La découverte et l’exploration des réactions bio-orthogonales pour le marquage spécifique d’entités biologiques est un défi majeur à portée de main depuis une dizaine d’années. Une variété de réactions bio-orthogonales a récemment été décrite, parmi lesquelles : les réactions de Diels-Alder entre des alcynes ou alcènes tendus et des tétrazines ou encore les cycloadditions entre alcynes tendus et azotures (SPAAC). Ces réactions biocompatibles sont aujourd’hui parmi les plus utilisées pour les applications de marquages in vivo ou in vitro. Récemment notre groupe et le groupe du Pr. Chin ont identifié une nouvelle réaction bio-orthogonale impliquant une sydnone et un alcyne tendu et conduisant à la formation d’un adduit pyrazole. Cette réaction a été nommée SPSAC par analogie à la réaction SPAAC.Le but de ces travaux de thèse a été, dans un premier temps, d’améliorer la cinétique de la réaction de SPSAC en incorporant différents substituants sur le noyau sydnone, de façon a montrer l’intérêt de cette réaction pour des applications en bioconjugaison en comparaison avec la réaction de SPAAC.Dans une deuxième partie et avec l’objectif de pousser plus loin le développement de cette réaction pour des applications en bioconjugaison, nous avons synthétisé des sondes sydnones pro-fluorescentes i.e. qui deviennent fluorescentes suite la réaction de SPSAC avec un alcyne tendu. La sonde la plus prometteuse a été utilisée pour effectuer le marquage sur gel d’une protéine modèle dans des milieux biologiques.Enfin les derniers travaux de cette thèse ont permis d’étendre les applications de la SPSAC à la chimie des matériaux. Une méthodologie de synthèse de sydnones tricycliques hautement conjuguées a été développée. Ces sydnones conduisent par réaction avec des diynes ou des arynes à des structures chirales complexes aux propriétés optiques intéressantes. / The discovery and exploration of bio-orthogonal reactions for the specific labeling of biological entities is a major challenge. Up to now, a variety of bio-orthogonal reactions have been described, including the Diels-Alder reaction between strained alkynes or alkenes and tetrazines or the Strain Promoted Azide-Alkyne Cycloaddition (SPAAC). These “click reactions” are today the most popular tools for in vivo or in vitro chemical modifications of complex biomolecules.Recently, our group and Pr. Chin’s group have identified a new bio-orthogonal reaction involving sydnones and strained alkynes and leading to the formation of pyrazole adducts. This reaction, very similar to the SPAAC, was coined SPSAC for Strain Promoted Sydnone-Alkyne Cycloaddition.The aim of this PhD thesis was first to improve the kinetic properties of the SPSAC by incorporating various substituents on the sydnone ring in order to demonstrate the interest of using this reaction for bioconjugation applications.To extend the potential of this reaction for bio-labelling applications, we then investigated the synthesis of fluorogenic sydnone probes, i.e. sydnones that would emit fluorescence upon reaction with a strain alkyne. The most promising probe was involved in the fast fluorogenic labelling of a protein in a biological medium. This work is described in the second part of the manuscript.Finally, during the last part of my PhD, we extended the application of SPSAC to the field of material science. We developed a methodology enabling a straightforward access to highly conjugated tricycle sydnones. These sydnones, lead to complex chiral structures with interesting optical properties upon reaction with diynes or arynes.

Depuis quelques décennies, l’étude de systèmes biologiques complexes est un domaine en plein essor. Ainsi, des outils de ligation des biomolécules avec des reporters chimiques ont été mis en place afin d’avoir une compréhension toujours fine du vivant. Les ligations sont des réactions chimiques biocompatibles permettant de lier deux entités synthétiques ou biologiques entre elles. On regroupe généralement ces ligations en deux catégories, les réactions de bioconjuguaison, qui font intervenir des fonctions chimiques naturellement présentes dans les biomolécules, et les réactions bio-orthogonales qui n’interfèrent pas avec les fonctions chimiques présentes dans ces milieux, mais nécessitent en amont une modification des partenaires de réaction. Cependant, il convient de faire la distinction avec une troisième catégorie, les réactions de conjugaison chimiosélectives, qui mettent en oeuvre des fonctions non naturellement présentes sur les biomolécules. En ce sens, elles se rapprochent donc des réactions bio-orthogonales, mais les fonctions ou conditions mises en jeu ne sont pas suffisamment bio-orthogonales ou les réactions ne sont pas suffisamment rapides pour pouvoir être réalisées dans les systèmes biologiques. Ces ligations sont toutefois très utilisées pour de la construction biomoléculaire allant de la petite molécule (par exemple oligopeptide modifié) à la biomacromolécule (type protéine modifiée) et se distinguent par une facilité de mise en oeuvre et purification des conjugués, ce qui n’est pas toujours réa lisable avec l’arsenal des réactions bio-orthogonales qui conduisent à la formation de multiple isomères. Ainsi, mes travaux de thèse se sont orientés vers la découverte et/ou l’étude de ligations chimiosélectives ainsi qu’à leur utilisation dans la préparation de sondes fluorescentes voire fluorogéniques. L’étude de la ligation Kondrat’eva préalablement développée au sein du laboratoire, a permis de mettre en évidence son caractère fluorogénique, et a été exploitée pour le marquage fluorescent de molécules via une étape unique de ligation fluorogénique. Puis, le développement d’une ligation utilisant le système tétrazine/pyrazolone a été développée afin de pallier le manque de sélectivité des réactions basées sur le motif tétrazine proposées jusqu’alors, qui conduisent aux bioconjugués sous la forme d’un mélange de produits. Cette approche a été illustrée par le marquage fluorescent d’une protéine humaine. Enfin, le développement d’une nouvelle voie d’accès aux quinoxalinones a permis leur étude photophysique et la mise en évidence de propriétés fluorogéniques utilisées notamment pour la synthèse d’une biosonde. / In recent decades, the study of complex biological systems has been a growing field. Thus, biomolecules ligation tools with chemical reporters were set up in order to have a better and fine understanding of the living. Ligations are biocompatible chemical reactions that link two synthetic or biological entities one antother. These ligations are generally gathered into two categories, bioconjugation reactions, using chemical functions naturally present in the biomolecules, and bio-orthogonal reactions which does not interfere with these function, but require a prior engineering of the biological partner. However, it is necessary to distinguish a third category, the chemoselective conjugation reactions, which implement functions not naturally present on biomolecules. In this sense, they are therefore closer to bio-orthogonal reactions, but the functions or conditions involved are not sufficiently bioorthogonal or the reactions are not fast enough to be carried out in any biological systems. These ligations are, however, widely used for biomolecular constructions ranging from the small molecule (for example modified oligopeptides) to the biomacromolecule (protein modification) and are distinguished by their ease of implementation and purification of the conjugates, which is not always feasible with the arsenal of bio-orthogonal reactions that leads to the formation of multiple isomers. Thus, my PhD work focused on the discovery and / or the study of chemoselective ligations as well as their use in the preparation of fluorescent or fluorogenic probes. The study of the Kondrat'eva ligation previously developed within the laboratory, highlighted its fluorogenic behaviour, and was exploited for the fluorescent labelling of molecules through a single fluorescence-ligation step. Then, the development of a ligation using the tetrazine / pyrazolone system was developed in order to overcome the lack of selectivity of the reactions based on the tetrazine scaffold which often lead to the formation of bioconjugates as a mixture of isomers. This approach has been illustrated by the fluorescent labelling of a human protein. Finally, the development of a new access route to quinoxalinones allowed to study their photophysical properties and to highlight their fluorogenic properties which were leveraged in particular for the synthesi s of a bioprobe.

L’adénosine est une molécule dotée d’un fort potentiel thérapeutique, mais présentant néanmoins un temps de demi-vie plasmatique extrêmement court qui limite de manière sérieuse son efficacité. Comme présenté dans l’introduction bibliographique de cette thèse, cette difficulté peut être surmontée grâce à l’utilisation de systèmes de délivrance de médicaments à base de lipides. L’adénosine peut en effet être soit encapsulée dans des liposomes, soit simplement couplée à un lipide. Parmi les « lipidizations » de l’adénosine, la « squalénisation », notamment, a favorablement modifié la biodistribution de cette substance active. Cette technique consiste à coupler l’adénosine à une molécule lipophile dérivée du squalène, générant ainsi des bioconjugués ayant la capacité de s’auto-assembler spontanément en milieu aqueux sous forme de nanoparticules d’une centaine de nanomètres de diamètre. L’injection de ces nanoparticules d’adénosine-squalène (AdSQ) par voie intraveineuse a donné des résultats très prometteurs pour le traitement de l’ischémie cérébrale et du traumatisme de la moëlle épinière. Ainsi, l’objectif de cette thèse a consisté à faire progresser le développement pré-clinique de ces nanomédicaments suivant deux axes principaux: l’étude du mécanisme d’action et l’amélioration de la formulation.De ce fait, le premier chapitre de cette thèse présente les résultats obtenus lors de l’étude in vitro du mécanisme d’action des nanoparticules d’AdSQ. Les travaux ont montré que ces nanoparticules d’AdSQ n’interagissaient pas directement avec les récepteurs à l’adénosine, mais formaient un réservoir intracellulaire d’adénosine. En effet, après internalisation, le bioconjugué d’AdSQ est clivé pour libérer l’adénosine. Celle-ci finit par être effluée par les cellules vers le milieu extracellulaire, où elle peut ainsi activer les récepteurs spécifiques situés au niveau des membranes des cellules avoisinantes. Après étude du mécanisme, l’amélioration de la formulation de ces nanoparticules a été explorée et décrite dans le deuxième chapitre. Les efforts ont été principalement concentrés sur la lyophilisation de la suspension nanoparticulaire, afin de proposer une formulation stable dans le temps et facile d’utilisation dans le cadre médical. Les conditions utilisées ont abouti au bon maintien des propriétés physico-chimiques des nanoparticules et l’obtention de solutions injectables sans risque chez l’animal. Dans son ensemble, ce travail de thèse a permis d’élargir les perspectives d’application des nanoparticules d’AdSQ grâce à une meilleure compréhension de leur mécanisme d’action ainsi que la mise au point d’une formulation plus adaptée aux besoins cliniques. / Adenosine has a high therapeutic potential but its extremely short half-life in blood seriously impairs its efficacy. As presented in the literature review, this difficulty can be overcome by using lipid-based drug delivery systems. Indeed, adenosine can be encapsulated into liposomes or conjugated to a lipid. In particular, among adenosine « lipidizations », the so-called « squalenoylation » has been shown to enhance adenosine biodistribution. This technique consists in coupling adenosine to a lipophilic squalene derivative, thus generating bioconjugates which are able to spontaneously self-assemble as nanoparticles of 100 nm of diameter in aqueous solution. Intravenous injection of these squalene-adenosine (SQAd) nanoparticles led to highly promising results for the treatment of cerebral ischemia and spinal cord injury. Thus, the aim of this thesis was to push forward the pre-clinical development of these nanomedicines following two main directions: unveiling their mechanism of action and enhancing their formulation.Thereby, the first chapter of this thesis presents the results from in vitro study on SQAd nanoparticles mechanism of action. This work has shown that SQAd nanoparticles did not interact directly with adenosine receptors, but formed an intracellular reservoir of adenosine. Indeed, after internalisation, SQAd bioconjugates acted as prodrugs by releasing free adenosine. This molecule was then efflued out of the cells into the extracellular medium, where it could activate specific membrane receptors on neighbouring cells. After studying the mechanism of action, we explored how to optimize the formulation. Results are described in the second chapter. We focus our efforts on freeze-drying the nanoparticles suspension, in order to offer a stable and easy-to-use formulation. Pre-formulation studies were conducted in order to define the optimal conditions for the preservation of nanoparticles physico-chemical properties and for an easy reconstitution of these nanoparticles suspension which can thus be safely injected intravenously. Overall, this work has widen the field of applications for SQAd nanoparticles thanks to a better understanding of their mechanism of action and the development of a formulation which is more suited to clinical needs.

Le développement des nanoparticules fluorescentes, appelées quantum dots (QDs) est devenu l'un des domaines les plus prometteurs de la science des matériaux. Dans cette étude une procédure de synthèse de QDs a été mise au point, comprenant la synthèse de noyaux ultra-minces de CdSe, la purification de noyau haute performance, le revêtement central avec une coquille épitaxiale en ZnS. Cette approche a permis d’obtenir des QDs d’une taille de 3,7 nm possédant un rendement quantique supérieur à 70%. Les QDs développés ont été utilisés pour concevoir des conjugués de QDs compacts avec les nouveaux dérivés d'acridine, ayant une affinité élevée pour le G-quadruplex des télomères, ainsi que leur effet inhibiteur sur la télomérase, une cible importante du traitement du cancer. Les résultats de cette étude ouvrent la voie à l'ingénierie de nanosondes multifonctionnelles possédant une meilleure pénétration intracellulaire, une plus forte brillance et une stabilité colloïdale plus importante. / Development of the fluorescent nanoparticles referred to as quantum dots (QDs) has become one of the most promising areas of materials sciences. In this study, a procedure of synthesis of QDs, which includes the synthesis of ultrasmall CdSe cores, high-performance purification, core coating with an epitaxial ZnS shell has been developed. This approach has allowed obtaining 3.7-nm QDs with a quantum yield exceeding 70%. The QDs have been used: to engineer compact conjugates of QDs with the novel acridine derivatives, which have a high affinity for the telomere G-quadruplex; to demonstrate their inhibitory effect on telomerase, an important target of anticancer therapy; and to accelerate transmembrane penetration of ultrasmall QDs into cancer cells while retaining a high brightness and colloidal stability. The results of this study pave the way to the engineering of multifunctional nanoprobes with improved intracellular penetration, brightness, and colloidal stability.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de (co)polymères thermosensibles présentant une fonctionnalité azlactone par polymérisation radicalaire contrôlée RAFT pour l'ancrage de biomolécules. Trois stratégies différentes ont été étudiées. La première stratégie a consisté en la synthèse d'un nouvel agent de transfert permettant d'obtenir des polymères thermosensibles à fonctionnalité azlactone en position . La seconde approche a permis d'introduire la fonctionnalité azlactone en position ω de copolymères thermosensibles via la combinaison de la polymérisation RAFT et de l'addition de Michaël " thiol-ène ". La dernière stratégie a conduit à des copolymères thermosensibles à fonctionnalité azlactone en position latérale par copolymérisation RAFT de la 2-vinyl-4,4-diméthylazlactone avec d'autres monomères. Enfin, la réactivité de ces copolymères thermosensibles pour l'ancrage d'une protéine modèle (lysozyme) a été mise en évidence.

Les protéines modifiées ont suscité un grand intérêt en raison de leur taille extrêmement petite par rapport à l'anticorps entier. Ces petites protéines de liaison ont démontré de nombreux avantages tels qu'une bio distribution rapide, une bonne pénétration dans le tissu tumoral et une élimination rapide du sérum et des tissus non-infectés. Ainsi, ces protéines devraient être d'excellentes alternatives aux anticorps pour les applications cliniques. Cette thèse présente le développement de biocapteurs basés sur des anticorps synthétiques et le transfert d'énergie par résonance de type Förster (FRET) résolu en temps par la détection de biomarqueurs. Les tests immunologiques à base de FRET sont établis en utilisant des complexes de terbium (Tb) comme donneurs de FRET et des boîtes quantiques semi-conducteurs (QDs) comme accepteurs de FRET. Les propriétés photophysiques exceptionnelles de ce couple de FRET Tb-QD permettent une détection quantitative ultrasensible. Des anticorps monocaténaires (single-domain antibody, sdAb) et des petites protéines d’affinité synthétiques (albumin-binding domain-derived affinity protein, ADAPT) sont utilisés pour étudier différentes stratégies de conjugaison d'anticorps, et quantifier des biomarqueurs cliniques (EGFR, HER2). Ce travail peut être considéré comme une condition préalable à l’utilisation des QDs en diagnostic clinique. / Engineered affinity proteins have raised great interest due to their extremely small size compared to full length antibodies. Such small binding proteins have demonstrated many advantages such as quick biodistribution, good penetration into tumor tissue, and fast elimination from serum and nondiseased tissues. Thus, they are expected to be excellent alternatives to antibodies for clinical applications. This thesis focuses on the development of biosensors based on engineered antibodies and time-resolved Förster resonance energy transfer (FRET) through biological recognition of biomarkers. FRET-based immunoassays are established using terbium complexes (Tb) as FRET donors and semiconductor quantum dots (QDs) as FRET acceptors. The exceptional photophysical properties of the Tb-QD FRET pair allow for ultrasensitive quantitative biosensing. Single-domain antibodies (sdAb) and small engineered scaffold antibodies (ADAPT) are used to investigate different antibody-conjugation strategies for quantifying human epidermal growth factor receptors (EGFR, HER2) as clinical biomarkers. This work can be considered as a prerequisite to implementing QDs into applied clinical diagnostics.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de (co)polymères thermosensibles présentant une fonctionnalité azlactone par polymérisation radicalaire contrôlée RAFT pour l’ancrage de biomolécules. Trois stratégies différentes ont été étudiées. La première stratégie a consisté en la synthèse d’un nouvel agent de transfert permettant d’obtenir des polymères thermosensibles à fonctionnalité azlactone en position . La seconde approche a permis d’introduire la fonctionnalité azlactone en position ω de copolymères thermosensibles via la combinaison de la polymérisation RAFT et de l’addition de Michaël « thiol-ène ». La dernière stratégie a conduit à des copolymères thermosensibles à fonctionnalité azlactone en position latérale par copolymérisation RAFT de la 2-vinyl-4,4-diméthylazlactone avec d’autres monomères. Enfin, la réactivité de ces copolymères thermosensibles pour l’ancrage d’une protéine modèle (lysozyme) a été mise en évidence. / The synthesis of well-defined azlactone-functionalized thermoresponsive copolymers was performed using the RAFT polymerization and their interaction with primary amines and proteins was studied. Three different strategies have been developed. The first strategy was based on the synthesis of a novel azlactone-functionalized chain transfer agent which was used to target well defined  azlactone-functionalized thermoresponsive polymers. In the second approach, ω-azlactone-terminated thermoresponsive copolymers were prepared by a combination of RAFT polymerization and “thiol ene” Michaël’s addition. In the last strategy, RAFT copolymerization of 2-vinyl-4,4 dimethylazlactone with other monomers has been performed to target well-defined azlactone functionalized copolymers. Finally, the reactivity of such reactive thermoresponsive copolymers was successfully demonstrated by bioconjugation with a model protein (lysozyme).

Les polyazacycloalcanes sont largement utilisés pour l’élaboration de radiopharmaceutiques destinés à la médecine nucléaire. Ces structures, et plus particulièrement celles dérivées du cyclam, permettent une complexation idéale du cuivre et ainsi une application en imagerie TEP, avec l’utilisation du 64Cu, ou en radiothérapie grâce à l’isotope 67Cu. Le cyclam doit, en plus d’être N-fonctionnalisé par des bras coordinants, disposer d’une fonction supplémentaire permettant la bioconjugaison à une biomolécule pour un ciblage spécifique des cellules cancéreuses. Une première partie de cette thèse a porté sur la synthèse du cyclam monopicolinate C-fonctionnalisé par une fonction de bioconjugaison de type benzyle isothiocyanate. Cette synthèse, basée sur des travaux antérieurs du laboratoire, a nécessité la mise au point d’une méthode d’alkylation régiospécifique du cyclam C-fonctionnalisé par le biais de protections sélectives des atomes d’azote du macrocycle. Le ligand a ensuite été étudié in vitro et in vivo, par nos collaborateurs nantais du CRCINA, pour l’imagerie immuno-TEP du myélome multiple.La seconde partie de ce travail s’est consacrée à l’élaboration d’un dérivé polyfonctionnel du cyclam possédant deux fonctions permettant le ciblage des cellules tumorales. Ce composé a été synthétisé au sein du laboratoire brestois puis étudié, in vitro et in vivo, dans les locaux de la NECSA en Afrique duSud pour l’imagerie TEP du cancer du sein.Ces deux projets ont permis d’obtenir une preuve de concept en imagerie TEP ce qui confirme le potentieldes ligands dérivés de cyclam C-fonctionnalisés pour l’élaboration de radiopharmaceutiques à base de cuivre pour la médecine nucléaire. / Polyazacycloalkanes are wildly used in the conception of radiopharmaceuticals for nuclear medicine. These structures, and especially cyclam derivatives, provide ideal complexation properties of copper, which can be applied in nuclear medicine applications with the 64Cu isotope for PET imaging or with 67Cu for radiotherapy purpose. Cyclams derivatives have to be N-functionalized with coordinative arms, and moreover include an additional function especially introduced for the bioconjugation of a biomolecule in the aim to preferentially target cancer cells.The first project treated in this manuscript consisted of the synthesis of a monopicolinate cyclam C-functionalized with a benzyl isothiocyanate function for the bioconjugation. Based on precedent results obtained in the Lab, a regiospecific alkylation method has been developed for the synthesis of this ligand.This method implies the selective protection and deprotection of the macrocycle nitrogen atoms. This ligand, once obtained, has been studied in vitro and in vivo, by our collaborators of the CRCINA in Nantes, for multiple myeloma immuno-PET imaging.The second project of this work is dedicated to the conception of a radiopharmaceutical based on apolyfunctionnal cyclam which bear two different moieties allowing the targeting of cancer cells. This ligand has been synthesized in our Lab in Brest and studied, in vitro and in vivo, in the South African NECSA company for breast cancer PET imaging.These two projects were elaborated in the aim to obtain a proof of principle in PET imaging and to confirm the high potential of C-funcitonnalized cyclam derivatives for nuclear medicine applications.

La mission centrale de la chimie verte est d'inventer de nouveaux procédés non polluants pour remplacer les technologies peu favorables à l'environnement. L'emploi de métaux de transition relativement non toxiques en quantités catalytiques associés à des ligands chiraux a permis de réaliser une avancée dans le domaine de la synthèse asymétrique. Dans ce travail, nous avons mis en évidence la possibilité de l'utilisation du peroxyde d'hydrogène, un oxydant vert et économique, en association avec des métalloporphyrines hydrosolubles (Fe, Mn) pour effectuer des réactions d'oxydation asymétrique (sulfoxydation, époxydation et hydroxylation). Ces systèmes représentatifs d'un modèle de l'effet " shunt " des enzymes monooxygénases dérivées de la famille cytochrome P450 sont très efficaces. Ils conduisent dans certains cas à des excès énantiomériques élevés (82%). D'autre part, nous avons développé les réactions de transfert de carbènes dans l'eau (insertion N-H et cyclopropanation asymétrique) catalysées par des porphyrines de fer. L'utilisation du fer comme métal a permis de surmonter plusieurs limites souvent rencontrées avec d'autres métaux (Ru, Rh) lors des réactions de transfert de carbènes dans l'eau. Comme application de la réaction d'insertion N-H, nous avons réalisé la bio-conjugaison régiosélective de l'insuline avec une conversion très élevée (90%).

Les systèmes naturels ont montré l'intérêt de la multiplication des interactions pour une cible, permettant d'améliorer l'affinité et de moduler la spécificité de reconnaissance. Il est ainsi important pour des applications biologiques de concevoir des systèmes multivalents et biocompatibles. Le travail entreprit au cours de ce doctorat porte sur le développement de nouvelles méthodologies pour accéder à des systèmes multivalents originaux.Ainsi, nous avons conçu, par synthèse multi-étapes, une nouvelle plate-forme fonctionnalisée, basée sur un châssis α-PNA pour la reconnaissance multivalente d'oligonucléotides. Ce nouveau système peut potentiellement être impliqué dans la reconnaissance sélective multipoint d'ADN.En parallèle, nous avons préparé des clusters multivalents d'iminosucres sur des châssis peptidiques, construits à partir de ligations click sans métaux, pour l'inhibition enzymatique de glycosidases. En effet, des systèmes multivalents ont été récemment développés en tant qu'inhibiteurs de glycosidases. Cependant, leur méthodologie de synthèse repose quasiment exclusivement sur la ligation azoture-alcyne catalysée au cuivre, ce qui limite son application biologique en raison de sa toxicité. Nos travaux ont ainsi conduit à l'identification d'inhibiteurs efficaces d'α-mannosidases par une approche synthétique sans métaux.Dans le contexte de la vectorisation d'oligonucléotides, il existe un besoin de concevoir des systèmes dynamiques qui permettent un relargage contrôlé. Nous avons appliqué une stratégie d'auto-assemblage, par ligation click de type acylhydrazone, pour la génération in situ de clusters biomoléculaires à partir de châssis peptidiques et de ligands d'acides aminés modifiés. Etant donné le caractère dynamique de la ligation qui confère une adaptabilité au système, nous avons démontré que a) la présence d'une cible permet d'assister la formation des clusters par sélection de certains composants et b) l'ADN peut être relargué par échange de ligands. Cette technique efficace et rapide d'auto-assemblage de fragments a ensuite permis de réaliser un criblage pour sonder l'effet de l'architecture et de la valence sur la complexation. Ce projet a finalement conduit à l'identification de vecteurs efficace pour la transfection de siARN sur cellules.Enfin, dans un dernier projet, nous avons exploité diverses techniques orthogonales et chimiosélectives de ligations click dans le but de générer des nanostructures peptidiques. Deux cages ont ainsi été obtenues par la formation de ligations acylhydrazones et thiol-maléimides selon une approche one-pot.En résumé, ces travaux d'ingénierie et d'auto-assemblage de systèmes biomoléculaires multivalent ont permis le développement de méthodes innovantes pour répondre à des besoins d'actualité et permettre la construction de systèmes multivalents destinés à la reconnaissance d'oligonucléotides, la vectorisation et l'inhibition enzymatique. / Natural systems are inspiring in showing that the combination of multiple interactions enables improvement in binding affinity and selectivity for a target. Thus, the design of synthetic and biocompatible multivalent systems is of great importance for biological applications. The work described in this PhD thesis aims at developing novel methodologies for generating functional multivalent systems.In order to engineer multivalent systems for the recognition of oligonucleotides, we elaborated a multi-step synthesis of functionalized α-PNA scaffolds bearing side-groups. This new scaffold can potentially serve for the multi-point sequence-selective recognition of DNA.Multivalent nanoconstructs are emerging tools for enzyme inhibition. In this context, we prepared multivalent clusters of iminosugars – by metal-free click ligations on peptide scaffolds – as candidates for glycosidases inhibition. Although such enzyme inhibitors based on iminosugar clusters were recently reported, their synthesis relies almost exclusively on copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition, which notorious toxicity represents a serious limitation for biological applications. Our approach demonstrates that iminosugar clusters can be prepared in a metal-free fashion and exhibit strong multivalent effects for the inhibition of α-mannosidases. Multivalent biomolecular systems are also candidates for gene delivery application. In this context, the design of dynamic systems is of interest for achieving controlled release. We implemented a self-assembly strategy, using the acylhydrazone click ligation, for the in situ generation of biomolecular clusters starting from peptide scaffolds and modified amino acids building blocks. We showed that, whereas both compounds are ineffective for DNA complexation, the mixed system spontaneously expresses cationic clusters that effectively complex DNA. We further demonstrated that, given the dynamic character of the acylhydrazone ligation, the system is able to a) adapt to the presence of the DNA target by selecting the optimal building blocks for the cluster self-assembly, and b) trigger DNA release by component exchange. This modular and versatile self-assembly approach was further exploited to perform a fragments screening varying molecular structure and valency. Thereby, we identified new and effective vectors for the transfection of siRNA in living cells.The last project described in this manuscript deals with the generation of cage-type peptide nanoconstructs by using a set of orthogonal and chemoselective click ligations. Two cages, based on acylhydrazone ligation on one side and thiol-maleimide on the other, were obtained successfully in one-pot.In summary, this work has led to the development of novel methodologies for the engineering and self-assembly of multivalent biomolecular nanoconstructs for diverse biological applications such as oligonucleotide recognition, delivery and enzyme inhibition.