Les ions métalliques ZnII, CuII et FeIII interagissent avec le peptide b-amyloïde (Ab) dans la maladie d'Alzheimer. Ils participent à la précipitation d'A_ et à sa toxicité via la production d'H2O2. Une stratégie thérapeutique consiste à chélater ces ions métalliques par des ligands hétérocycliques reliés de façon covalente afin d'augmenter leur affinité pour ces ions. Parmi eux, la Cyclo-bi-Phen diminue les plaques amyloïdes de souris transgéniques modélisant la maladie d'Alzheimer. Une nouvelle série a été établie à partir du clioquinol, un ligand quinoléine actif in vitro et in vivo. Plus de 20 dérivés polyquinoléine ont été synthétisés et possèdent une forte affinité pour ZnII et CuII. Des tests in vitro sur Ab en présence d'ions métalliques ont révélé qu'ils inhibent la précipitation d'Ab et la production d'H2O2 par ces systèmes.

Résumé : Grâce à des caractéristiques physiques particulières, le [indice supérieur 64]Cu (T[indice inférieur 1/2]= 12.7 h; β[indice supérieur+], 0.65 MeV [17.8 %]; β[indice supérieur −], 0.58 MeV [38.4 %]) est un candidat idéal pour l’imagerie TEP et la radiothérapie ciblée du cancer. Son utilisation est actuellement limitée par la disponibilité de chélateurs bi-fonctionnels (CBFs) offrant une résistance élevée aux réactions de transmétallation in vivo. Récemment nous avons développés deux nouveaux CBFs cycliques, DOTHA[indice inférieur 2] et NOTHA[indice inférieur 2], portant des ligands hydroxamates pour la complexation au [indice supérieur 64]Cu. Ces CBFs possèdent une cinétique de marquage rapide dans des conditions très douces, une stabilité élevée in vivo et un profil de biodistribution favorable avec une clairance rapide. Nous proposons maintenant d’étendre notre approche à la préparation de CBFs acycliques plus flexibles et compacts afin de moduler les propriétés biologiques et la pharmacocinétique des traceurs peptidiques. Le but de mon projet de maîtrise est de développer une série de chélateurs acycliques dérivés de l'histidine et de l'acide glutamique et fonctionalisés avec des groupements hydroxamates pour identifier un CBF offrant un complexe stable in vivo avec le [indice supérieur 64]Cu(II). Les CBFs ont été préparés en solution pour faciliter l’optimisation de chaque étape réactionnelle. Les groupements chélatants hydroxamates ont été sélectionnés pour leur habilité à former des complexes stables avec différents métaux et ils ont été liés en position N-terminale et sur la chaîne latérale des acides aminés grâce à des réactions de substitution nucléophile. Les groupements para-methoxy-benzyles ont été judicieusement sélectionnés pour la protection des groupements hydroxamates afin de faciliter, au besoin, une déprotection sélective sous des conditions très douces. L’optimisation du marquage a été effectuée avec l’isotope stable du cuivre et ensuite avec le [indice supérieur 64]Cu en faisant varier le contre ion métallique, le pH, la concentration, et la température. Le CBF offrant la plus grande stabilité, soit celui dérivé de l’histidine, a été conjugué à un peptide, le H[indice inférieur 2]N-PEG-[D-Tyr[indice supérieur 6],βAla[indice supérieur 11],Thi[indice supérieur 13],Nle[indice supérieur 14]]bombesin(6-14) (BBN), se liant fortement aux récepteurs de la relâche de la gastrine surexprimés dans les cancers du sein et de la prostate. La stabilité et l’activité spécifique du CBF-histidine et du radiotraceur marqués au [indice supérieur 64]Cu s’est avérée faible in vitro. Il est connu que l’activité antibactérienne de ligands hydroxamates est associée à leur capacité à complexer le fer. En perspective, comme nos chélateurs complexent très fortement le Fe(III), une alternative pour ces composés serait d’évaluer leur capacité à inhiber la croissance et la prolifération des bactéries. || Abstract : Thanks to its particular physical characteristics, [superscript 64]Cu (T[subscript ½= 12.7 h; β[superscript +], 0.65MeV [17.8 %]; β[superscript −], 0.58MeV [38.4 %]) is an ideal candidate for PET imaging and targeted cancer radiotherapy. Currently, its use is limited by the availability of bi-functional chelators (BFCs) which give high resistance to in vivo transmetallation reactions. Recently, we developed two new cyclic BFCs, DOTHA[subscript 2] and NOTHA[subscript 2], bearing hydroxamate pendant arms for the complexation with [superscript 64]Cu. Those BFCs have fast labeling kinetics under very mild conditions, a high in vivo stability and a biodistribution profile which is favorable with a fast clearance. Now, we propose to expand our approach to the preparation of acyclic BFCs, which are more flexible and compact, in order to better modulate biological properties and the pharmacokinetics of the peptidic tracers. The goal of my Master’s degree project is to develop a series of acyclic chelators derived from histidine and glutamic acid and functionalized with hydroxamate pendant arms to identify a BFC that shows highly stable in vivo complexes with [superscript 64]Cu(II). BFCs have been prepared in solution to facilitate the optimization of each reactive step. Hydroxamate chelating groups have been selected for their ability to form stable complexes with different metals and they have been conjugated in N-terminal position and on the lateral chain of amino acids via nucleophilic substitution reactions. Para-methoxy-benzyl groups have been judiciously selected for the protection of the hydroxamate groups to facilitate, if needed, a selective deprotection under mild conditions. The labeling optimization has been performed with a stable copper isotope, and then with [superscript 64]Cu varying the metallic counter-ion, pH, concentration and temperature. The BFC having the highest stability, the one derived from histidine, was conjugated to a peptide, H[subscript 2]N-PEG-[D-Tyr[superscript 6],βAla[superscript 11],Thi[superscript 13],Nle[superscript 14]]bombesin(6-14) (BBN), strongly bounding the gastrin releasing peptide receptor, which is overexpressed in breast and prostate cancers. Both the stability and specific activity of BFC-histidine of the radiotracer labeled with [superscript 64]Cu were low in vitro. It is known that the antibacterial activity of hydroxamate ligands is associated with their ability to complex iron. In perspective, because our hydroxamate ligands strongly complex Fe(III), an alternative for these compounds would be to assess their ability to inhibit the growth and proliferation of bacteria.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Résumé : L’imagerie TEP est une modalité puissante qui permet de suivre d’infimes concentrations de traceurs marqués pour la détection de cancers et d’autres pathologies. Il y a actuellement un intérêt croissant pour le développement de peptides comme outils diagnostiques et de traitement en oncologie. Cet intérêt se justifie entre autres par le fait que les peptides sont tolérants à la présence de chélateurs bifonctionnels ou de groupements prosthétiques pour le marquage avec divers radiométaux (64Cu, T1/2 = 12,7 h, 68Ga, T1/2 = 68 min, etc.) ou le 18F (T1/2 = 109,8 min) sans perte de leur activité biologique. L’objectif des travaux rapportés dans ce document était de développer des outils moléculaires innovateurs et efficaces qui facilitent le marquage de peptides pour l’imagerie TEP. Il s’agit spécifiquement d’un chélateur bifonctionnel et d’une méthode de conjugaison rapide et sélective de groupe prosthétique. Sur un volet, un chélateur bifonctionnel analogue de la lysine avec des ligands méthylhydroxamates a été synthétisé en solution par double bisalkylation. Les résultats préliminaires indiquent une faible chélation avec le Cu(II), mais sont à poursuivre avec les 68Ga et 89Zr. Pour le second volet de radiomarquage au 18F, les procédures synthétiques ont été optimisées en deux étapes, soient le marquage du groupe prothétique et sa conjugaison au peptide. Tout d’abord, des conditions de marquage par une réaction de SNAr en présence de 18F- ont été développées pour donner le groupe prosthétique 18F-thioester nécessaire à la conjugaison. Par la suite, sa conjugaison au peptide par la réaction de ligation chémosélective, ce qui implique trois étapes 1) une transthioestérification favorisée entre les groupements thioester et thiol des segments de peptides; 2) un réarrangement irréversible de l’intermédiaire thioester en N-(oxyalkyl)amide, suivi; 3) du clivage de l’auxiliaire. Par les présents travaux, il a été prouvé que la nouvelle méthodologie en un seul pot réactionnel accélère la réaction et permet le marquage au 18F de peptides non protégés, limitant ainsi les réactions secondaires et le nombre d’étapes après le marquage des peptides. La conjugaison du groupe prothétique à un composé et un peptide modèle se produit en 26-55 min comparativement aux 48 h des conditions originales rapportées. La méthode proposée permet également le marquage de peptides non protégés. Dans le futur, le chélateur bifonctionnel et le groupe prothétique seront conjugués à différents dérivés peptidiques ciblant des récepteurs impliqués dans le cancer et des tests de compétition, de saturation, de biodistribution et d’imagerie µTEP seront effectués. / Abstract : PET is a powerful imaging modality that follows tiny labeled tracer concentrations for the detection of cancer and other pathologies. There currently is a growing interest for the development of peptides as diagnostic and treatment tools in oncology. This interest is justified by the fact that peptides are tolerant to the presence of bifunctionnal chelators or prosthetic groups for labeling with many radiometals (64Cu, T1/2 = 12,7 h, 68Ga, T1/2 = 68 min, etc.) or 18F (T1/2 = 109,8 min), without losing their biological activity. The objective of the work reported in this document was to develop innovative and efficient molecular tools that facilitate peptide labeling for PET imaging. Specifically, they are a bifunctionnal chelator and a fast and selective prosthetic group conjugation method. On the first aspect, a lysine analogue bifunctionnal chelator bearing methylhydroxamate ligands was synthesized in solution through a double bisalkylation. The preliminary results show a weak Cu(II) chelation, but they are to be pushed forward with 68Ga and 89Zr. On the second aspect of 18F radiolabeling, synthetic procedures were optimised for two steps, which are the prosthetic group’s labeling and its conjugation to the peptide. First, the labeling conditions for a SNAr reaction with 18F- were developed, to yield the necessary 18F-thioester prosthetic group. Then, its conjugation to the peptide by the chemical ligation reaction through its three steps 1) a favored transthioesterification between the thioester and thiol peptide segments; 2) an irreversible rearrangement of the thioester intermediate to a N-(oxyalkyl)amide, followed; 3) the auxiliary cleavage. By this work, it has been proven that the new one pot methodology accelerates the reaction and allows the 18F labeling of unprotected peptides, which limits secondary reactions and the number of post peptide labeling steps. The prosthetic group conjugation to both model compound and peptide takes place in 26-55 min, compared to the 48 h initially reported. The proposed method also allows the labeling of unprotected peptides. In the future, the bifunctionnal chelator and the prosthetic group will be conjugated to different peptide derivatives that target cancer implied receptors and competition, saturation, biodistribution and µPET imaging assays will be performed.

Le travail rapporté dans ce mémoire de thèse concerne la synthèse et la caractérisation de nouveaux semi-conducteurs organiques basés sur un coeur bithiophène. Ce travail s'inscrit dans le prolongement de précédents travaux réalisés au laboratoire portant sur des dérivés du type distyryl-oligothiophènes. Au cours de ce travail, plusieurs voies de synthèse ont été développées afin de fonctionnaliser un coeur bithiophène, rigide ou non, avec différents groupements fonctionnels, principalement pour trois types d'applications : (i) la réalisation de transistors à base de couche mince organique (OFETs), (ii) l'élaboration de cellules solaires à partir de composés push-pull et (iii) le développement de capteurs. Le premier chapitre est consacré à la fonctionnalisation du benzo-[2,1-b:3,4-b']dithiophène-4,5-dione soit par des groupements mésogéniques soit par des motifs aminostyryles. L'objectif est la possibilité de préparer des OFETs par la voie liquide et de tirer profit des propriétés cristal liquide pour améliorer les performances électriques. Les propriétés cristal liquides ont été décrites, et les transistors réalisés. Malheureusement aucune mobilité de porteur de charge n'a pu être enregistrée. Dans un deuxième temps, des modifications structurales ont été apportées sur certaine des structures synthétisées afin d'améliorer les propriétés recherchées. Toutefois, au moment de la rédaction de ce manuscrit, les OFETs n'étaient pas réalisés. Dans le deuxième chapitre, de nouvelles molécules push-pull de type cruciformes ont été synthétisées dans le but d'évaluer leurs performances en tant que composés organiques actifs dans des dispositifs photovoltaïques. / The work reported herein concerns the synthesis and the characterization of new organic semiconductors built around the bithiophene core. It was relied on an extended work carried out previously in our laboratory on distyryloligothiophene derivatives. The main part of this work was dedicated to develop new functionalized organic semi-conductors with the aim to improve their properties for optoelectronic applications, mainly for: i) the realization of transistors with organic thin layer (OFETs), ii) the elaboration of solar cells from push-pull derivatives and iii) the development of sensors. The first chapter is devoted to the functionalization of the benzo-[2,1-b:3,4-b ']bithiophene-4,5-dione core either by mesogenic or aminostyryl groups with the purpose to improve, using liquid crystal properties, the microscopic ordering and the electrical performances of the synthetized organic semiconductors as well as their solution processability. Besides the liquid crystal properties characterization showing interesting behavior, the OFET devices have been made from those semiconductors but unfortunately have led to, as unexpected, poor charge transport properties. Some structural modifications have been done in order to optimize the charge transport characteristics nevertheless their electrical characterization still under progress up to now. In a second part, some push-pull derivatives, having a cruciform-like structure, have been synthetized and characterized in order to use them as an active organic layer in photovoltaic devices. Their optoelectronic properties have been evaluated and reported.

En collaboration avec les Laboratoires Servier, nous présentons la synthèse d'une nouvelle famille d'inhibiteurs portant un groupe thiol ou carboxyle, développé comme antagoniste du TAFIa en vue d'une nouvelle thérapie antithrombotique et thrombolytique. L'étape clé de cette synthèse consiste en la formation de motifs β-lactames gem-difluorés. Dans ce but, la synthèse chimio- et stéréosélective de β-aminoesters et de β-lactames gem-difluorés à partir du bromodifluoroacétate d'éthyle et d'imines par réaction de Reformatsky a été étudiée. L'influence de paramètres réactionnels variés, la nature de l'amine et de l'aldéhyde, la nature de l'auxiliaire chiral ont été évaluées. De hauts degrés de stéréosélectivité (jusqu'à 98%) ont été obtenus pour les gem-difluoro-β-aminoesters et les gem-difluoroazétidin-2-ones en employant soit le (R)-phénylglycinol soit le (R)-méthoxyphénylglycinol. Nous avons également développé une procédure efficace pour effectuer la synthèse de gem-difluoro-β-lactames racémiques. Ces composés ont été obtenus par réaction de Reformatsky entre le bromodifluoroacétate d'éthyle et diverses imines de la p-méthoxybenzylamine. La synthèse de gem-difluoro-β-aminoesters racémiques est accomplie par réaction de Gilman-Speeter entre un sel d'iminium généré selon la procédure de Katritzky et le bromodifluoroacétate d'éthyle. Après une déprotection efficace de ces gem-difluoro-β-aminoesters et gem-difluoro-β-lactames, nous avons étudié la N-alkylation et la N-acylation pour l'introduction du groupe chélateur du zinc, e.g. un groupe portant un acide carboxylique ou un thiol, ainsi qu'un groupe espaceur. Après déprotection, ces composés ont été évalués pour l'inhibition de la carboxypeptidase U par la Division Angiologie de l'IdRS. Malheureusement tous ces dérivés n'ont présenté qu'une IC50 supérieure à 33 rM. Néanmoins, nous avons développé une méthode générale et efficace pour synthétiser des dérivés pseudopeptidiques gem-difluorés comme des building blocks originaux, avec une large gamme d'application.