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Biopharmaceuticals are becoming one of the most promising drugs on the market mainly due to their successful treatment of a vast array of serious diseases, such as cancers, immune disorders, and infections. Structurally, biopharmaceuticals are proteins and it is important to mention that more than 60 % of biopharmaceuticals are glycosylated. Glycosylation is one of the most common posttranslational modifications. It is also the most demanding and the most complex posttranslational modification. The research showed that glycosylation can significantly impact on the safety, efficiency, and quality of the therapeutic glycoproteins. In the first part of the introduction of the present thesis, the development of the therapeutic glycoproteins and their classification were reviewed. Glycosylation process and nomenclature were also discussed. The second part of the introduction revealed current issues in the field of the production and the characterization of the therapeutic glycoproteins. In the context of the doctoral thesis, we introduced new approach, namely hydrophilic interaction liquid chromatography coupled to a high-resolution mass spectrometer (HILIC-HR-MS) combined with Principal Component Analysis (PCA) and classification through Soft Independent Modelling by Class Analogy (SIMCA) data treatment. Accordingly, N-glycans were first enzymatically released using peptide-N-glycosidase F (PNGase F) and reduced using sodium borohydride. Then those N-glycans were separated by HILIC and detected by HR-MS. PCA and SIMCA simplified interpretation of the MS data collected in the huge tables. PCA was applied to test whether it is possible to visualize N-glycosylation differences between samples and to help identifying within which N-glycans changes occurred. SIMCA, which is a more complex data analysis technique, was applied to build and validate a classification models. SIMCA was also applied to verify whether it is possible to use built models to classify real samples. Described approach enabled us to detect small changes in N-glycosylation of the therapeutic glycoproteins (a change of only 1% in relative glycan abundance). It was applied to assess changes in N-glycosylation of therapeutic glycoproteins. Accordingly, we tested N-glycosylation consistency between batches of infliximab, trastuzumab, and bevacizumab and monitored the N-glycosylation of bevacizumab over storage time in plastic syringes.Furthermore, we worked on the faster sample preparation technique, where online-solid-phase extraction (SPE)-LC was combined to the previously mentioned HILIC-MS-PCA/SIMCA method. Online-SPE-LC allowed us to faster the sample preparation in terms of avoiding time-consuming cleaning steps. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le manque de produits pharmaceutiques destinés à la population pédiatrique est un problème auquel sont confrontés les professionnels de la santé. Les pharmaciens doivent fréquemment se tourner vers les médicaments destinés aux adultes afin de fournir aux jeunes patients les traitements adéquats. L’utilisation de préparations magistrales pour adapter les médicaments homologués aux besoins de la population pédiatrique reste, encore à ce jour, l’option la plus souvent utilisée. Dans ce mémoire, nous proposons le développement et l’évaluation de nouvelles formulations pharmaceutiques destinées à la population pédiatrique afin de bonifier les options thérapeutiques mises à la disposition des professionnels de la santé. De plus, nous avons exploré l’utilisation de nouvelles techniques spécialisées pour surmonter des défis analytiques rencontrés, ultimement dans le but de déterminer en toute confiance la stabilité et la sécurité de ces nouvelles formulations. La première étude visait à évaluer la stabilité de préparations magistrales de chlorhydrate de clonidine (20 µg/mL) préparées avec des comprimés dans le véhicule commercial Ora-Blend. Les formulations embouteillées ont été conservées à 25°C/60% RH pendant 90 jours. Les défis analytiques rencontrés lors de l’analyse de la stabilité chimique ont été surmontés par l’implémentation d'une nouvelle méthode d'extraction en phase solide, ayant permis d’optimiser la quantification du chlorhydrate de clonidine, se retrouvant qu’en très faible quantité dans les formulations orales. L'absence d'instabilités physiques, évaluée par des mesures qualitatives et quantitatives, et l’absence d'instabilités chimiques, mise en évidence par une méthode HPLC-UV indicatrice de stabilité, confirment qu’accorder une date de péremption de 90 jours à ces préparations magistrales serait approprié. La deuxième étude portait sur l’évaluation de la stabilité de préparations magistrales d’hydroxyurée (100 mg/mL) dans l’Ora-Blend. Dans le cadre de cette étude, différentes méthodes de préparation (mortier, mélangeur, QuartetRx) et différentes sources de principe actifs (poudre, contenu des capsules, capsules entières) ont été étudiées. Toutes les formulations ont été conservées à 25°C pendant 90 jours dans des bouteilles et 14 jours dans des seringues orales. Le développement d'une méthode HPLC indicatrice de stabilité impliquant la dérivation de l’hydroxyurée par le xanthydrol aura permis la rétention l’hydroxyurée sur une colonne à phase inverse de type C18. Plus de 90.0 % de la concentration initiale d’hydroxyurée a été conservé tout au long de l’étude, et ce, pour toutes les conditions testées. L’évaluation visuelle des préparations n’a révélé aucun changement au cours de l’étude de stabilité. Des changements de pH allant jusqu'à 1.6 unités ont toutefois été observés après 90 jours d’entreposage et ont mis en lumière une voie de dégradation de l’hydroxyurée, générant ultimement l’ion ammonium. Ce dernier a été quantifié et les concentrations mesurées, définies comme acceptables. Les résultats ont montré que toutes les formulations d’hydroxyurée étudiées sont demeurées stables jusqu’à 90 jours à 25°C. Pour terminer, une étude exploratoire ayant pour but d’évaluer des comprimés à croquer à saveur d’érable a été réalisée. Le sucre d’érable et un arôme naturel d’érable ont été ajoutés à la composition des comprimés afin d’obtenir une saveur suffisamment prononcée pour masquer le goût amer de l’acétaminophène. Une étude de stabilité préliminaire, impliquant une période de 30 jours d’entreposage dans des conditions de stabilité accélérées (40°C/75%RH), aura permis d’explorer les propriétés physico-chimiques de cette nouvelle formulation, de soulever les défis potentiels et de générer des hypothèses en lien avec l’augmentation de dureté observée après seulement 14 jours d’entreposage. Les résultats de cette étude préliminaire serviront de point de départ pour le futur développement de produits pharmaceutiques à la saveur du Québec. Les techniques utilisées et les études réalisées dans le cadre de ce projet de maîtrise auront permis de générer des résultats robustes qui pourront être utilisés par les professionnels de la santé. Ces informations seront pertinentes à la pratique pharmaceutique et permettront d’offrir à la population pédiatrique des nouvelles options de traitement sécuritaires et efficaces. / The lack of pharmaceuticals intended to the pediatric population is an issue facing healthcare professionals. Pharmacists must frequently resort to adult treatments to provide adequate treatment to young patients. The use of compounding to adapt commercial drugs to the needs of the pediatric population is still, to this day, the most considered option. In this master’s thesis, we propose the development and evaluation of new medicinal preparations for pediatrics in order to improve and diversify the therapeutic options available to healthcare professionals. In addition, we have explored the use of new specialized techniques to overcome analytical challenges encountered, with the goal of confidently determining the stability and safety of these new formulations. The first study aimed to assess the stability of compound preparations of clonidine hydrochloride (20 µg / mL) prepared with tablets in the commercial vehicle Ora-Blend. Bottled formulations were stored at 25°C/60% RH for 90 days. The analytical challenges encountered during the analysis of chemical stability were overcome by the implementation of a new method of solid phase extraction, which allowed to optimize the quantification of clonidine hydrochloride, present in very small amount in oral formulations. The absence of physical instabilities, assessed by qualitative and quantitative measurements, and the absence of chemical instabilities, as demonstrated by a stability indicating HPLC-UV method, confirm that it would be appropriate to grant a 90-day expiration date to these compounded oral liquids. The second study evaluated the stability of compound preparations of hydroxyurea (100 mg / mL) in Ora-Blend. In this study, different preparation methods (mortar, mixer, QuartetRx) and different sources of hydroxyurea (powder, content of capsules, whole capsules) were studied. All formulations were stored at 25°C for 90 days in bottles and 14 days in oral syringes. The development of a stability indicating HPLC method involving the derivatization of hydroxyurea by xanthydrol will have enabled hydroxyurea retention on a C18 type reverse phase column. Over 90.0% of the initial hydroxyurea concentration was recovered throughout the study under all conditions tested. Visual evaluation of the preparations did not reveal any changes during the stability study. Changes in pH of up to 1.6 units were observed after 90 days of storage and revealed a degradation pathway for hydroxyurea, ultimately generating ammonium ion. The latter was quantified, and the measured concentrations defined as acceptable. The results showed that all hydroxyurea formulations studied were stable for up to 90 days at 25°C. Finally, an exploratory study to evaluate maple flavored chewable tablets was carried out. Maple sugar and a natural maple flavor have been added to the composition of the tablets to achieve a flavor strong enough to mask the bitter taste of acetaminophen. The pre-stability study, involving a period of 30 days of storage under accelerated stability conditions (40°C/75% RH), will have made it possible to explore the physicochemical properties of this new formulation, to raise the potential challenges and generate hypotheses related to the increase in hardness observed after only 14 days of storage. The results of this preliminary study will serve as a starting point for the future development of pharmaceutical products with a Quebec flavor. The techniques used and the studies performed will have generated robust results that could help healthcare professionals in their practice.

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée. / Some aminoglycosides are part of a broad-spectrum family of antibiotics used in the clinic. They interfere in protein synthesis in bacterium cell by interfering with the transcription of proteins leading to cellular death. After an intense usage of aminoglycosides in the clinic, numerous cases of resistance have been encountered which render aminoglycosides less effective. Semi-synthetic aminoglycosides have been synthesized with the objective of restoring their original antimicrobial activity. Deoxygenation of the diol on ring A and introduction of the lateral chain HABA at N-1 had a significant impact on their antimicrobial activity against resistant strains. The present work will focus on deoxygenation of the diol at 3', 4' and on the introduction of the lateral HABA chain on aminoglycoside, more specificaly on paromomycin and neomycin. The selective dideoxygenation of the A ring diol was done using a methodology developed by Garegg and Samuelsson, which is a modification of the original Tipson-Cohen reaction. This method allows the dideoxygenation on ring A and D with unprecedented yields. The lateral HABA chain was introduced via the ring opening of a cyclic carbamate. These methods were combined to produce very potent analogs such as 3',4'-didehydro-N-1-HABA-neomycin and 3',4',3''',4'''-tetradeoxy-N-1-HABA-neomycin. Toxicity tests done in collaboration with Achaogen Inc. showed that these analogs were toxic to H2K renal cells, which reduced significantly their therapeutic index. In order to lower the toxicity of those compounds, the relation between toxicity and basicity was explored. Substitution of the amine at 6''' was done in order to lower the basicity of this amine. The results showed a strong correlation beetween the basicity of this amine and toxicity/activity. The pKa of this amine was modulated by installing fluorinated alkyl chain on the amine at 6''' in order to see the effect of the pKa on the activity/toxicity on paromomycin and neomycin. A synthetic sequence was also developed to allow the 6''' amine on neomycin to be modified selectively.

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire. / The drug molecule vectorization is a very promising approach in terms of both medical and economical factors for the delivery of active substances with low bioavailability. In this context, the star polymers and dendrimers, symmetrical and branched macromolecules, seem to be more attractive solutions. Indeed, these structures can effectively combine a high stability in biological media and the ability to encapsulate active ingredients. Thanks to the well-defined architecture, they can achieve a high level of reproducibility of results, while avoiding the problem of polydispersity. In recent years, many dendritic structures have been proposed; however, the design of new effective dendritic nanocarriers is still relevant. This is due to many reasons such as related to biocompatibility, encapsulation efficiency of therapeutic agents, as well as economic reasons. In this project, new branched biocompatible macromolecules were designed, synthesized and evaluated. To increase their effectiveness as encapsulation agents for hydrophobic active principles, the structures of the proposed macromolecules include a hydrophobic central core on the basis of porphyrin, decanediol or modified triolein, and also a hydrophilic outer layer based on succinic acid and polyethylene glycol. The choice of structural elements of future dendrimers was based on the data on their biocompatibility and the results of our preliminary synthesis works, as well as the in silico simulations performed by using the method of molecular mechanics. The preliminary studies allowed for selecting the most promising compounds to effectively form polyesters macromolecules in well controlled manner, as well as to assess in advance the ability of future dendrimers to capture a drug molecule (itraconazole). During this phase, several new intermediates were obtained. The optimization of reaction conditions leading to high yields was performed. Based on the preliminary work, the assembly of new dendrimers of first and second generations was performed, by using the divergent and convergent synthesis approaches. The structures of new compounds were characterized by proton and 13C carbon NMR, FTIR, UV-Vis, elemental analysis, mass spectrometry, and GPC techniques. The biocompatibility of products was evaluated by cytotoxicity tests with MTT on murine RAW 262.7 macrophages. The ability to encapsulate hydrophobic active principles was studied by testing with itraconazole, an antifungal agent with low bioavalability. The size of nanoparticles formed in aqueous solutions was measured by the DLS technique. These measurements showed that all dendritic structures tend to form micelles, which excludes their application as unimolecular nanocapsules. The antifungal activity of itraconazole formulations with dendrimers was studied in a kind of a pathogenic fungus Candida albicans. These tests lead to the conclusion that to ensure the effectiveness of treatment, more control over the release of the active ingredient has been needed.

Thromboxane A2 (TXA2) is an important mediator metabolized from arachidonic acid through the cyclooxygenase pathway, mainly in platelets and macrophages. It is a potent inducer of platelet aggregation and smooth muscle contraction. Its overproduction has been detected in pathologies such as stroke, asthma, myocardial infarction or atherosclerosis. The action of TXA2 is mediated by a specific G-protein coupled receptor (TP) of which two alternative spliced isoforms, TPalpha and TPbeta, have been described. The exact role of these two isoforms is not clearly understood. However, recent studies have described their implications in vascular physiology and pathology. The inhibition of the action of TXA2 on platelets and blood vessels would be interesting as original therapies against cardiovascular diseases. Consequently, the design of TP receptor antagonists remains of great interest in cardiovascular medicine. In the laboratory of medicinal chemistry (University of Liège, Belgium), several nitrobenzenesulfonylureas, derived from torasemide (a loop diuretic), have been previously described as TP receptor antagonists. Two compounds, BM573 and BM613 were among the most interesting molecules identified in that previous work. The present project is divided in two parts. First, we have determined the pharmacological properties of BM573 and BM613 as thromboxane synthase inhibitors and TP receptor antagonists, in vitro and in vivo. In our assays, these two compounds were proved to have high affinity for both TPalpha and TPbeta, to be potent antiplatelet agents, to inhibit thromboxane synthase and TP-mediated smooth muscle contraction. Additionally, they significantly reduced the size of the thrombus in a rat model of ferric chloride-induced arterial thrombosis. Consequently, we demonstrated that the TP receptor antagonists BM573 and BM613, belonging to the chemical family of nitrobenzenesulfonylureas, could be regarded as antiplatelet and antithrombotic agents potentially useful in thromboxane-related diseases such as stroke or myocardial infarction. Secondly, given the interesting pharmacological profile of BM573 and BM613, we have designed and synthesized several series of compounds derived from these two agents. We have evaluated the binding properties (affinity) of the first generation (+/- 35 original derivatives) of compounds on either TPalpha or TPbeta, transiently expressed in COS-7 cell lines. Additionally, we have measured the ability of our drugs to inhibit the intracellular calcium mobilization upon TPalpha or TPbeta stimulation. To confirm our results, we also assessed the antiplatelet properties of our drugs by means of determination of inhibition of human platelet aggregation. On the basis of the results obtained with these in vitro assays, we have synthesized and evaluated a second generation of derivatives (+/- 35 original compounds) and improved the selectivity of several original compounds for TP receptor isoforms. The originality of this work was to evaluate a large library of synthetic compounds on both TP receptor isoforms, using specific pharmacological tests. By means of structure-activity relationship studies, we were able to identify chemical groups implicated in selectivity and to propose lead compounds for development of highly specific TPalpha or TPbeta antagonists. Besides, we have identified an in vivo drug candidates for prevention of thrombosis and pathological platelet aggregation./Le thromboxane A2 (TXA2) est un métabolite de la cascade de lacide arachidonique (AA) par la voie des cyclooxygénases et de la thromboxane synthase, principalement formé dans les plaquettes et les macrophages. Le TXA2 est un puissant inducteur de lagrégation plaquettaire et de la contraction des muscles lisses vasculaires et bronchiques. Par ailleurs, une augmentation des taux en TXA2 a été constatée dans différentes pathologies : l'infarctus du myocarde, l'atherosclérose, les accidents vasculaires cérébraux, ou encore l'asthme. Laction du TXA2 sur les tissus résulte de la stimulation dun récepteur appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Ce récepteur au TXA2 (TP) présente deux isoformes générées par épissage alternatif, TPalpha et TPbeta. Le rôle physiologique exact de ces deux isoformes n'est pas encore connu. Cependant, de récents travaux ont mis en évidence leur importance, notamment dans la physiologie vasculaire et dans certaines pathologies. Linhibition de laction du TXA2 au niveau des plaquettes et des vaisseaux sanguins pourrait donc être une stratégie thérapeutique innovante pour traiter et prévenir les maladies cardiovasculaires. En conséquence, le développement dantagonistes des récepteurs TP reste dun grand intérêt en médecine cardiovasculaire. Des études de pharmacomodulation avaient permis au Laboratoire de Chimie Pharmaceutique (Université de Liège, Belgique) d'identifier des nitrobenzènesulfonylurées, dérivées du torasémide (un diurétique de lanse), présentant un puissant antagonisme des récepteurs TP. Parmi ceux-ci, deux composés, le BM573 et le BM613, faisaient parties des molécules les plus intéressantes identifiées au cours de ces précédentes recherches. Ce projet est divisé en deux parties. Premièrement, nous avons déterminé les propriétés pharmacologiques du BM573 et du BM613 en tant quinhibiteurs de la thromboxane synthase et antagonistes des récepteurs TP, in vitro et in vivo. Au cours de nos expériences, ces deux composés se sont révélés posséder une grande affinité pour TPalpha et TPbeta, être de puissants agents antiplaquettaires, des inhibiteurs de la thromboxane synthase et de la contraction des muscles lisses induite par le TXA2. En outre, lutilisation de ces produits dans un modèle de thrombose artérielle induite par le chlorure ferrique chez le rat a provoqué une réduction significative du thrombus formé. En conséquence, nous avons démontré que le BM573 et le BM613, appartenant à la famille chimique des nitrobenzenesulfonylurées, pouvaient être considérés comme des agents antiplaquettaires et antithrombotiques, potentiellement utiles en tant quagents thérapeutiques dans des pathologies associées au TXA2 telles que linfarctus du myocarde ou laccident vasculaire cérébral. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur l'activité de cette famille de composés (les nitrobenzènesulfonylurées) vis-à-vis des deux isoformes du récepteur au thromboxane. Pour ce faire, nous avons conçu et synthétisé de nombreuses séries de composés dérivés du BM573 et du BM613. Nous avons tout dabord évalué laffinité de la première génération de composés (+/- 35 dérivés) sur des lignées cellulaires (COS-7) exprimant sélectivement soit TPalpha soit TPbeta. De plus, nous avons mesuré la capacité de ces composés à inhiber la mobilisation de calcium intracellulaire ([Ca2+]i) induite par la stimulation des deux isoformes TPalpha et TPbeta séparément. Nos résultats ont été confirmés sur agrégation plaquettaire humaine. Sur la base des résultats obtenus avec cette première génération de produits, nous avons synthétisé une seconde génération (+/- 35 dérivés) de composés, et avons réussi à augmenter la sélectivité en faveur de TPbeta pour certains produits. Loriginalité de ce travail réside dans le fait que nous avons évalué un nombre de produits importants sur TPalpha et TPbeta, au moyen de tests pharmacologiques spécifiques. Grâce à des études de relation structure-activité, nous avons identifié des groupements chimiques impliqués dans la sélectivité entre les deux isoformes. Nous pouvons donc proposer des structures "chef de file" pouvant être utiles pour le développement de composés hautement sélectifs, soit pour TPalpha, soit pour TPbeta. Par ailleurs, nous avons identifié in vivo des candidats pour le développement dagents thérapeutiques pour la prévention des thromboses et des autres pathologies provoquées par une activation plaquettaires excessive.

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée. / Some aminoglycosides are part of a broad-spectrum family of antibiotics used in the clinic. They interfere in protein synthesis in bacterium cell by interfering with the transcription of proteins leading to cellular death. After an intense usage of aminoglycosides in the clinic, numerous cases of resistance have been encountered which render aminoglycosides less effective. Semi-synthetic aminoglycosides have been synthesized with the objective of restoring their original antimicrobial activity. Deoxygenation of the diol on ring A and introduction of the lateral chain HABA at N-1 had a significant impact on their antimicrobial activity against resistant strains. The present work will focus on deoxygenation of the diol at 3', 4' and on the introduction of the lateral HABA chain on aminoglycoside, more specificaly on paromomycin and neomycin. The selective dideoxygenation of the A ring diol was done using a methodology developed by Garegg and Samuelsson, which is a modification of the original Tipson-Cohen reaction. This method allows the dideoxygenation on ring A and D with unprecedented yields. The lateral HABA chain was introduced via the ring opening of a cyclic carbamate. These methods were combined to produce very potent analogs such as 3',4'-didehydro-N-1-HABA-neomycin and 3',4',3''',4'''-tetradeoxy-N-1-HABA-neomycin. Toxicity tests done in collaboration with Achaogen Inc. showed that these analogs were toxic to H2K renal cells, which reduced significantly their therapeutic index. In order to lower the toxicity of those compounds, the relation between toxicity and basicity was explored. Substitution of the amine at 6''' was done in order to lower the basicity of this amine. The results showed a strong correlation beetween the basicity of this amine and toxicity/activity. The pKa of this amine was modulated by installing fluorinated alkyl chain on the amine at 6''' in order to see the effect of the pKa on the activity/toxicity on paromomycin and neomycin. A synthetic sequence was also developed to allow the 6''' amine on neomycin to be modified selectively.

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire. / The drug molecule vectorization is a very promising approach in terms of both medical and economical factors for the delivery of active substances with low bioavailability. In this context, the star polymers and dendrimers, symmetrical and branched macromolecules, seem to be more attractive solutions. Indeed, these structures can effectively combine a high stability in biological media and the ability to encapsulate active ingredients. Thanks to the well-defined architecture, they can achieve a high level of reproducibility of results, while avoiding the problem of polydispersity. In recent years, many dendritic structures have been proposed; however, the design of new effective dendritic nanocarriers is still relevant. This is due to many reasons such as related to biocompatibility, encapsulation efficiency of therapeutic agents, as well as economic reasons. In this project, new branched biocompatible macromolecules were designed, synthesized and evaluated. To increase their effectiveness as encapsulation agents for hydrophobic active principles, the structures of the proposed macromolecules include a hydrophobic central core on the basis of porphyrin, decanediol or modified triolein, and also a hydrophilic outer layer based on succinic acid and polyethylene glycol. The choice of structural elements of future dendrimers was based on the data on their biocompatibility and the results of our preliminary synthesis works, as well as the in silico simulations performed by using the method of molecular mechanics. The preliminary studies allowed for selecting the most promising compounds to effectively form polyesters macromolecules in well controlled manner, as well as to assess in advance the ability of future dendrimers to capture a drug molecule (itraconazole). During this phase, several new intermediates were obtained. The optimization of reaction conditions leading to high yields was performed. Based on the preliminary work, the assembly of new dendrimers of first and second generations was performed, by using the divergent and convergent synthesis approaches. The structures of new compounds were characterized by proton and 13C carbon NMR, FTIR, UV-Vis, elemental analysis, mass spectrometry, and GPC techniques. The biocompatibility of products was evaluated by cytotoxicity tests with MTT on murine RAW 262.7 macrophages. The ability to encapsulate hydrophobic active principles was studied by testing with itraconazole, an antifungal agent with low bioavalability. The size of nanoparticles formed in aqueous solutions was measured by the DLS technique. These measurements showed that all dendritic structures tend to form micelles, which excludes their application as unimolecular nanocapsules. The antifungal activity of itraconazole formulations with dendrimers was studied in a kind of a pathogenic fungus Candida albicans. These tests lead to the conclusion that to ensure the effectiveness of treatment, more control over the release of the active ingredient has been needed.

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré. / Premature birth is a steadily increasing major medical problem, in spite of efforts made to counter the onset of preterm contractions. This thesis describes the rational design of a new therapeutic agent (i.e., tocolytic) capable of 1) stopping uterine contractions, and 2) prolonging gestation. The prostaglandin F2α receptor was explored for tocolytic development and a peptidomimetic approach was developed to produce modulators of this novel target. A brief discussion introduces the impact of preterm birth and history on the design and synthesis of a peptide lead, PDC113, to address this unmet medical need. Subsequently, the peptidomimetic approach is described for converting PDC113 to the small molecule PDC113.824, which was shown to be an allosteric modulator of prostaglandin F2α receptor, which mediates intracellular signalling pathways involved in uterine contraction. This thesis presents the design, synthesis and structure-activity relationship study of the peptide mimic PDC113.824, in which we have replaced the central β-turn mimic moiety, the indolizidin-2-one amino acid, by a series of other previously reported azabicycloalcane turn mimics and novel aza-amino acids. To accomplish the latter, new solution-phase methods for synthesizing aza-glycyl-proline analogs were developed starting from diphenyl hydrazone and p-nitrophenyl chloroformate. This strategy has surmounted side reactions such as the intramolecular cyclization commonly obtained with traditional coupling reactions employing alkyl-carbazates and phosgene, facilitating access to aza-glycyl-proline derivatives by a one step reaction. The modification of the aza-glycyl-proline using conventional strategies led to a new Smac mimic (a proapoptotic molecule), with potential as a tetrapeptide activator of apoptosis in cancer cells. Subsequently, we focused on the diversification of the aza-glycine residue by selective alkylation using different alkyl halides in the presence of potassium tert-butoxide. To validate the alkylation protocol, various alkyl groups were employed, and the usefulness of the resulting aza-dipeptides as ''building blocks'' was examined. Conditions were developed for selectively unmasking the protecting groups at the N- and C-terminal of the aza-dipeptide. In addition, removal of the amine protection of aza-alkylglycyl-proline methyl ester gave access to a class of compounds with therapeutic potential, the aza-diketopiperazines (aza-DKP), by intramolecular cyclization. Finally, our interest in developing a new tocolytic agent led us to develop a new solution-phase synthetic route to PDC113.824 for elucidating the intracellular signalling pathways of prostaglandin F2α receptor. To explore the importance of stereochemistry and to study the relationship between structure and activity, we replaced the central indolizidin-2-one (I2aa) of PDC113.824 by a series of others azabicycloalcanes and aza-dipeptides. The D-I2aa, quinazolidinone and indolizidin-9-one analogs were synthesized and incorporated into the mimic; however, none exhibited activity neither in vitro nor ex vivo, thus indicating the importance of a type II' β-turn for maintaining biological activity of PDC113.824. Finally, the synthesis of a series of aza(alkyl)glycyl-prolyl analogs led to new allosteric modulators of the PGF2α receptor, one containing aza-glycine and another aza-phenylalanine. This results reported in this thesis have contributed to the development of novel agents with promise for inhibiting preterm labor by the conception and application of new methods for making aza-peptides.