Les composés amphiphiles, N-[Iodures de 3-(diméthylamino) propyl]-perfluoroalcanes amides (Fn-AH3-AmI) et Na,Nb-Bis [Iodures de 3-(diméthylamino) propyl]- perfluoroalcanes diamides (Fn(AH3-AmI)2) ont étéobtenus à partir des (di)esters et de la N,N’-diméthyl-3-propylamine puis parquaternisation par l’iodure de méthyle.Le comportement des composés à une tête cationique Fn-AH3-AmI (n = 8,10, 12, 14) en milieu aqueux a été examiné en étudiant l’effet de latempérature T, d’électrolyte KI et d’éthanol, ainsi que l’effet de la longueur etde la nature chimique de la chaîne hydrophobe (perfluorée ouhydrocarbonée) sur les propriétés de surface et d’agrégation. Les composéshydrocarbonés forment des micelles. Micelles et vésicules coexistent dans lecas des homologues fluorés.Les propriétés tensioactives et agrégatives des bolaformes Fn(AH3-AmI)2 (n =6, 8, 10) ont été examinées en fonction de T, KI et de la structure de lachaîne hydrophobe. La formation des agrégats est supposée être associée àla capacité de repliement des bolaformes.Les composés Fn-AH3-AmI et Fn(AH3-AmI)2 sont impliqués dans laformulation de vésicules dont la taille est examinée en fonction de la teneuren co-lipide 1,2-dioléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidyléthanolamine (DOPE). / Amphiphilic compounds N,N,N-trimethyl-(3-N-perfluoroalkylamidopropyl)ammonium iodide (Fn-AH3-AmI) and N1,N12-Bis [3-(trimethylammonium)propyl iodide]- perfluoroalcane diamide (Fn(AH3-AmI)2) are obtained byreaction between (di)esters and 3-N,N-dimethyl-1-propylamine and thenquaternization by methyl iodide.The aqueous solution behaviour of one head compounds Fn-AH3-AmI interms of surface and aggregative properties is examined as a function oftemperature T, KI amount and ethanol, and also by varying their tail length(n = 8, 10, 12, 14) and their hydrocarbon or perfluorocarbon type.Hydrocarbon compounds associate into micelles. Micelles and vesicles cancoexist in the case of the perfluorocarbon homologues.The surface and aggregatives properties of the bolaforms Fn(AH3-AmI)2 (n =6, 8, 10) are also examinated as a function of T, KI and the hydrophobic tailstructure. The aggregate formation is thought to be attributed to the bendingability of the bolaforms.Fn-AH3-AmI and Fn(AH3-AmI)2 compounds are involved in the formulationof vesicles whose size is examinated as a function of the co-lipid 1,2-dioleoylsn-glycero-3-phosphatidylethanolamine (DOPE) amount.

Le développent des biothérapies a connu un essor sans précédent ces dernières années, permettant l'émergence de nombreuses solutions thérapeutiques répondant à de multiples défis en santé humaine et animale afin de lutter contre des maladies héréditaires ou acquises. Parmi ces stratégies, le transfert de gênes revêt un intérêttout particulier, permettant à la fois de réparer des cellules défectueuses en leur apportant une copie saine du gène, ou bien d'activer efficacement le système immunitaire par l'expression d'un antigène d'intérêt thérapeutique. Néanmoins, malgré le développement de nombreux outils de thérapie génique ou d'immunothérapie, de nombreuses limitations persistent à ce jour. Au cours de cette thèse, les résultats obtenus ont permis le développement et l'optimisation d'outils afin d'outrepasser ces limites. Tout d'abord, nous avons pu élucider les mécanismes d'actions du copolymère à blocs 704, une nouvelle classe de vecteurs qui permet d'induire une réponse vaccinale optimale en délivrant de manière directe des acides nucléiques au sein des cellules musculaires et en stimulant des récepteurs à ADN intracellulaires. De plus, ces travaux ont permis de démontrer qu'une nouvelle classe de molécules adjuvantes, les Iipoaminoglycosides, permet de stimuler efficacement le système immunitaire en plus de conduire à la régression de la croissance de tumeurs mammaires murines. Enfin, ces résultats ont pu montrer l'importance de l'assemblage supramoléculaire des lipoplexes sur l'efficacité de transfection afin de développer un vecteur universel pour la délivrance de différentes classes d'acides nucléiques. Dès lors, l'optimisation de la délivrance de macromolécules au sein de cellules et la compréhension de l'interaction entre le système immunitaire! le vecteur I les acides nucléiques nous ont permis d'établir des stratégies afin de développer des formulations spécifiques à chaque application biothérapeutique. / The development 01 biotherapies experienced an unprecedented growth in recent years, allowing the emergence al many therapeutic solutions to many challenges in human and animal health in arder to fight against hereditary or acquired diseases. Among these strategies, gene transfer is of particular interest, making it possible either to repair defective cells by providing them a healthy copy 01 the gene, ar to effectively activate the immune system by expressing an antigen of therapeutic interest. Nevertheless, despite the development of numerous tools for gene therapy or immunotherapy, many limitations persist. During this thesis, the results obtained allowed the development and optimization of tools in order to go beyond these limits. First, we have been able to elucidate the mechanism of action 01 the block copolymer 704, a new class 01 vectors which allows to induce an optimal vaccine response by directly delivering nucleic acids into muscle cells and by stimulating intracellular DNA sensors. Moreover, this work has demonstrated that a new class of adjuvant molecules, lipoaminoglycosides, can stimulate efficiently the immune system in addition to lead to the regression of murine mammary tumors growth. Finally, these results showed the importance of the supramolecular assembly of lipoplexes on the \ransfection efficiency in order to develop a universal vector for the delivery of different classes of nucleic acids. Therefore, the optimization of macromolecules delivery within cells and the understanding of the interaction between the immune system i vector I nucleic acids allowed us to establish strategies in order to develop specific formulations tor each biotherapeutic applications.

Les lipides cationiques sont des molécules amphiphiles chargées positivement et couramment utilisées comme vecteur de transfection tant in vitro qu'in vivo avec une bonne efficacité. Cependant, la transfection in vivo par voie intraveineuse à l'aide de complexes lipides cationiques/ADN (lipoplexes) induit une réponse inflammatoire, attribuée à la présence de séquences CpG dans les plasmides transportés, et qui limite l'efficacité de transfection des complexes. Il a été montré dans notre laboratoire que la pré-injection de liposomes de diC14-amidine, un lipide cationique mis au point dans notre laboratoire, avant l'injection des lipoplexes diC14-amidine/ADN permettait d'augmenter l'efficacité de transfection tout en diminuant la production de TNF-¦Á dans le sérum [Elouahabi et al., 2003b]. Ce résultat suggérait une nouvelle propriété anti-inflammatoire de la diC14-amidine dans le cas d'une inflammation causée par les lipoplexes de diC14-amidine/ADN. Dans le présent travail, nous d¨¦montrons que les macrophages de la rate sont les principales cellules productrices de TNF-¦Á suite à l'injection intraveineuse des lipoplexes à des souris. Ces mêmes cellules sont également la principale cible des liposomes de diC14-amidine après injection intraveineuse. Nous avons dès lors centré notre étude sur ce type cellulaire, en utilisant une lignée établie de macrophages murins. Nos résultats ont permis de confirmer la capacité des liposomes de diC14-amidine à inhiber la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires induites par des séquences CpG, des lipopolysaccharides ou des poly(I :C). Fait intéressant, la présence de sérum est indispensable à la propriété anti-inflammatoire des liposomes de diC14-amidine. Par fractionnement successifs des composants du sérum, nous avons pu montrer que seuls les phospholipides des lipoprotéines pouvaient conférer cette propriété aux liposomes de diC14-amidine.

Précédemment, il a été démontré au laboratoire qu’une vaccination des souris avec des lipopolyplexes (LPR) contenant l’ARNm de l’antigène de mélanome MART1 permet d’induire la formation de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques et de retarder le développement de mélanomes B16F10 et de métastases pulmonaires. Les LPR sont des complexes ternaires constitués d’ARNm, d’un polymère cationique histidylé et de liposomes cationiques histidylés. L’objectif de ma thèse était d’améliorer cette vaccination antitumorale en développant de nouveaux liposomes capables de cibler les cellules dendritiques (DC). Le ciblage a été réalisé en incorporant un glycolipide mannosylé aux liposomes afin de favoriser leur reconnaissance par le récepteur mannose. A partir de ces liposomes, des formulations de complexes ternaires à base d’ADN (LPD mannosylés ou Man11-LPD100) ou à base d’ARN (LPR mannosylés ou Man11- LPR100) ont été mis au point. Les résultats montrent que : in vitro les formulations Man11-LPD100 sont mieux internalisés et transfectent plus efficacement les DC que les LPD100 non mannosylés. Les formulations Man11-LPR100 transfectent avec une plus grande efficacité les DC par rapport aux Man11- LPD100. Par ailleurs, une forte réduction de la toxicité des formulations a été obtenue en dialysant les liposomes. Il est également possible de conserver les formulations sous forme déshydratée. Une imagerie par scintigraphie effectuée chez la souris a permis de constater que 9% des LPD sont captés dans la rate après une injection IV. Nous avons mis en évidence après un isolement de DC spléniques que les formulations Man11-LPR100 transfectent 4 fois plus de DC que les LPR non manosylés. Enfin, l’immunisation des souris avec Man11-LPR100 contenant l’ARNm MART1 permet une vaccination plus efficace contre la tumeur B16F10 et une meilleure survie. En conclusion, les LPR Man11-LPD100 sont de bons vecteurs pour cibler et transfecter les DC spléniques avec l’ARNm d’un antigène tumoral et pour induire la réponse immune contre les cellules tumorales. / Previously, it has been demonstrated that mice vaccination with lipopolyplexes (LPR) containing melanoma antigen MART1 mRNA can induce the generation of specific cytotoxic T cells and delay B16F10 melanoma growth and lung metastases. LPR are ternary complexes consisting of mRNA, a histidylated cationic polymer and histidylated cationic liposomes. The objective of my thesis was to enhance this antitumor vaccination through the development of new liposomes that can target specifically dendritic cells (DC). The targeting of DC was achieved by incorporating a mannosylated glycolipid within liposomes to enhance their recognition by the mannose receptor. From these liposomes, formulations based ternary complexes of DNA (mannosylated-LPD or Man11-LPD100) or formulations based on mRNA (mannosylated LPR or Man11 LPR100) were developed. The results show that formulations made with Man11-LPD100 are better internalized and transfect efficiently DC than LPD100. Man11 LPR100 transfect with greater efficiency DC compared to DNA based formulation (Man11-LPD100). Furthermore, a strong reduction of the toxicity of LPD was obtained by liposomes dialysis. It is also possible to preserve their activity by freeze-drying. Mice scintigraphy revealed that 9% of LPD are captured in the spleen following IV injection. We demonstrated after isolation of splenic DC that Man11-LPR100 transfect DC 4 times more than LPR100. Finally, immunization of mice with Man11-LPR100 containing mRNA MART1 allows a more effective vaccination against B16F10 tumor and a better mice survival than non-mannosylated ones. In conclusion, Man11-LPR100 are promising vectors to target and transfect splenic DC with a tumor antigen mRNA aiming to an induction of an immune response against tumor cells.

Les molécules amphiphiles sont dotées de propriétés d’auto-organisation en solution, conduisant à une grande variété de structures que l’on peut moduler en ajustant des paramètres moléculaires. Nous nous intéressons en particulier à des amphiphiles cationiques, dont nous faisons varier la nature du contre-ion. L’utilisation de contre-ions chiraux alanine à ainsi permis de conduire à l’apparition de structures supramoléculaires chirales, dont nous avons cherché à comprendre et contrôler la formation. Des contre-ion peptidique ont également été confinés à la surface d’assemblage des ces amphiphiles, induisant des structures secondaires particulières et la formation de structures chirales elles aussi remarquables. / Abstract

Au cours de ce travail nous nous sommes intéressés à la caractérisation de nanoparticules magnétiques anioniques et cationiques en électrophorèse capillaire (CE). Dans le cadre de l'analyse de particules cationiques, différentes stratégies de modification du capillaire ont été envisagées de sorte à supprimer les phénomènes d'adsorption et ainsi permettre une mesure précise de la mobilité électrophorétique de ces particules. Il a été montré l'influence de différents paramètres inhérents au choix de l'électrolyte de séparation, dont la force ionique, la nature et la concentration des co-ions et contre-ions ainsi que le pH, sur la mobilité et la dispersion électrophorétique des particules. Une séparation en taille a été obtenue pour des populations de particules de maghémite dont les diamètres moyens (< 10 nm) diffèrent de seulement 2 nm et expliquée à la lumière des théories d'Overbeek-Booth qui tiennent compte de l'effet de relaxation. Une caractérisation précise de la charge de surface de particules cœur/coquille bifonctionnalisées amino-PEG a également été réalisée sur des populations de particules de taille uniforme (~ 40 nm), et corrélée à un taux de greffage effectif. Enfin un protocole de mesure du coefficient de diffusion collectif des particules a été développé, basé sur la théorie de la dispersion de Taylor, permettant de (i) distinguer des populations de particules dont les diamètres moyens (< 10 nm) diffèrent de seulement 2 nm, (ii) mettre en évidence l'existence d'interactions répulsives de nature électrostatique entre particules de même signe de charge, (iii) quantifier ces interactions en fonction de la force ionique du milieu de dispersion. Ces nouvelles méthodes de caractérisation à la fois simples et rapides devraient s'avérer cruciales pour l'optimisation de la conception de nanoparticules fonctionnalisées destinées à des applications biomédicales.

La recherche de vecteurs non viraux pour la thérapie génique est un domaine très développé. Les systèmes cationiques montrent une forte efficacité de transfection in vitro, mais cette activité est considérablement diminuée in vivo car les complexes ADN/vecteur, du fait de leur charge globale positive, sont rapidement éliminés de la circulation sanguine. Les lipopolythiourées sont des systèmes non cationiques qui représentent une alternative aux lipides cationiques: ils permettent de réduire de moitié l'élimination précoce après une injection intraveineuse. Dans ce mémoire est décrite la synthèse d'une famille de seize lipopolythiourées dont la structure repose sur une tête polaire branchée à deux motifs thiourée. Ces lipides présentent une grande diversité au niveau de l'ancre hydrophobe, de l'espaceur, du répartiteur et des terminaisons. L'évaluation de cette famille a été réalisée de façon systématique et la recherche du mécanisme d'action a été entreprise. Ces études ont permis la mise au point de lipopolythiourées d'une formulation facile et possédant un pouvoir transfectant du même ordre de grandeur que celui des lipides cationiques.

La simplification des séquences réactionnelles traditionnelles pour l’obtention d’une molécule cible par la mise au point de nouvelles stratégies est d’une importance cruciale en synthèse organique moderne, à l’heure où l’accent est mis sur le développement de procédés innovants toujours plus directs, rapides et respectueux de l’environnement permettant l’assemblage d’architectures moléculaires complexes à partir de substrats de départ nettement plus simples. Dans ce contexte, différentes stratégies ont émergé, au cours des dernières décennies, comme alternatives de choix à l’approche traditionnelle qui consiste à construire une molécule complexe pas à pas, par une succession d’étapes de synthèse impliquant généralement la création d’une seule nouvelle liaison. Parmi les différentes stratégies développées, les domaines de la fonctionnalisation directe de liaisons carbone – hydrogène et des réactions en cascade constituent tous deux des alternatives particulièrement attrayantes et puissantes puisqu’ils permettent respectivement d’éviter la pré-fonctionnalisation chronophage des substrats de départ et la création d’une multitude de nouvelles liaisons en une seule opération. C’est dans ce cadre général que se sont inscrits les travaux que nous avons réalisés au cours de cette thèse et qui nous ont permis de développer deux nouveaux procédés de fonctionnalisation directe centrés sur l’alcynylation et l’alkylation de liaisons C-H d’arènes ainsi que le développement d’une nouvelle réaction en cascade permettant la polycyclisation cationique d’alcynes substitués par un atome d’azote conduisant rapidement à des composés polycycliques azotés structurellement complexes. Ces différentes réactions fournissent un accès rapide à des composés d’importance en synthèse organique ou en chimie médicinale tout en permettant de raccourcir les voies de synthèse traditionnelles conduisant à ces molécules organiques. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Synthèse de nouveaux WPU (waterborne polyurethane) cationiques à partir du caoutchouc naturel (NR), et évaluation de leurs propriétés adhésives pour des surfaces de type cuir. Ces WPU ont été obtenus par réaction du caoutchouc liquide hydroxy téléchélique (HTNR), de toluene-2,4-diisocyanate (TDI), N-methyl diethanol amine (NMDEA, en tant qu’émulsifiant) et d’éthylène glycol (EG, extenseur de chaîne). Ces structures biosourcés sont développés comme alternatives aux WPU issus des ressources fossiles à fort impact environnemental. Les effets de cinq paramètres ont été étudiés, à savoir la quantité d'émulsifiant (de 0 à 2,25 mole), celle d’éthylène glycol (de 0 à 3 moles), le Mn du HTNR (de 100 à 3000 g/mole), l'indice NCO (de 100 à 150) et le taux d’époxydation des HTNR précurseurs (de 0 à 30%). Il a été en outre démontré que la stabilité des dispersions aqueuses pour les formulations optimales dépassait les 10 mois. La géométrie des particules dispersées a été étudiée, démontrant un aspect sphérique et une taille à l'échelle nanométrique. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés pour évaluer les propriétés adhésives optimales sur bandes de cuir (Mn, pourcentage d’'époxyde). Des tests standard (Peel test et Lap Shear test) ont été utilisés et les valeurs obtenues comparées avec celles issus de formulations adhésives commerciales avec ou sans solvants. Au bilan, une formulation optimale a été déterminée (Mn = 3000 g/mole, LR epoxydation = 10%, NMDEA 5.67%wt, NCO index de 100 et 1 mole d’EG) avec cuisson préalable des systèmes à 70°C. Ce WPU a montré une force d’'adhésion supérieure à toutes les formulations commerciales testées. / Novel cationic waterborne polyurethane (cWPU) based on natural rubber (NR) have been prepared by the polymerization reaction of hydroxyl telechelic natural rubber (HTNR), toluene-2,4-diisocyanate (TDI), N-methyl diethanol amine (NMDEA, as emulsifier), and ethylene glycol (EG, chain extender). The polyol structures have been developed as alternative to produce cWPUs derived from a renewable resource. The effects of five parameters were studied – amount of NMDEA (0 – 2.25 mole), amount of EG (0 – 3 mole), molecular weight of HTNR (~1000 – 3000 g/mole), NCO index (100 – 150), and epoxide content on eHTNR soft segment (0 – 30%). The appearance of cWPU dispersion was milky-blue with long shelf life time, more than 10 months. Particle of prepared cWPU were spherical shape in the nano range size. The adhesive properties of cWPUs on the real leather surface, taking into account of the different molecular weights of HTNR and different degree of epoxide content on HTNR, were tested by lap shear test and 180 degree peel test and compared with commercial adhesives. Overall, to balance the stability and adhesive strength, the best conditions for preparing cWPU adhesive for leather application in this study was from the composition of HTNR3000 with epoxide content of 10%, NMDEA 5.67%wt, NCO index of 100 and 1 mole of EG. in condition of curing at 70 °C. In comparison to non-solvent based and solvent based commercial adhesives, the adhesive strengths of these synthesized cWPU adhesive were superior.

La mucoviscidose est une maladie monogénique, caractérisée par des mutations survenant au niveau du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator). Le clonage en 1989 du gène CFTR a permis d’envisager de traiter cette maladie par thérapie génique. Cela consiste à transférer à l’aide d’un vecteur, une version normale du gène CFTR dans les cellules atteintes des patients. En raison de la gravité des complications pulmonaires, c’est l’épithélium respiratoire qui constitue aujourd’hui le tissu cible pour le transfert de gènes. Le principe de la thérapie génique est évidemment très séduisant et un certain nombre d’essais cliniques ont d’ores et déjà été réalisés. La thérapie génique nécessite des outils de vectorisation efficaces et compatibles avec une utilisation répétée en clinique.Mon sujet de thèse a porté donc sur le développement, la biodistribution et l’optimisation de vecteurs synthétiques (lipides cationiques) pour le transfert de gènes dans l’épithélium respiratoire. Au cours de mes travaux, nous avons donc pu mettre au point des lipophosphoramidates KLN47 fluorescents utiles pour les études de biodistribution in vivo. Comparés au KLN47 non fluorescent, ces nouveaux composés présentent les mêmes propriétés physicochimiques, à savoir une taille relativement petite et un potentiel zêta positif. Sur lignées cellulaires, nous avons montré que les nouvelles formulations étaient aussi efficaces que le KLN47, et pas ou peu toxiques. Ensuite, sur modèle animal, les profils de biodistribution de lipoplexes pégylés et non-pégylés ont été comparés après injection systémique. Les profils de biodistribution des lipoplexes pégylés et non-pégylés étaient similaires, cependant, la pégylation des complexes a conduit à une circulation prolongée dans la circulation sanguine, alors que l’expression du transgène (luciférase) était équivalente dans les deux cas. De plus, l’activité luciférase était similaire à celle obtenue avec le KLN47 non fluorescent. Nous avons ainsi démontré que l’ajout des sondes lipidiques fluorescentes dans la solution liposomale du KLN47, ne modifie pas ses propriétés physicochimiques et transfectantes. L’ensemble des résultats montre que nous disposons d’outils prometteurs pour les études de biodistribution in vivo. D’autres molécules ont également été testées avec succès. / Cystic fibrosis is a monogenic disease characterized by mutations occurring at the CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) gene. The clonining in 1989 of the CFTR gene has enabled to consider treating this disease by gene therapy. This consists of transferring a normal version of the CFTR gene in the affected patients’ cells, using a vector. Due to the severity of pulmonary complications, it is obvious that the respiratory epithelium constitutes the target tissue for the gene transfer. The principle of gene therapy is indeed very attractive and a number of clinical trials have already been made. Gene therapy requires vectorization tools that are efficient and compatible with repeated clinical use.My thesis has focused on the development, biodistribution and optimization of synthetic vectors (cationic lipids) for gene transfer in the respiratory epithelium. During my work, we were able to develop useful fluorescent KLN47 lipophosphoramidates for in vivo biodistribution studies. Compared to non fluorescent KLN47, these new compounds exhibit the same physicochemical properties: a relatively small size and a positive zeta potential. On cell lines, we found that the new formulations were as effective as the KLN47, with little or no toxicity. Then, in animal models, the biodistribution profiles of pegylated and non-pegylated lipoplexes were compared after systemic injection. The biodistribution profiles of pegylated and non-pegylated lipoplexes were similar. However, the pegylation of the complex resulted in prolonged circulation in the bloodstream, whereas transgene expression (luciferase) was equivalent in both cases. In addition, luciferase activity was similar to that obtained with the non-fluorescent KLN47. We have demonstrated that the addition of fluorescent lipid probes in the liposomal solution KLN47, does not change its physicochemical and transfectant properties. The overall results show that we have promising tools for in vivo biodistribution studies. Other molecules have also been tested successfully.