellulaire en monocouche et sphéroïde multicellulaires 3D d’adénocarcinome de pharynx humain (HT29). En utilisant des sphéroïdes, nous avons démontré que le DCL à base de triméthyl-β-CD fournissait une accumulation homogène de la mTHPC dans tout le volume des sphéroïdes tumoraux, suggérant ainsi une distribution optimale de la mTHPC. / Photodynamic therapy (PDT) is an alternative cancer treatment which offers a more targeted and less invasive treatment regimen compared to traditional modalities. Temoporfin (mTHPC, medicinal product name: Foscan®), is one of the most potent clinically approved PS. However, its poor solubility in aqueous medium caused several complications of its administration. The present study is aimed at the development of drug-in-cyclodextrin-in-liposome (DCL) nanoparticles by coupling two independent delivery systems: cyclodextrin/mTHPC inclusion complexes and liposomal vesicles to improve the transport and penetration of mTHPC to the target tissue. The formation of inclusion complexes between cyclodextrins and mTHPC was studied in detail. Based on these data, single and double loaded mTHPC-DCLs have been prepared, optimized and characterized. It was demonstrated that mTHPC-DCLs are stable and almost all mTHPC is bound to β-CDs in the inner aqueous liposome lumen. The influence of DCLs on mTHPC accumulation, distribution and photodynamic efficiency was studied in human adenocarcinoma HT29 cellular monolayer and spheroid models. Using 3D multicellular HT29 tumor spheroids we demonstrated that trimethyl-β-CD-based DCL provides homogenous accumulation of mTHPC across tumor spheroid volume thus supposing optimal mTHPC distribution.

Le développement de thérapies personnalisées et non invasives représente un challenge majeur en cancérologie et l'utilisation de nano-outils multifonctionnels combinés à de nouveaux biomarqueurs spécifiques des cellules cancéreuses apportent une solution de choix. Le cancer de la prostate est le cancer le plus diagnostiqué et représente la seconde cause de mortalité par cancer chez l'homme. Il est primordial de pouvoir diagnostiquer et traiter ces tumeurs dès les stades précoces afin d'améliorer la survie et la prise en charge des patients. L'objectif de cette thèse a été d'étudier le potentiel d'une lectine membranaire, le récepteur du mannose 6-phosphate cation-indépendant (RM6P-CI), en tant que biomarqueur des cancers de la prostate. Dans un premier temps, l'analyse de l'expression du RM6P-CI a été réalisée sur des tissus prostatiques sains et cancéreux. La découverte d'une surexpression spécifique par les cellules cancéreuses de la prostate a permis de caractériser le R6MP-CI comme nouveau marqueur diagnostique et d'envisager son ciblage pour la thérapie photodynamique des cancers de la prostate. Des nanoparticules de silice mésoporeuse ont donc été fonctionnalisées spécifiquement pour la thérapie photodynamique avec l'encapsulation de photosensibilisateurs mono ou bi-photoniques et le couplage de ligands stables, analogues du M6P naturel, pour le ciblage des RM6P-CI. Le potentiel phototoxique in vitro et ex vivo de ces nano-outils a été démontré ainsi que l'internalisation spécifique par le RM6P-CI. La propriété fluorescente des nanoparticules biphotoniques a permis d'autre part d'imager les cellules cancéreuses de la prostate et de proposer ainsi leur utilisation dans un but théranostique (thérapie et diagnostic) des cancers de la prostate. / The development of personalized and non invasive therapies represents a major challenge in cancer and the use of multifunctional nano-tools combined with new specific biomarkers of cancer cells an appropriate solution. The prostate cancer is the most diagnosed malignancy and the second cause of cancer death in men. It is essential to diagnose and treat these tumors from the early stages to improve the survival and the care of patients. The aim of this thesis was to study the potential of a membrane lectin, the cation-independent mannose 6-phosphate receptor (CI-M6PR) as a biomarker for prostate cancer. Firstly, the analysis of the expression of CI-M6PR was performed on healthy and cancer prostate tissues. The discovery of a specific overexpression by prostate cancer cells allows to propose CI-M6PR as a new diagnostic marker and we considered its targeting for photodynamic therapy of prostate cancers. Mesoporous silica nanoparticles have been functionalized specifically for photodynamic therapy with the encapsulation of one or two-photon photosensitizers and the grafting of stable ligands, analogues of the natural M6P, for the CI-M6PR targeting. The phototoxic potential in vitro and ex vivo of these nano-tools was demonstrated in addition to the specific M6PR internalization pathway. Moreover, the two-photon fluorescence property of the nanoparticles led to the imaging of prostate cancer cells and thus suggests their use for theranostic (therapy and diagnosis) purpose of prostate cancers.

Les chromophores classiques ne sont pas toujours efficaces en absorption à deux photons. Leur faible efficacité nécessite l'utilisation de fortes puissances laser et de grandes concentrations en colorants. Dans ce sens, la microscopie à deux photons in vivo requière le développement de nouvelles stratégies de marquage utilisant des chromophores spécialement dédiés à la microscopie à deux photons. Dans le cadre de collaborations avec des chimistes spécialisés dans la synthèse de molécules à forte section efficace d'absorption à deux photons, différents chromophores ont été synthétisés. Ces molécules organiques sont souvent hydrophobes et ne sont pas utilisables directement pour les applications en biologie. Le travail effectuer ici a consisté à encapsuler ces molécules dans des micelles de copolymères biocompatibles, les Pluronic. Les Pluronic sont des matériaux pouvant s'auto assembler en milieu aqueux sous forme de micelles et permettent de solubiliser des composés hydrophobes. Cette stratégie est déjà utilisé pour permettre de transporter différents composés hydrophobes dans les organismes vivants et a été utilisée ici pour transporter des chromophores ultrasensibles à deux photons dans le sang de manière à imager la vascularisation in vivo. / Classic fluorescent dyes are not necessary efficient in two-photon absorption. Their low two-photon absorption efficiency often requires high laser power and important dye concentrations. Therefore, new dyes and other administration strategies need to be developed specifically for intravital two-photon microscopy. In collaboration with chemists, specialized in the synthesis of molecules with a high two-photon absorption cross-section, different dyes have been synthesized. Most of these dyes are hydrophobic and not directly suitable for biological applications. The work presented in this thesis consisted of encapsulating hydrophobic molecules in biocompatible Pluronic block copolymers. In water, Pluronic unimers with hydrophobic and hydrophilic blocks self-assembled in hydrophilic micelles forming a hydrophobic core around the molecules. This strategy has been used already for the transport and delivery of different hydrophobic molecules in living organism. In the present study, this strategy has been transposed to transport ultra sensitive two-photon dyes in the blood plasma for deep vascular imaging in vivo.

La thérapie photodynamique (PDT) est une modalité de traitement des petites tumeurs accessibles à la lumière. Elle repose sur l'action combinée d'un photosensibilisateur qui, en présence d'oxygène et sous l'effet d'une irradiation lumineuse, induit la synthèse d'espèces réactives de l'oxygène cytotoxiques. L'effet tumoricide de la PDT se traduit par des dommages directs sur les cellules ainsi que des dommages indirects de la néovascularisation tumorale et une activation du système immunitaire. Dans cette étude, nous avons démontré dans une première partie l'intérêt de se baser sur la distribution intratumorale de la mTHPC et non pas sur les études de biodistribution pour l'optimisation des conditions de traitement par PDT et en particulier de l'intervalle drogue-lumière (IDL). Un co-ciblage des vaisseaux et du parenchyme tumoral via un fractionnement de l'administration de la mTHPC a permis d'obtenir un taux de guérisons de 100%. Cette efficacité a été corrélée à la potentialisation de la mort des cellules par apoptose et valorisée par son association à des dommages secondaires cutanés restreints. La stratégie de fractionnement de l'administration s'avère donc être très prometteuse dans un contexte clinique. Dans la seconde partie de cette étude, nous avons établi la redistribution de la mTHPC in vivo dans le modèle de la membrane chorioallantoïdienne de poulet (CAM) à partir de formulations liposomales (Foslip®, Fospeg®) et son impact sur les dommages vasculaires photoinduits par la PDT / Photodynamic therapy (PDT) is a therapeutic strategy for the treatment of small localized tumors accessible to the visible light irradiation. It is based on the combined action of photosensitizer (PS), light and molecular oxygen. Tumoricidal effect of PDT is triggered by direct damage of malignant cells and indirect vascular damage followed by an activation of the immune system. The present study investigates the relationship between photoinduced apoptosis in each compartment of interest (vascular versus neoplastic) and mTHPC-PDT treatment efficiency in function of the intratumoral distribution of mTHPC. The latter was defined by the drug-light intervals. In the first part, we demonstrated the importance of the intratumoral distribution of mTHPC to optimize photodynamic parameters. The fractionation of the PS administration permitted to obtain a tumor cure rate of 100% correlated to a massive apoptosis of pathological tissues. Moreover, this treatment strategy induced only limited skin damages and few inflammation which could be an advantage in clinical context. In the second part, we evidenced the mTHPC redistribution from liposomal formulations (Foslip®, Fospeg®) in vivo in the chick chorioallantoic membrane model (CAM) and its influence on photoinduced vascular damage

Dans ce manuscrit, la synthèse et la caractérisation complète de différents matériaux hybrides dédiés à des applications dans le domaine optique ou thérapeutique sont décrites. Dans un premier temps, des systèmes macroscopiquement ordonnés sont obtenus par intercalation de colorants tels que le Styryl 722 ou la pyronine-Y dans plusieurs films à base d’argile de type smectite. Les films d’argile sont élaborés par spin-coating et les colorants intercalés par immersion des films dans les solutions de ces colorants. Les effets de l’argile sur les propriétés des colorants sont analysés en détail et leur orientation préférentielle dans l’espace inter-couches est étudié grâce à la réponse anisotropique des films en lumière linéairement polarisée. Dans la deuxième partie, la synthèse par chimie sol-gel de monolithes de silice de grande dimension contenant des colorants laser présentant une forte absorption et une émission de fluorescence dans le visible est abordée. Des colorants laser à l’état solide (SSDL) avec de bonnes stabilités photochimique, thermique et chimique sont ainsi proposés. Dans le troisième chapitre, la synthèse par voie sol-gel de nanoparticules de silice (NP) d’environ 50 nm de diamètre fonctionnalisées sur leur surface externe est ensuite décrite. Grâce à l’encapsulation de molécules de colorants fluorescents dans leur cœur et le greffage de photosensibilisateurs sur leur écorce, des nanoparticules biocompatibles adaptées à la bio-imagerie et la thérapie photodynamique (PDT) ont été préparées. Pour optimiser leurs performances, les propriétés photophysiques et plus particulièrement la production d’oxygène singulet d’une nouvelle série de photosensibilisateurs basés sur les chromophores de type PODIPY ont d’abord été étudiées en détail. A partir de ces résultats, des BODIPY particulièrement efficaces ont été greffés sur les nanoparticules de silice afin de les utiliser pour la PDT. Les propriétés photophysiques de ces matériaux ont été analysées par spectroscopie d’absorption et de fluorescence (stationnaire ou résolue en temps) et les rendements quantiques de production d’oxygène singulet déterminés par des méthodes directe (émission de luminescence de l’oxygène singulet à 1270 nm) ou indirecte (utilisation de sondes chimiques spécifiques à l’oxygène singulet). Par ailleurs les matériaux hybrides ont été complètement caractérisés par plusieurs techniques (SEM, TEM, XRD, XPS, IR, DLS, BET). / Along this manuscript different hybrid materials are synthesized and extensively characterized for several uses: from optical to therapeutic applications. First, by the intercalation of different dyes, styryl 722 and pyronine-Y into several smectite clay films, macroscopically ordered system are obtained. Clay films are elaborated by spin-coating technique and the dyes are intercalated by the immersion of clay thin films into dye solutions. The effect of clay on the dye properties is deeply analyzed and its preferential orientation in the interlayer space of the clay is studied by the anisotropic response of the films to the linear polarized light. Second, large silica monoliths with embedded laser dyes with strong absorption and fluorescence bands in different region of the Visible spectrum are attained by sol-gel chemistry to obtain solid-state dye laser (SSDL) with good photo, thermal and chemical stabilities. Third, silica nanoparticles (NP) with suitable size (50 nm) and functionalized external surface are also synthesised by sol-gel chemistry. Through the encapsulation of fluorescent dye molecules in their core and by the grafting of photosensitizers on their shell, biocompatible nanoparticles for bio-imaging and Photodynamic Therapy (PDT) applications are prepared. In order to optimize their properties, a careful investigation of the photophysical properties and mainly the singlet oxygen generation of a large range of new photosensitizers based on chromophores known as BODIPYs, is previously carried out. Based on these results, some efficient BODIPYs are selected for grafting on silica nanoparticles in order to use them for PDT. The photophysical properties of all these hybrid materials are analyzed by absorption and fluorescence (steady-state and time correlated) spectroscopies, and the singlet oxygen measurements are monitored by direct method (recording the singlet oxygen luminescence at 1270 nm) and by indirect method (using selective chemical probe). Moreover, the hybrid materials are fully characterized by several techniques such as, SEM, TEM, XRD, XPS, IR, DLS, BET.