L'équipe Inolivent oeuvre dans le domaine de la ventilation liquidienne totale (VLT), une technique de ventilation expérimentale pour traiter des détresses respiratoires aiguës en utilisant un liquide respirable. Sur les prototypes de l'équipe Inolivent, ce liquide, un perfluorocarbone (PFC), est oxygéné et débarrassé du gaz carbonique à l'aide d'un oxygénateur à bulles avec une membrane flexible perforée.L'efficacité de ces échanges gazeux est partiellement connue. Le présent ouvrage définit des critères de performances sur ces échanges gazeux et évalue ces critères sous différentes conditions avec une approche théorique, des tests expérimentaux en laboratoire et des tests en expérimentations animales. Les oxygénateurs à bulles utilisés par l'équipe Inolivent sont évalués selon leurs caractéristiques et comparés aux oxygénateurs à membrane également utilisés en VLT. Les critères qui qualifient le mieux la performance des oxygénateurs sont le coefficient de transfert de matière multiplié par la surface d'échange (k[indice inférieur L] M ) et la constante de temps ([tau]). Les résultats expérimentaux en laboratoire et en expérimentations animales concordent ensembles et sont cohérents avec l'approche théorique. Les performances de l'oxygénateur du quatrième prototype (Inolivent-4) sont jugées adéquates avec un débit d'O[indice inférieur 2] de 4 l/min avec une membrane de 470 trous. Avec ces conditions, on évalue le k[indice inférieur L] M minimum (3.13 x 10[indice supérieur -5] m[indice supérieur 3]/s) qui doit être atteint dans la conception d'un oxygénateur à bulles en VLT.L'oxygénateur d'Inolivent-4 maintient une fraction partielle d'oxygène (FiO[indice inférieur 2]) dans le PFC de 0.94 à 0.98 lors d'expérimentations animales. Ces valeurs permettent d'obtenir des pressions partielles de CO[indice inférieur 2] inférieures à 45 mmHg au niveau du sang artériel (PaCO[indice inférieur 2]). De plus, la variation de FiO[indice inférieur 2] permet de diminuer la pression partielle d'O[indice inférieur 2] dans le sang artériel (PaO[indice inférieur 2]) entre 80 et 100 mmHg. Des pistes d'améliorations pour la conception des oxygénateurs à bulles en VLT sont proposées notamment la diminution du diamètre de l'oxygénateur et la diminution du volume de PFC en fonction du maintien de la PaCO[indice inférieur 2].

Le projet de recherche présenté consiste à la mise en place de matériel et de méthodes pour la mesure de l'impédance du système respiratoire en ventilation liquidienne totale (VLT). Ce projet a été réalisé en majeure partie en collaboration avec un étudiant à la maîtrise en physiologie, M. Dominick Bossé.Le matériel développé est un débitmètre instationnaire qui servira à mesurer le débit instantané à la trachée du patient.Le concept proposé consiste en un venturi symétrique comprenant trois prises de pression. La mesure du débit est obtenue en résolvant numériquement l'équation de Bernoulli légèrement modifiée. Un prototype a été validé expérimentalement en appliquant des débits sinusoïdaux de moyenne nulle. Les résultats ont montré que les écoulement quasi stationnaires sont mesurés précisément entre 5 ml/s et 60 ml/s et les oscillations de faible amplitude ([inférieur ou égal]10 ml/s) sont correctement mesurés pour des fréquences sous 3 Hz. De plus, une méthode pour appliquer la technique des oscillations forcées (TOF) en VLT est proposée. Elle consiste principalement à appliquer une excitation volumétrique sinusoïdale au système respiratoire, et à évaluer la fonction de transfert entre le débit délivré et la pression aux voies aériennes. Un modèle pulmonaire développé pour la ventilation gazeuse, le « five-parameter constant-phase model », est utilisé pour décrire les spectres d'impédance respiratoire observés. La méthode employée pour identifier les paramètres de ce modèle a été validée in silico sur des données générées informatiquement, et la méthode dans son ensemble a été validée in vitro sur un modèle mécanique reproduisant la dynamique pulmonaire. Les données in vivo sur 10 agneaux nouveau-nés suggèrent qu'un terme de compliance fractionnel est approprié pour décrire le comportement basse-fréquence des poumons, mais il n'a pas été possible de conclure sur la pertinence d'un terme d'inertance à ordre fractionnel. Finalement, l'étude des aspects plus physiologiques est présentée. En plus d'une description plus détaillée de la procédure expérimentale in vivo, on y observe l'influence de certains symptômes respiratoires (diminution de la compliance, augmentation de la résistance) sur l'impédance mesurée avec la TOF. Les conclusions sont que la résistance et l'inertance des voies aériennes sont grandement augmentées en VLT en comparaison de la ventilation gazeuse. La résistance et la réactance à 0.2 Hz sont sensibles à la bronchoconstriction et dilatation, autant que lors de la réduction de compliance. Ainsi, il est montré que la TOF à basse fréquence est un outil efficace pour suivre la mécanique respiratoire en VLT.

Mise en contexte: Le syndrome d'aspiration méconiale (SAM) sévère est une détresse respiratoire causée par l'inhalation de liquide amniotique teinté de méconium. Les nouveau-nés atteints d'un SAM sévère nécessitent souvent un support ventilatoire invasif qui mène à un haut taux de morbidité et de mortalité. La ventilation liquidienne totale (VLT) est considérée comme une avenue thérapeutique prometteuse de lavage bronchoalvéolaire (LBA) effectué avec un perfluorocarbone dans le cas d'un SAM sévère. L'équipe Inolivent a développé récemment un 4 e prototype de ventilateur liquidien total (Inolivent 4) conçu pour des applications pédiatriques qui fait l'objet d'études expérimentales. Objectif: Les objectifs de cette maîtrise étaient de valider le ventilateur liquidien, d'optimiser les paramètres ventilatoires de la VLT, de mettre au point un modèle néonatal ovin de SAM ainsi que de caractériser l'efficacité et la tolérance d'un VLT-LBA en comparaison avec un lavage bronchoalvéolaire contenant une dilution de surfactant exogène (S-LBA) dans ce même modèle. Notre hypothèse est que le VLT-LBA sera mieux toléré et plus efficace qu'un S-LBA dans le cas d'un SAM sévère. Matériel et méthode: La validation du prototype 4 a été effectuée avec cinq agneaux à poumons sains et plusieurs paramètres ont été testés de façon à optimiser la ventilation. Ensuite, sept agneaux ont servis à développer le modèle pathologique de SAM. Étude animale randomisée contrôlée approuvée par notre comité d'éthique institutionnel. Une fois anesthésiés et paralysés, 20 agneaux nouveau-nés ont subis une chirurgie visant le monitorage des gaz du sang (GDS) et les paramètres hémodynamiques par thermodilution (Pulsion medical system, Ger). Un SAM sévère fut alors induit à l'aide de l'instillation de 2 aliquotes de 1mL/kg d'une dilution à 25% de méconium humain dans le salin. Les agneaux ont ensuite été randomisés dans deux groupes : VLT-LBA (n=10) à une ventilation minute de 160 mL/kg/min avec le PFDEC (Perfluorodecalin; F2Chemicals, UK) et S-LBA (n=10) ventilé conventionnellement en administrant deux LBA de 15 mL/kg contenant 5mg/mL de surfactant (BLES biochemicals Inc., Canada). Les deux groupes furent ventilés pour un total de 4 heures suivant la randomisation. Résultats: Le VLT-LBA permet une PaO[indice inférieur 2] significativement supérieure au S-LBA tout au long de l'expérimentation. Les valeurs de PaCO[indice inférieur 2], de pH ainsi que les paramètres hémodynamiques sont comparables pour les deux groupes à l'exception d'une augmentation de la pression artérielle pulmonaire moyenne (PaPm) durant la VLT. Le VLT-LBA permet le lavage de 43.14% du méconium instillé alors qu'avec le S-LBA on en retire 28.10% (p < 0,022). L'analyse histologique des coupes de poumons n'a montré aucune différence entre les scores totaux. Conclusion: Le VLT-LBA est bien toléré et est plus efficace que le S-LBA dans ce model expérimental ovin de SAM sévère. Les niveaux surélevés de PaPm durant la VLT nécessite d'être investigués. Cette expérimentation ouvre la voie à une éventuelle étude clinique avec le VLT-LBA comme traitement d'un SAM sévère.

L’ionomycine est un ionophore produit par la bactérie gram-positive streptomyces conglobatus. Sa synthèse représente un défi, car il possède plusieurs centres chiraux dans un motif polypropylène. De plus, la grande densité d’oxygène sur celui-ci oblige l’utilisation de plusieurs protections orthogonales. Notre stratégie divise l’ionomycine en quatre fragments, trois possédant le motif polypropylène, ainsi qu’un quatrième, bis-tétrahydrofuranne. Les trois premiers sont synthétisés en utilisant une méthodologie puissante développée dans le laboratoire du Pr Spino, qui utilise l’addition d’alkylcyanocuprates sur les carbonates allyliques dérivés de la menthone. Celle-ci permet l’introduction d’une unité propylène, avec un excellent contrôle du centre chiral introduit. Cette méthode est utilisée de manière itérative, afin d’introduire plusieurs unités propylènes. De plus, notre stratégie est hautement convergente, puisque des intermédiaires des fragments plus courts servent de produit de départ pour la synthèse des fragments plus longs. Le dernier fragment, bis-tétrahydrofuranne, a été fabriqué à partir de l’acétate de géranyle, par une polycyclisation d’un diépoxyde chiral, les époxydes ayant été introduits par une époxydation de Shi. Cette synthèse, si complétée, serait la plus courte publiée, avec 24 étapes pour la séquence linéaire la plus longue (51 au total).

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Récemment, notre groupe de recherche a mis au point une stratégie de synthèses de composés polycycliques impliquant une séquence de cyclisation de Vilsmeier-Haack et de cycloaddition dipolaire-1,3 intramoléculaire d’ylure d’azométhine. Afin de démontrer l’applicabilité de cette stratégie en synthèse totale, nous avons choisi les alcaloïdes de type aspidospermatane comme cible. Malgré qu’il existe plusieurs synthèses racémiques d’alcaloïdes dans cette famille, la version énantiosélective a été peu explorée. Nous avons d’abord exploré deux approches permettant l’installation du centre de chiralité qui contrôlera la stéréochimie absolue à tous les nouveaux centres chiraux générés lors de l’étape clé (chapitre 1). En dépit de l’obtention d’excès énantiomériques insatisfaisants, nous avons continué la synthèse de manière racémique afin d’optimiser la séquence réactionnelle. Ainsi, nous avons développé la synthèse du premier substrat d’étape clé qui, lorsque soumis aux conditions de cyclisation, n’a malheureusement pas mené au produit désiré. À partir de ce résultat, une optimisation du dipolarophile (chapitre 2), de l’ylure et du nucléophile a débuté. Différents substrats d’étape clé ont été synthétisés à partir de la séquence développée précédemment et ont été soumis aux conditions de cyclisation jusqu’à déterminer la bonne combinaison qui nous a permis d’obtenir le cycloadduit (chapitre 3). Pour finir, des travaux futurs sont suggérés afin d’installer de façon plus efficace le centre de chiralité et de terminer la synthèse énantiosélective des alcaloïdes de type aspidospermatane.

Introduction : Le syndrome d’aspiration méconiale (SAM) est une pathologie respiratoire du nouveau-né qui, dans les cas les plus sévères, peut rester réfractaire aux traitements couramment utilisés et nécessiter in fine le recours à une oxygénation membranaire extracorporelle. Le développement d’un ventilateur liquidien par l’équipe Inolivent a ouvert une nouvelle voie thérapeutique en rendant possible l’utilisation de la ventilation liquidienne totale (VLT) qui utilise un perfluorocarbone liquide afin d’assurer les échanges gazeux tout en effectuant un lavage pulmonaire thérapeutique. En 2011, l’équipe Inolivent a montré la supériorité de la VLT pour retirer le méconium et assurer les échanges gazeux de façon plus efficace que le traitement contrôle, le lavage thérapeutique avec une solution diluée de surfactant exogène (S-LBA). À ce jour, il n’a jamais été montré la possibilité de ramener des agneaux en respiration spontanée au décours d’une VLT pour le traitement d’un SAM sévère. Les objectifs de cette étude sont i) montrer la possibilité de ramener des agneaux nouveau-nés en respiration spontanée sans aide respiratoire après le traitement d’un SAM sévère par VLT, ii) comparer l’efficacité avec le lavage par S-LBA. Méthodes : 12 agneaux nouveau-nés anesthésiés et curarisés ont été instrumentés chirurgicalement. Après l’induction d’un SAM sévère, les agneaux ont subi un lavage pulmonaire thérapeutique soit par VLT (n = 6) ou par S-LBA (n = 6). Les agneaux ont été sevrés de toute ventilation mécanique et suivit en respiration spontanée durant 36 h. Résultats : Il est possible de ramener en respiration spontanée des agneaux nouveau-nés traités par VLT pour le traitement d’un SAM sévère. Le temps nécessaire au sevrage de la ventilation mécanique conventionelle a été plus court chez le groupe S-LBA. Conclusion : Notre étude met en lumière pour la première fois connue à ce jour, la possibilité de ramener en respiration spontanée des agneaux nouveau-nés suivant une VLT dans le traitement d’un SAM sévère. Ces résultats très importants ouvrent la voie à des études sur l’utilisation de la VLT dans le traitement de détresses respiratoires aigües.

La ventilation liquidienne totale (VLT) consiste à remplir les poumons d'un liquide perfluorocarbone (PFC). Un respirateur liquidien assure la ventilation par un renouvellement cyclique de volume courant de PFC oxygéné et à température contrôlée. Ayant une capacité thermique volumique 1665 fois plus élevée que l'air, le poumon rempli de PFC devient un échangeur de chaleur performant avec la circulation pulmonaire. La température du PFC inspiré permet ainsi de contrôler la température artérielle, et par le fait même, le refroidissement des organes et des tissus. Des résultats récents d'expérimentations animales sur petits animaux ont démontré que le refroidissement ultra-rapide par VLT hypothermisante (VLTh) avait d'importants effets neuroprotecteurs et cardioprotecteurs. Induire rapidement et efficacement une hypothermie chez un patient par VLTh est une technique émergente qui suscite de grands espoirs thérapeutiques. Par contre, aucun dispositif approuvé pour la clinique n'est disponible et aucun résultat de VLTh sur humain n'est encore disponible. Le problème se situe dans le fait de contrôler la température du PFC inspiré de façon optimale pour induire une hypothermie chez l'humain tout en s'assurant que la température cardiaque reste supérieure à 30 °C pour éviter tout risque d'arythmie. Cette thèse présente le développement d'un modèle thermique paramétrique d'un sujet en VLTh complètement lié à la physiologie. Aux fins de validation du modèle sur des ovins pédiatriques et adultes, le prototype de respirateur liquidien Inolivent pour nouveau-né a dû être reconçu et adapté pour ventiler de plus gros animaux. Pour arriver à contrôler de façon optimale la température du PFC inspiré, un algorithme de commande optimale sous-contraintes a été développé. Après la validation du modèle thermique du nouveau-né à l'adulte par expérimentations animales, celui-ci a été projeté à l'humain. Afin de réduire le temps de calcul, un passage du modèle thermique en temps continu vers un modèle discret cycle-par-cycle a été effectué. À l'aide de la commande optimale et du développement numérique d'un profil de ventilation liquidienne chez des patients humains, des simulations d'induction d'hypothermie par VLTh ont pu être réalisées. La validation expérimentale du modèle thermique sur ovins nouveau-nés (5 kg), juvéniles (22 kg) et adultes (61 kg) a montré que celui-ci permettait de prédire les températures artérielles systémiques, du retour veineux et rectales. La projection à l'humain a permis de démontrer qu'il est possible de contrôler la température du PFC de façon optimale en boucle ouverte si le débit cardiaque et le volume mort thermique sont connus. S'ils ne peuvent être mesurés, la commande optimale pour le pire cas peut être calculée rendant l'induction d'hypothermie par VLTh sécuritaire pour tous les patients, mais diminuant quelque peu les vitesses de refroidissement.

La formation de liaisons C-C constitue un sujet de recherche primordial en chimie organique. Parmitoutes les techniques existantes, la métathèse d’oléfines a constitué une véritable révolution, notamment grâceau développement de catalyseurs efficaces et tolérants vis-à-vis de bon nombre de groupements fonctionnels.Cette réaction a été envisagée ici sur trois cibles d’intérêt biologique : la diospongine A, la nhatrangine A et leberkeleyamide A.De nombreuses molécules naturelles bioactives appartiennent aux familles des 1,7-diarylheptanoïdes et1,9-diarylnonanoïdes. Issue de la première, la diospongine A a dévoilé des propriétés anti-ostéoporotiquesprometteuses. A l’inverse, aucun produit naturel 1,8-diaryloctanoïde n’a encore été rapporté. Désireux d’étudier lapotentielle activité de tels composés, plusieurs séries d’homologues de la diospongine A ont été synthétisées,impliquant la formation d’intermédiaires tétrahydropyraniques communs par cyclisation de Prins, suivi d’uneséquence métathèse croisée / oxydation de Wacker, permettant ainsi l’introduction de la diversité chimique.La nhatrangine A, récemment isolée de la cyanobactérie Lyngbya majuscula, a montré une potentielleactivité contre la lignée cancéreuse CoL-2. Aucune synthèse n’ayant encore été rapportée, quatre déconnectionsont ici été envisagées, impliquant respectivement une métathèse cyclisante, une métathèse croisée, une additionde Michael énantiosélective organocatalysée ou encore une alkylation diastéréosélective selon Myers commeétape clé. Toutes ces approches ont en commun l’utilisation d’une réaction de trans aldolisation. Un intermédiaireavancé a ainsi pu être synthétisé.Le berkeleyamide A, isolé du champignon Penicillium rubrum, est une molécule possédant une activitéinhibitrice micromolaire des enzymes MMP-3 et caspases-1, impliquées notamment dans la croissance descellules cancéreuses. Trois synthèses de ce composé sont déjà décrites dans la littérature, toutes démarrant dupool chiral. Deux approches « rétron » sont ici proposées, impliquant notamment une allylation diastéréosélectived’imine, une métathèse croisée et une cyclisation de type Heck. Le squelette carboné de la molécule a ainsi étéobtenu. / C-C bond formation constitutes a key research field of organic chemistry. Among all existing techniques, olefinmetathesis turned out to be a revolution, especially since efficient and functional groups tolerant catalysts havebeen developed. Herein, the application of this reaction has been considered to three targets of biological interest:diospongin A, nhatrangin A and berkeleyamide A.Numerous bioactive natural products belong to 1,7-diarylheptanoïd or 1,9-diarylnonanoïd families.Springing from the first one, diospongin A revealed promising anti-osteoporotic properties. Conversely, no naturalproduct from 1,8-diaryloctanoïds has been reported to date. Willing to study the potential activity of suchcompounds, several diospongin A homologues series have been synthesized, involving especially a Prinscyclisation for the formation of a common tetrahydropyran scaffold, followed by a cross metathesis / Wackeroxidation sequence, for the introduction of the chemical diversity.Nhatrangin A, recently isolated from the cyanobacteria Lyngbya majuscula, has showed a potentialactivity against the CoL-2 human cancer cell line. As no total synthesis of this molecule has been reported todate, four disconnections have been considered herein, respectively involving a ring closing metathesis, a crossmetathesis, an enantioselective organocatalysed Michael addition or a Myers diastereoselective alkylation as keystep. All these approaches have in common the use of a trans aldol reaction. An advanced intermediate has thusbeen obtained.Berkeleyamide A, isolated from the fungus Penicillium rubrum, possess a micromolar inhibitive activitytoward MMP-3 and caspases-1 enzymes, taking part in particular in cancer cells growth. Three total synthesis ofthis molecule have already been reported, all sharing to start from the chiral pool. Two “retron” approaches havebeen considered herein, involving especially an imine diastereoselective allylation, a cross metathesis and a Hecktype cyclisation. This led to the obtaining of the carbon backbone of the molecule.

Cette thèse décrit un nouvel accès au motif tétrahydrofurane (THF)2,3,5-trisubstitué. Cette stratégie est basée sur une première étape d’addition d’un radical acyle nucléophile sur une oléfine activée de type adduit de Baylis-Hillman,suivie d’une cyclisation réductrice du motif céto-alcool-1,4 ainsi formé. De hauts niveaux de diastéréocontrôles-1,2 et -1,3 ont pu être atteints en utilisant dans ces deux étapes le tris(triméthylsilyl)silane comme agent de transfert d’hydrogène. Cette méthodologie a ensuite été appliquée à la synthèse du fragment THF de la gymnodimine puis à la première synthèse totale d’une molécule naturelle tricyclique : le no.2106A. Dans un dernier temps, l’utilisation d’adduits de type aza-Baylis-Hillman a permis d’accéder efficacement à des homologues azotés telles que les pyrrolidines mais également à des composés bicycliques tels que les indolizidinones ou les pyrrolizidines. / This thesis describes a new access to the 2,3,5-trisubstituted tetrahydrofuran moiety. This strategy includes as a first step an addition of an acylradical on to an activated olefin (Baylis-Hillman adduct), followed by a reductive cyclization of the corresponding 1,4-keto-alcohol. High levels of 1,2- and 1,3-stereocontrol were attained using, in these two steps, tris(trimethylsilyl)silane as an hydrogen transfer agent. This methodology was then applied to the synthesis of the Gymnodimine THF fragment and to the first total synthesis of a tricyclic naturalcompound : no.2106A. Finally, the use of aza-Baylis-Hillman adducts led to an efficient access to nitrogen analogues, including pyrrolidines and bicyclic compounds such as indolizidinones or pyrrolizidines.