Ce travail a pour objet l'obtention et la caractérisation de nouveaux copolymères amphiphiles et d'hydrogels à hydrophilie contrôlée, à partir de polymères naturels, avec comme utilisations potentielles la vectorisation de principes actifs. En conséquence, il est donc nécessaire que les polymères utilisés pour l'obtention de ces architectures répondent à un certain nombre de contraintes, notamment être non-toxiques, biocompatibles et biodégradables. Pour ces raisons, on retient le plus souvent comme matériaux de départ des polymères naturels, en particulier les polysaccharides. Quelques polymères synthétiques répondent aussi à ces contraintes, telle que la polycaprolactone. Ainsi, le matériau de base utilisé dans ce travail est l'amidon sur lequel a été greffé soit la poly (ε-caprolactone), soit une chaîne grasse. La thèse est structurée en cinq chapitres consacrés d'une part au greffage de structures hydrophobes sur l'amidon et la formation d'hydrogels à hydrophobie modulable, d'autre part à la vectorisation de la lévofloxacine par ces composés. La première partie traite du greffage de la polycaprolactone sur l'amidon par "click chemistry" (CuAAC) entre l'amidon fonctionnalisé par des fonctions alcynes et des polycaprolactones à fonction azoture en bout de chaîne, ces dernières étant préalablement obtenues par POC de la caprolactone. Les réactions de CuAAC ont été effectuées non seulement selon les protocoles habituels, mais aussi par micro ondes. Par ailleurs, l'amidon a aussi été hydrophobisé par les méthodes usuelles d'estérification par une chaîne grasse via le chlorure de l'acide palmitoique. Les produits ainsi obtenus ont été caractérisés par RMN, IR, XPS et leur comportement dans différents solvants (solubilité, gonflement) a été étudié. Une seconde partie est consacrée à l'élaboration d'hydrogels à base d'amidon et d'amidon modifié avec des chaînes d'acides gras et de PCL par réticulation avec l'acide citrique. Afin d'atteindre les objectifs, une stratégie multifactorielle expérimentale avec deux variables indépendantes a été utilisée. La modélisation mathématique des données expérimentales permet de remonter aux paramètres physico-chimiques pertinents, montre les effets de synergie et établit les conditions d'optimisation. Une dernière partie a permis d'évaluer les cinétiques de libération de la lévofloxacine, un antibiotique de dernière génération, par les hydrogels obtenus. Les matériaux obtenus ont montré des propriétés de libération contrôlée potentiellement intéressantes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont été évalués par la publication de trois articles et par dissémination des résultats au six conférences internationales.

Utilisation de nanoparticules pour délivrer des protéines dans les épithéliums respiratoires. Caractérisation des mécanismes impliquésL'administration de médicaments par les voies respiratoires humaines est un domaine de la recherche en pleine expansion. Un effort croissant est porté sur le développement de systèmes innovants capables d'échapper aux mécanismes de clairance des voies respiratoires, d'améliorer la biodisponibilité des molécules d'intérêt, leur absorption dans la muqueuse et leur efficacité thérapeutique. Dans ce contexte, le but de ce travail était d'évaluer le potentiel de nanoparticules polysaccharidiques cationiques et poreuses (NP+) comme vecteurs de protéines à travers les voies respiratoires humaines. Les NP+ sont utilisées avec succès in vivo, comme vecteurs mucosaux dans de nombreuses applications telles que la vaccination, l'allergie, la thérapie anticancéreuse et la délivrance de molécules thérapeutiques. Cependant, les mécanismes d'interaction de ces nanoparticules avec les cellules épithéliales des voies respiratoires sont peu connus. Nous avons étudié l'endocytose, l'exocytose et la localisation intracellulaire de ces nanoparticules dans des cellules épithéliales bronchiques humaines. Leur toxicité a été évaluée sur ces cellules et plus particulièrement leur cytotoxicité et leur génotoxicité. Enfin, nous avons étudié et caractérisé les mécanismes de délivrance intracellulaire de protéines par ces nanoparticules et l'influence de leur composition interne sur ces mécanismes. Nos travaux montrent une endocytose rapide des NP+ par la voie des clathrines, ainsi qu'une importante exocytose par des mécanismes dépendant du cholestérol. Elles sont localisées dans les vésicules de clathrines, les endosomes précoces et pas dans les endosomes tardifs, ni dans les lysosomes. De manière ces nanoparticules s'associent quantitativement aux protéines et augmentent leur délivrance intracellulaire, tout en les protégeant de l'hydrolyse enzymatique à pH physiologique. De plus, la présence de lipides anioniques dans leur structure interne influence significativement les mécanismes d'interactions avec les cellules et de délivrance intracellulaire de protéines. Enfin, les études de toxicité ne montrent aucune cytotoxicité ni génotoxicité à des concentrations < 326 µg/cm2. Ces concentrations sont toutefois très élevées et difficilement atteignables in vivo. En conclusion, les NP+ ne sont pas toxiques sur les cellules épithéliales des voies respiratoires, elles interagissant fortement avec celles-ci et augmentent significativement la délivrance de protéines. Ce travail souligne l'intérêt de développer ce type de nanoparticules pour la délivrance de molécules d'intérêt pharmaceutique à travers les voies respiratoires humaines.

Responsable d'environ 30000 décès/an en France, le cancer du poumon est un problème de santé publique majeur. Un des enjeux actuels est d'adapter le traitement du cancer du poumon pour proposer des thérapeutiques ciblées plus efficaces et moins agressives. Les inhibiteurs de l'activité tyrosine kinase du récepteur de l'EGF (EGFR-TKI, gefitinib et erlotinib) constituent un réel progrès pour le traitement des cancers du poumon. Cependant, des mécanismes de résistance ont été décrits et des traitements combinés de thérapies ciblées avec des EGFR-TKI pourraient permettre de surmonter les résistances dans les cancers du poumon.Dans ce contexte, nous avons étudié les mécanismes impliqués dans la résistance à ces traitements. Nous montrons que l'activation de la voie de signalisation PI3K/AKT joue un rôle majeur dans la résistance aux EGFR-TKI, en inhibant l'apoptose par des mécanismes dépendant de l'acétylation. Les histones déacétylases (HDACs) et les sirtuines interviennent dans ces mécanismes de résistance, en modulant l'activation de la voie PI3K/AKT et l'apoptose. Ainsi l'utilisation d'inhibiteurs des HDACs (HDACi) et des sirtuines permettent de restaurer la sensibilité aux EGFR-TKI. Ces résultats confirment l'intérêt thérapeutique de l'association EGFR-TKI/HDACi et montrent le potentiel thérapeutique d'associer des inhibiteurs de l'EGFR et de la voie PI3K/AKT pour contourner la résistance aux EGFR-TKI.Les molécules thérapeutiques doivent atteindre spécifiquement le site tumoral, nécessitant parfois de les protéger contre leur dégradation, de réduire leurs effets indésirables, et de contrôler leur libération dans le temps et l'espace, à l'aide de transporteurs. Ainsi dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons évalué les capacités de ciblage des tumeurs pulmonaires de nanoparticules à base de copolymère amphiphile, contenant une partie polysaccharidique hydrophile (le hyaluronane) et une partie polypeptidique hydrophobe (le poly(γ‐benzyl L‐glutamate, PBLG). Nos travaux mettent en évidence la capacité de ciblage tumoral de ces nanoparticules injectées par voie intraveineuse, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives thérapeutiques. Notre objectif est de charger les combinaisons de traitements EGFR-TKI/HDACi que nous avons identifiées dans ces vecteurs, afin de traiter les tumeurs pulmonaires résistantes aux EGFR-TKI. / Responsible of 30000 deaths each year in France, lung cancer is a major public health problem. One of the current challenges is to adapt the treatment of lung cancer to offer more effective and less aggressive targeted therapies. EGFR tyrosine kinase inhibitors (EGFR-TKI, gefitinib and erlotinib) represent a real progress in lung cancer therapy. However resistance mechanisms have been described and combination of targeted therapy with EGFR-TKI could overcome resistance in lung cancer.In this context, we studied mechanisms involved in resistance to EGFR-TKI. We show that PI3K/AKT activation is a major pathway leading to EGFR-TKI resistance leading to apoptosis inhibition through acetylation-dependent mechanisms. Histone deacetylase (HADCs) and sirtuin are involved in these mechanisms and modulate PI3K/AKT activation and apoptosis. The use of HDACs inhibitors (HDACi) and sirtuins inhibitors thus restores the sensitivity to EGFR-TKI. Altogether these results confirm the therapeutic effect of the EGFR-TKI/HDACi combination and show the therapeutic potential of the association of EGFR and PI3K/AKT inhibitors to overcome EGFR-TKI resistance.Therapeutic molecules must specifically reach the tumor site, sometimes requiring to protect them against degradation, to reduce their side effects, and to control their release in time and space, using transporters. In the second part of this thesis, we have thus evaluated the lung tumors targeting capabilities of amphiphilic copolymer-based nanoparticles, containing an hydrophilic polysaccharidic block (hyaluronan) and an hydrophobic polypeptidic block (the poly(γ‐benzyl L‐glutamate PBLG). Our work highlights the tumor targeting capability of these nanoparticles injected intravenously, offering new lung cancer therapy perspectives. Our aim is to load the drugs combination (EGFR-TKI/HDACi) in these vectors, to treat the lung tumors resistant to EGFR-TKI.

De nombreux obstacles freinent le développement d'un vaccin efficace contre le VIH. Pour franchir ces barrières, le recours aux adjuvants est une option prometteuse. Dans ce contexte, l'objectif de ce doctorat est l'évaluation de combinaisons de ligands de PRR et de particules biodégradables pour la vaccination muqueuse. La première partie de l'étude vise à analyser la valeur ajoutée de molécules hybrides composée de deux ligands de PRR comparée à la co-administration des deux agonistes. Des molécules stimulant TLR7 et TLR2 puis TLR7 et NOD2 ont été évaluées. Nous avons démontré l'intérêt de l'association de ligands de PRR au sein d'une même molécule, pour l'induction de réponses immunitaires systémiques et muqueuses. Des études récentes ont montré l'intérêt d'agonistes de STING comme adjuvant vaccinaux. Nous avons étudié l'induction de réponses immunitaires par les agonistes de STING, administrés par voie parentérale ou muqueuse. Nous avons démontré le fort potentiel de ligands de STING pour l'induction de réponses cellulaires et muqueuses. Lors de ces études, nous avons démontré que l'intérêt de la vectorisation d'agonistes de PRR dépend de la molécule. En effet, bien que la vectorisation d'une molécule hybride TLR7/TLR2 n'ait pas d'impact sur la réponse immunitaire induite, la vectorisation d'agonistes de STING potentialise leur effet immunostimulant. Pour finir, nous avons montré que la voie d'administration a un impact sur la réponse immunitaire induite. Afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu, une étude de biodistribution des formulations de NP de PLA après administration par voie systémique ou muqueuse a été réalisée / There are many barriers to the development an effective HIV vaccine. The use of adjuvants is a promising option to overcome these obstacles. In this context, the objective of this PhD is the evaluation of combinations of PRR ligands and biodegradable particles for mucosal vaccination.The first part of this study aimed at assessing the added value of hybrid molecules composed of two PRR ligands compared to the co-administration of the two agonists. TLR7 and TLR2 stimulating molecules followed by TLR7 and NOD2 were evaluated. We demonstrated the interest of the association of PRR ligands within the same molecule for the induction of systemic and mucosal immune responses.Recent studies showed the interest of STING agonists as a vaccine adjuvant. We investigated the induction of immune responses by STING agonists administered parenterally or mucosally. We confirmed the strong potential of STING ligands for the induction of cellular and mucosal responses.In these studies, we demonstrated that the interest of vectorization of PRR agonists depends on the molecule. Indeed, although the encapsulation of a TLR7/TLR2 hybrid molecule has no impact on the induced immune response, the vectorization of STING agonists potentiates their immunostimulatory effect.Finally, we showed that the route of administration has an impact on the immune response induced. In order to better understand the mechanisms involved, a biodistribution study of PLA NP formulations after systemic or mucosal administration was performed

Électroporation (EP) est une technique utilisée pour affecter l’intégrité des membranes cellulaires de plasma et/ou organites internes, conséquence de l’application d’un champ électrique d’énergie suffisante, dépendant de son intensité et sa durée. Il a été montré in- directement par de nombreuses études expérimentales et in-silico que ce phénomène résulte de la perméabilisation de la membrane par la formation pores aqueux. L’EP permet ainsi la vectorisation de molécules normalement non perméantes. Les applications de l’EP vont de l’électrochimiothérapie, à la vaccination à ADN. Les impulsions électriques utilisées dans l’EP sont classées en deux familles: Les msPEF dont la longueur des impulsions est de l’ordre de la microseconde et l’amplitude de l’ordre de quelques kV/cm. Ils affectent principalement la membrane cellulaire plasmique. Les nsPEFs d’intensité de MV/m de durée de l’ordre de la nanoseconde, ceux eux sont capables de perméabiliser organites internes ainsi que la membrane plasmique et présentent l’avantage d’éviter les effets thermiques indésirables. Les simulations de dynamique moléculaire (DM) qui permettent la description atomique, de la structure de la membrane et de son interaction avec la solution environnante, constituent un appui précieux aux résultats expérimentaux. Plusieurs études utilisant la DM été consacrées à décrire certains des aspects de l’EP (par exemple la formation de pores, leur évolution, le rôle de l’eau et des groupes de tête lipidiques, ...) néanmoins des questions en suspens restent inexplorées : • Comment la composition de la membrane affecte le seuil d’EP ? • Quelles sont la morphologie, la taille et la conductance des pores formés ? • Quels sont le mécanisme et l’échelle de temps de translocation de petites molécules à travers ces électropores ? • Y-a-t-il une différence notoire entre les effets des msPEFs et des nsPEFs ? Dans le cadre de ce travail, en utilisant des simulations de DM nous avons abordé ces questions pertinentes. Nous avons quantifié le seuil d’EP de bicouches lipidiques contenant des concentrations croissantes de cholestérol utilisant des protocoles qui miment les deux modes types de pulses nsPEFs et msPEFs. Les résultats obtenus indiquent que dans les deux cas les modèles de membranes à concentration en cholestérol croissante, nécessitent un voltage transmembranaire plus élevé pour perméabiliser la bicouche lipidique. Nous avons développé une procédure, mimant l’effet des msPEFs en adéquation avec les expériences, qui permet de stabiliser les voltages appliqués à la membrane suffisamment longtemps pour déterminer la dimension des pores, leur conductance et sélectivité ionique. Nous avons utilisé le même protocole pour étudier le transport de petites molécules chargées, utilisés dans l’administration de médicaments, et comparé nos résultats avec des études similaires menées dans des conditions nsPEFs. Nous avons montré que le transport assisté par EP a lieu dans la même échelle de temps (ns) que sous nsPEFs. Bien que les nsPEF ont l’avantage d’affecter les membranes cellulaires et celles des organites internes, la possibilité d’exploiter de telles impulsions pour la vectorisation de médicaments est encore en cours d’étude, car la capacité à fournir de manière fiable à des échantillons «biologiques» ces impulsions intenses ultra-courtes n’est pas trivial. Une attention particulière doit être accordée à la conception de micro-chambres afin de réaliser un dispositif à large bande passante afin de transmettre sans atténuation et distorsion les pulses ns, qui sont caractérisés par une grandes composante spectrale, jusqu’à GHz. Une partie importante de cette thèse mené en cotutelle, a été consacrée à la conception théorique (utilisant la Méthode des éléments Finis) d’un dispositif d’exposition, basé sur des systèmes de propagations de micro-ondes, capable de délivrer des impulsions aussi courtes que la ns avec des temps de monté et de chute de 0,5 ns / Electroporation (EP) is a technique used to affect the integrity of plasma cell membranes and/or internal organelles, consequence of the application of an external pulsed electric field of sufficient energy content, tuned by its strength and duration. It is proven by extensive indirect experimental and in silico evidences that this phenomenon results in the permeabilization of membrane structures by aqueous pores, allowing the transport of poorly- or non-permeant molecules, e.g. salts, ions, genetic material, and any other small solutes present. Applications of the techniques range from electrochemoterapy DNA vaccination and gene regulation. The electric pulses used in EP are categorized in two main families: msPEF, the length of the pulses is in the µs- ms scale and the amplitude in the order of kV/cm, their effect takes place mainly at the plasma cell membrane of cells; nsPEFs, higher magnitude (MV/m) over ns time scale, they act are able to permeabilize internal organelles as well as the plasma cell membrane, presenting the advantage of avoiding undesired thermal effects. Molecular dynamics simulations allow the microscopic description, with atomic resolution, of the membrane structure and its interaction with the surrounding solution, providing a substantial support to experimental findings. A considerable amount of work have been devoted to describe some of the aspects of EP using MD, (e.g. the pore formation, its evolution and reseal, the role of water and of lipid headgroups, …) nevertheless outstanding questions remain unexplored: • How does the composition of the bilayer affect the EP threshold? • What are the morphology, size and conductance of pores formed? • What are the mechanisms and time scales of translocation of small molecules through the electropores? • Is there any difference when modeling nsPEFs and msPEFs? As part of the present work, using MD simulations and comparing our results to other findings from our group, we addressed some relevant questions. We quantified the EP threshold of libid bilayes for the increasing concentration of cholesterol (0, 20, 30, 50 mol %) when the two protocol to model nsPEFs and msPEFs are exploited. The results obtained applying the two approaches indicate that in both cases an increase in cholesterol concentration requires a higher transmembrane voltage to porate the membrane bilayer. We developed a procedure, mimicking msPEFs, to stabilize electropores under different transmembrane voltages in mechanical condition similar to experiments for a time long enough to determine the pore dimension, its conductance and selectivity to ion species. We employed the same method to investigate the transport of small charged molecules, used in drug delivery, comparing our findings with similar studies conducted under nsPEFs conditions with the attempt to rationalize the molecular uptake. Interestingly we found that that the dynamic of the transport process takes place in the same time scale (nanosecond) that for nsPEFs. Despite the fact that nsPEFs have the advantage to affect both cell membranes and internal organelles and to further reduce thermal effects, the possibility to exploit nsPEFs for drug delivery is an ongoing research since the ability to reliably deliver to biological loads these ultra-short intense pulses is not trivial. Particular attention must be paid in the design of microchambers to realize a broadband devices to transmit without attenuation and distortion nsPEF, which exhibit large spectral components, i.e. spanning from MHz up to GHz. An important part of the current work has been devoted to the design (with Finite Element Method) of an exposure device, based on microwave propagating systems, able to deliver pulses down to 1 ns with rise and fall time of 0.5 ns

Dans l’optique de développer de nouveaux agents bio-inspirés pour la détection et/ou le traitement des cellules cancéreuses, nos travaux se sont tournés vers la synthèse de macromolécules peptidiques complexes ayant la capacité de reconnaître les cellules tumorales. Ces travaux visent à développer des molécules permettant de cibler des particularités cellulaires présentes sur les cellules tumorales dans le but d’obtenir un traitement personnalisé via une vectorisation active permettant une augmentation de l'efficacité thérapeutique et une réduction intrinsèque de la toxicité du traitement. Pour cela, ces biomolécules doivent posséder à la fois un site de reconnaissance pour la liaison avec des protéines présentes à la surface de la cellule cible et un ou plusieurs éléments utilisés pour détecter et/ou détruire la cible. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant des propriétés conformationnelles particulières. Plusieurs approches ont été envisagées. La première a consisté à rechercher de nouveaux ligands de récepteurs tumoraux en s'inspirant du domaine de reconnaissance d'un anticorps monoclonal thérapeutique. Dans ce contexte, nous avons proposé la conception de mimes du Rituximab ciblant l'antigène CD20 utilisé dans le traitement des lymphomes Non-Hodgkinien. Dans la seconde approche, nous avons développé des vecteurs destinés à des applications d'imagerie tumorale. Pour cela, des châssis multivalents présentant des ligands peptidiques RGD ciblant l'intégrine alpha-v-beta-3 ont été conjugués avec différents agents de détection puis évalués par des techniques d'imagerie telles que la TEP, la TEMP et l’imagerie optique. Toujours dans un but de diagnostic des cellules tumorales, nous nous sommes par la suite tournés vers l’application à la capture cellulaire. Pour cela, une surface d’or à été modifiée via la formation d’une monocouche organisée SAM (« Self-assembled monolayer ») présentant des cyclodextrines. Un gabarit peptidique adéquat a ainsi permis la capture et le relargage sélectif de cellules tumorales mesurées par la technique de microbalance à quartz. Ces mêmes vecteurs, validés pour le diagnostic ont par la suite été couplés à des peptides cytotoxiques issus d’une protéine pro-apoptotique « Bax ». Enfin, une dernière partie a été consacrée à la recherche de nouveaux composés comportant plusieurs éléments de ciblage tumoraux. Ces molécules présentent deux ligands de ciblage des récepteurs surexprimés sur la membrane et peuvent ainsi permettre une meilleure sélectivité vis-à-vis des tissus tumoraux. / In order to develop new agents for cancer diagnosis and treatment, our work aims to synthesize complex peptide macromolecules that are able to specifically recognize cancer cells. Our goal is to increase the therapeutic efficiency and reduce the toxicity of currently available drugs using "targeted strategies". In this context, we designed sophisticated macromolecules encompassing a cell recognition domain and one or several components used to detect and/or destroy the target. This system was prepared starting from a cyclodecapeptidic scaffold presenting particular conformational properties. Different approaches were considered. First of all our work was to investigate new tumor receptor ligands based on the recognition domain of a therapeutics monoclonal antibody. We proposed the design of Rituximab mimics which targets the CD20 antigen used for the treatment of Non-Hodgkin lymphoma. In a second approach, we prepared new vectors for tumor imaging. For this purpose, multivalent scaffolds containing RGD peptide that targets alpha-v-beta-3 integrin were combined with several detection elements and evaluated by using PET, SPECT and optical imaging techniques. We also used this peptide vector for the selective cell capture and release from flowing suspensions, using a gold surface modified with a cyclodextrin-containing self-assembled monolayer (SAM). A scaffold containing ferrocenyl and -RGD- ligands permitted the selective capture and release of tumor cells. This experiment was monitored by QCM-D. This vector has been next grafted to a cytotoxic peptide that was discovered from a pro-apoptotic protein named “Bax”. Finally, we designed new molecules which include an additional ligand for the cell’s surface to increase the selectivity and the affinity of tumor tissue.

Les nano-objets ou nanoparticules sont des systèmes de taille nanométrique. Dans le domaine de l’oncologie, ils sont capables de transporter des agents anticancéreux et/ou des macromolécules comme des gènes ou des protéines, de sorte qu’ils s’accumulent préférentiellement dans le tissu tumoral. Ainsi, les nanoparticules ont pour but de diminuer la quantité de principe actif libre dans l’organisme, responsable de toxicités. Elles permettent en clinique d’améliorer la balance bénéfice/risque des agents de chimiothérapies conventionnels. Ce sont de véritables plateformes qui permettent de s’affranchir de certains excipients toxiques contenus dans la formulation du paclitaxel (Cremophor El). Ainsi, au cours de ce travail nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux nanoparticules d’or (Au-NP) produites par ablation laser femtoseconde. Nous avons ainsi caractérisé ces Au-NP sur le plan physico-chimique et biologique, et mis en évidence leur internalisation et leur innocuité. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l’efficacité pharmacologique de conjugués dendron-paclitaxel sur des cultures cellulaires 2D et 3D et mis en avant la libération prolongée intracellulaire du paclitaxel et son effet retard. Compte-tenu des propriétés observées, ces nanoparticules sont de bons candidats pour un futur développement. En effet, la liaison de ces deux nanostructures entre elles permettra l’obtention d’un nano-objet aux propriétés de théranostiques. / Nano-objects or nanoparticles can be readily fabricated with their size being controlled typically in the range of 1–100 nm. In the field of oncology, they can be used for drug delivery, as their composition/structure may be engineered to load anticancer drugs, macromolecules or proteins. Indeed, the delivery of anticancer drugs through a nanoparticle-based platform offers many attractive features. Nanoparticle-based drugs are synthetized to significantly improve the benefit/risk ratio of conventional chemotherapeutics. They allow overcoming some toxic excipients in the formulation of paclitaxel (Cremophor El). In this work, we first studied the physico-chemical and biological properties of Au-NPs synthetized by femtosecond laser ablation and we investigated their safety and cellular uptake. Second, we evaluated the anticancer activity of dendron-paclitaxel conjugates in 2D and 3D cell cultures and showed a delayed effect of this new formulation. Based on these results, the studied nanoparticles are good candidates for future development. By combining the two nano-objects, we will obtain nanoparticles with theranostic properties.

Cette thèse traite du développement de nanoparticules d'imagerie multimodale vectorisées pour détecter spécifiquement des dépôts amyloïdes ou certains récepteurs cellulaires. Ces nanoparticules, dénommées AGuIX (Activation et Guidage de l'Irradiation par rayonnement X), sont composées d'un squelette de polysiloxane fonctionnalisées par des chélates de DOTAGA(Gd3+). Une fois marquées par un fluorophore organique ou des radioisotopes, ces Nps permettent de combiner jusqu'à trois techniques d'imagerie : l'IRM, qui présente une excellente résolution spatiale, et la scintigraphie et l'imagerie optique qui présentent toutes deux une excellente sensibilité. De par leur diamètre hydrodynamique inférieur à 5 nm, ces Nps sont efficacement éliminées par voie rénale et les différents tests in vivo réalisés n'ont pas révélé de toxicité de ces objets. Ainsi, les Nps AGuIX sont particulièrement indiquées dans le cadre d'un diagnostic précis et précoce de différentes pathologies. L'objectif de la thèse consiste donc à greffer à la surface de ces Nps des vecteurs ciblants (i) les fibres amyloïdes ; (ii) les récepteurs asialoglycoprotéines des cellules hépatocytes du foie. Selon la nature du vecteur à greffer (i.e. molécule organique, peptide, fragment d'anticorps, …) différentes stratégies ont été mises en place. Nous avons donc dans un premier temps optimisé les synthèses des Nps vectorisées, pour ensuite évaluer leur affinité pour leurs cibles respectives in vitro et/ou in vivo / The goal of this PhD is to develop multimodal imaging nanoparticles vectorized for the detection of amyloid deposit or specific cells receptors. These Nps, called AGuIX (Activation and Guidance of XRay Irradiation) are composed of a polysiloxane network surrounded by DOTAGA(Gd3+) chelates. One labeled with an organic dye or a radioisotope, these Nps could combine three imaging techniques such as MRI, known for its outstanding spatial resolution, and optical imaging and scintigraphy, known for their strong sensitivity. Thanks to their hydrodynamic diameter below 5 nm, they are efficiently eliminated from the body though renal clearance. Thus, these Nps are particularly indicated for earlier and more accurate diagnosis of a wide range of pathologies. To target amyloid deposits or asialoglycoproteins receptors we optimized the grafting several ligands (i.e. small molecules, peptides, antibody fragments, …). Then, we evaluated their affinity of their respective targets in vitro and/or in vivo

Bien penser la structuration de données est primordial pour obtenir de hautes performances, alors que les processeurs actuels perdent un temps considérable à attendre la complétion de transactions mémoires. En particulier les localités spatiales et temporelles de données doivent être optimisées.Cependant, les transformations de structures de données ne sont pas proprement explorées par les compilateurs, en raison de la difficulté que pose l'évaluation de performance des transformations potentielles. De plus,l'optimisation des structures de données est chronophage, sujette à erreur etles transformations à considérer sont trop nombreuses pour être implémentées à la main dans l'optique de trouver une version de code efficace.On propose de guider les programmeurs à travers le processus de restructuration de données grace à un retour utilisateur approfondi, tout d'abord en donnant une description multidimensionnelle de la structure de donnée initiale, faite par une analyse de traces mémoire issues du binaire de l'application de l'utilisateur, dans le but de localiser des problèmes de stride au niveau instruction, indépendemment du langage d'entrée. On choisit de focaliser notre étude sur les transformations de structure de données, traduisibles dans un formalisme proche du C pour favoriser la compréhension de l'utilisateur, que l'on applique et évalue sur deux cas d'étude qui sont des applications réelles,à savoir une simulation d'ondes cardiaques et une simulation de chromodynamique quantique sur réseau, avec différents jeux d'entrées. La prédiction de performance de différentes transformations est conforme à 5% près aux versions réécrites à la main. / Careful data layout design is crucial for achieving high performance, as nowadays processors waste a considerable amount of time being stalled by memory transactions, and in particular spacial and temporal locality have to be optimized. However, data layout transformations is an area left largely unexplored by state-of-the-art compilers, due to the difficulty to evaluate the possible performance gains of transformations. Moreover, optimizing data layout is time-consuming, error-prone, and layout transformations are too numerous tobe experimented by hand in hope to discover a high performance version. We propose to guide application programmers through data layout restructuring with an extensive feedback, firstly by providing a comprehensive multidimensional description of the initial layout, built via analysis of memory traces collected from the application binary textit {in fine} aiming at pinpointing problematic strides at the instruction level, independently of theinput language. We choose to focus on layout transformations,translatable to C-formalism to aid user understanding, that we apply and assesson case study composed of two representative multithreaded real-lifeapplications, a cardiac wave simulation and lattice QCD simulation, with different inputs and parameters. The performance prediction of different transformations matches (within 5%) with hand-optimized layout code.

Les polymersomes sont des vésicules dont la membrane est formée d'une bicouche de polymères amphiphiles. Les polymersomes dits stimulables sont particulièrement étudiés de nos jours pour leurs propriétés de relargage contrôlé. Ces propriétés peuvent être ajustées simplement en variant la nature chimique du polymère constituant la membrane vésiculaire.Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à des polymersomes originaux, assemblés à partir de copolymères cristaux liquides. Ces copolymères comprennent un bloc cristal liquide hydrophobe et un bloc poly(ethylene glycol) (PEG) hydrophile. Les cristaux liquides sont des entités particulièrement intéressantes pour leur capacité d'auto-assemblage et leurs réponses aux stimuli physiques tels la température, les champs magnétiques et la lumière.Plusieurs types de polymersomes basés sur des copolymères cristaux liquides ont été étudiés en température et en champ magnétique. L'effet thermique est drastique, perturbant totalement la morphologie vésiculaire au dessus d’une température critique. Différents hybrides de nanoparticules d’oxyde de fer et de polymères cristaux liquides ont aussi été examinés dans le but d’induire un chauffage local par hyperthermie magnétique.Enfin, nous décrivons la synthèse de copolymères amphiphiles cristaux liquides biodégradables incluant des motifs cholesterol. L'auto-assemblage de ces molécules en milieu aqueux a permis la formation de nanoparticules bien définies et prometteuses pour des applications de relargage en milieu biologique. / Polymersomes are vesicles whose bilayer is made of amphiphilic polymers. Stimuli responsive polymersomes are nowadays increasingly studied for their encapsulation properties and ability to release their content upon stimulation. Such smart polymersomes can be designed by using appropriate responsive building blocks.In the present study, we were interested in studying thermoresponsive and biodegradable polymersomes made of liquid crystalline (LC) amphiphilic copolymers. LC polymers represent here the hydrophobic block while the hydrophilic block consists in poly(ethylene glycol) (PEG). LC polymers are very good self-assocative building blocks and are intrinsically responsive to physical stimuli such as temperature, light and magnetic fields.We report here the investigation of temperature effects on liquid crystalline and non liquid crystalline polymersomes. Temperature was shown to alter dramatically LC polymersomes morphology above a critical thermal threshold. Hybrid colloids made of iron oxide nanoparticles and amphiphilic liquid crystalline copolymers were also studied with the aim of applying a magnetically induced local heating.Finally, we designed biodegradable liquid crystalline copolymers based on cholesterol. Their self assembly in water gave access to very well defined nanoparticles that could be promising for bioapplications.