La neuroinflammation joue un rôle important dans de nombreuses maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, Parkinson, ou encore la sclérose en plaques. De récents développements en imagerie moléculaire permettent aujourd’hui un meilleur diagnostique et un meilleur suivi thérapeutique de ces maladies. Parmi les techniques d’imagerie dont nous disposons actuellement, la Tomographie par Emission de Positions (TEP) et Tomographie par Emission Mono Photonique (TEMP) jouent un rôle important de par leur haute sensibilité et leurs aspects quantitatifs. L’objectif de ma thèse est de développer de nouveaux ligands et radioligands dédiés à l’imagerie de cibles spécifiques impliquées dans les processus de neuroinflammation. Pour ce faire, la TEP et ses émetteurs de positons à vie brève associés (notamment le fluor-18 ; T1/2 : 109.8 min) constituent un outil de choix. Le projet est divisé en deux sections principales. La première est dédiée au développement de ligands ciblant la protéine de Translocation 18 kDa (TSPO). Cette protéine est aujourd’hui reconnue comme un biomarqueur précoce des processus neuroinflammatoires, et de nombreux ligands ont déjà été synthétisés pour cette cible. Le plus anciens d’entre eux est le PK11195 appartenant à la famille des isoquinoléines, qui a été marqué au carbone-11 à la fin des années 80. Plus récemment, d’autres familles de composés ont vu le jour, et notamment la familles des pyrazolopyrimidines avec le [11C]DPA-713, ainsi que celle des pyridazinoindoles avec le [11C]SSR180575. A travers cette première partie de ma thèse, l’objectif est de synthétiser et de caractériser in vitro de nouveaux ligands dérivés des deux composés leaders de ces deux familles. Les précurseurs de marquage correspondant ont également été synthétisés pour les composés les plus prometteurs, permettant ainsi un radiomarquage au fluor-18. Certains résultats ont par ailleurs été présentés lors d’un congrès international (21st International Symposium on Radiopharmaceutical Sciences (Columbia, MO, USA – Mai 26-31, 2015)). La seconde partie de ma thèse est dédiée au développement de ligands pour des cibles alternatives à la TSPO, qui sont les récepteurs cannabinoïdes de type 2 (CB2R), et les récepteurs purinergiques P2Y12 et P2Y14. Ces nouvelles cibles, récemment émergées présentent un fort potentiel pour de nouvelles opportunités en imagerie. Une nouvelle série de sept composés a par ailleurs déjà été synthétisée en ce qui concerne le CB2R. Les précurseurs des molécules les plus prometteuses ont également été préparés. La synthèse des ligands dédiés aux récepteurs purinergiques a été initiée, et un premier couple référence /précurseur a été obtenu. / Neuroinflammation plays an important role in many neurodegenerative diseases (Alzheimer, Parkinson, Multiple sclerosis …) and recent developments in molecular imaging provide today new insights into the diagnostic and the treatement managment of these diseases. Among the existing imaging techniques, the highly sensitive and quantitative nuclear modalities SPECT (single photon emission computed tomography) but especially PET (positron emission tomography) play key roles. My PhD program is devoted to the design and synthesis of novel radioligands, all dedicated to the imaging of specific targets and processes linked to neuroinflammation. For this, PET and the short-lived positron-emitter fluorine-18 (T1/2: 109.8 min) remain the main focuses. The project has been divided into two sections, the first one concentrates on the development of novel ligands targeting the Translocator Protein 18 kDa (TSPO). Indeed, this target is today recognized as an early biomarker of neuroinflammatory processes and PK11195, an isoquinoline carboxamide labelled with carbon-11, was, in the late 80’s, the first reported PET-radioligand. More recently, new compounds, all belonging to different chemical classes, have emerged and notably the pyrazolopyrimidine acetamide [11C]DPA-713 and the pyridazinoindole acetamide [11C]SSR180575. Within the first section of my PhD, novel derivatives of both DPA-713 and SSR180575 have been synthesized and in vitro characterized. Dedicated precursors for labelling were also developed for the most promising candidates, and radiolabelling has been performed. Some results have been presented at the 21st International Symposium on Radiopharmaceutical Sciences (Columbia, MO, USA – May 26-31, 2015).The second part of my PhD, deals with the development of ligands for alternative targets to the TSPO, like the type-2 cannabinoid receptor (CB2R) and the purinergic P2Y14 / P2Y12 receptors, the latter emerging today as a hot topic for imaging opportunities. Up to now, a series of seven compounds targeting the CB2R has been successfully synthetized and in vitro characterized. Dedicated precursors of the most promising compounds have also been prepared and labelling will be shortly performed. The synthesis of ligands targeting the purinergic receptors has also been initiated and a first couple of reference / precursor has been obtained for the P2Y12R.

Le cancer est aujourd’hui la première cause de mortalité en France, devant les pathologies cardio-vasculaires, si bien qu’il constitue un enjeu de santé publique majeur. Parmi les alternatives thérapeutiques actuellement pratiquées en milieu clinique, on compte l’ensemble des techniques de radiothérapie externe. L’hadronthérapie est une technique émergente de radiothérapie, caractérisée par des propriétés balistiques et biologiques compatibles avec la définition de protocoles cliniques et thérapeutiques hautement conformationnels. La précision balistique, c’est à dire la capacité à irradier un volume cible avec précision repose sur un ensemble de paramètres pouvant être entachés d’incertitudes et dont la quantification n’est pas toujours possible. Aussi, la mise en place de procédures de contrôles de l’irradiation devient indispensable à l’utilisation de cette technique de manière raisonnée et pertinente. Le contrôle balistique peut être réalisé par une technique d’imagerie biomédicale, la Tomographie par Emission de Positons (TEP), qui permet de mesurer la distribution de la radioactivité β+ induite par le faisceau primaire. Les premiers résultats obtenus, tant sur le plan de la simulation que sur celui de l’instrumentation, ont permis de poser les jalons d’une méthodologie de mesure et d’analyse des données compatibles avec cette problématique de mesure en ligne. Des mesures réalisées auprès du centre protonthérapie d’Orsay, un des deux centres d’hadronthérapie français, et du grand accélérateur national d’ions lourds (GANIL) de Caen, ont permis de fournir une preuve de concept et d’initier un chantier visant à concevoir un détecteur suffisamment grand, qui sera exploité dans le cadre de protocoles cliniques déterminés. / Cancer remains the main cause of death in France which constitutes a major public heathcare issue. Among all therapeutic alternatives currently used in clinical routine there are all external radiation therapy technics. A new type of highly conformational radiation therapy, called hadrontherapy has been developped over almost 50 years. Balistic accuracy relies on a set of parameters which can be affected by different sources of uncertainties that remain hardly predictable. Therefore, this technic requires the definition of quality assurance (QA) procedures to prevent any deleterious health consequences for the patient. Such QA procedures can be achieved by measuring the induced β+ activity by means of Positron Emission Tomography. The first results obtained by simulations and through different experiments performed on proton and carbon ion beams have lead to define a methodology of data acquisition and analysis compatible with in-beam QA of hadrontherapy treatments. Moreover, experiment performed at GANIL (carbon beam) and CPO Orsay (proton beam) have helped to initiate the construction of a larger detector which could be used within different clinical routine treatments.

Le cancer est aujourd'hui la première cause de mortalité en France, devant les pathologies cardio-vasculaires, si bien qu'il constitue un enjeu de santé publique majeur. Parmi les alternatives thérapeutiques actuellement pratiquées en milieu clinique, on compte l'ensemble des techniques de radiothérapie externe. L'hadronthérapie est une technique émergente de radiothérapie, caractérisée par des propriétés balistiques et biologiques compatibles avec la définition de protocoles cliniques et thérapeutiques hautement conformationnels. La précision balistique, c'est à dire la capacité à irradier un volume cible avec précision repose sur un ensemble de paramètres pouvant être entachés d'incertitudes et dont la quantification n'est pas toujours possible. Aussi, la mise en place de procédures de contrôles de l'irradiation devient indispensable à l'utilisation de cette technique de manière raisonnée et pertinente. Le contrôle balistique peut être réalisé par une technique d'imagerie biomédicale, la Tomographie par Emission de Positons (TEP), qui permet de mesurer la distribution de la radioactivité β+ induite par le faisceau primaire. Les premiers résultats obtenus, tant sur le plan de la simulation que sur celui de l'instrumentation, ont permis de poser les jalons d'une méthodologie de mesure et d'analyse des données compatibles avec cette problématique de mesure en ligne. Des mesures réalisées auprès du centre protonthérapie d'Orsay, un des deux centres d'hadronthérapie français, et du grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL) de Caen, ont permis de fournir une preuve de concept et d'initier un chantier visant à concevoir un détecteur suffisamment grand, qui sera exploité dans le cadre de protocoles cliniques déterminés.

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) au 18Fluoro-désoxyglucose (18F-FDG) est l’imagerie de référence pour la quantification in vivo du métabolisme glucidique des cellules tumorales. Elle permet, entre autre, de suivre les modifications du métabolisme tumoral en cours de chimiothérapie. Le cancer du sein regroupe différentes entités génomiques dont les comportements clinico-biologiques et la prise en charge thérapeutique divergent. L’objectif de cette thèse était d’étudier le lien entre ces diverses entités biologiques du cancer du sein et le comportement métabolique tumoral en cours de chimiothérapie néoadjuvante. Nous avons également extrait, parmi les différents paramètres métaboliques tumoraux des images TEP, les critères les plus robustes pour prédire dès la fin dès la première cure de chimiothérapie néoadjuvante la réponse histologique finale et la survie des patientes. Nous avons également appliqué un modèle de mesure de la perfusion tumorale, dérivée d’une acquisition dynamique du premier passage artériel et tumoral du 18F-FDG.Le premier article de cette thèse souligne l’impact majeur du phénotype tumoral sur le comportement métabolique en cours de chimiothérapie de la tumeur primitive mammaire. Les trois articles suivants montrent que, pour les tumeurs triple-négatives et HER2 positives, les modifications métaboliques tumorales observées par la TEP au 18F-FDG prédisent la réponse histologique complète à l’issue du traitement. Concernant le phénotype tumoral luminal/HER2 négatif, la réponse métabolique apporte surtout une information pronostique. L’imagerie TEP au 18F-FDG pourrait permettre dans un avenir proche de guider les choix thérapeutiques du clinicien, en proposant une alternative thérapeutique aux patientes non-répondeuses identifiées dès la première cure de chimiothérapie néoadjuvante. / Positron Emission Tomography (PET) with 18Fluoro-deoxyglucose (18F-FDG) is the reference imaging examination for in-vivo quantification of the glucidic metabolism of tumour cells. It allows for the monitoring of tumour metabolic changes during chemotherapy. Breast cancer comprises several distinct genomic entities with different biological characteristics and clinical behaviours, leading to different tailored treatments. The aim of this doctoral thesis was to evaluate the relationship between the different biological entities of breast cancer and the tumour metabolic behaviour during neoadjuvant chemotherapy. We have also retrieved, among the various metabolic parameters on PET images, the most reliable ones to predict, as early as after the first neoadjuvant cycle, the final tumour histologic response and patient’s outcome. We have also evaluated early changes in tumour blood flow, using a tumour first-pass model derived from an dynamic 18F-FDG-PET acquisition.The first article presented in this thesis has underlined the strong correlation between breast cancer subtypes, and the tumour metabolic behaviour during chemotherapy. The following three articles have demonstrated that tumour metabolic changes after the first neoadjuvant cycle can predict the final histologic complete response at the end of the treatment, both in triple-negative and HER2 positive tumours. Concerning the luminal/HER2 subtype, the early metabolic response mainly predicts patient’s outcome.These results should lead, in the near future, to PET-guided neoadjuvant strategies, in order to adapt the neoadjuvant treatment in poor-responding women. Such a strategy should lead to enhanced personalized medicine.