Ce travail avait pour ambition de réaliser un tour d'horizon des nouvelles applications des produits de contraste échographiques en oncologie. Dans un premier temps, après quelques rappels sur les différents anti-angiogéniques disponibles en pratique clinique, nous avons défini la notion de biomarqueur et replacé les différentes modalités d'imagerie parmi les différents biomarqueurs disponibles. Ensuite, après avoir rappelé brièvement les principes de détection du contraste en échographie, nous avons rapporté plusieurs travaux utilisant l'imagerie fonctionnelle chez la souris et chez l'homme. Ces travaux ont permis de souligner les performances de cette technique, notamment lorsqu'on utilise un protocole de destruction-reperfusion pour estimer les paramètres de perfusion tumoraux. En effet, nous avons réussi à mettre en évidence, dans un travail pré-clinique chez la souris, un effet de rebond de la vascularisation tumorale après l'arrêt d'un anti-angiogénique (l'Avastin®) que les paramètres d'imagerie morphologique habituels, basés sur les dimensions tumorales, étaient incapables de dépister durant l'étude. Par ailleurs, nous avons proposé un paramètre estimant la vitalité tumorale, mixte, fondé sur des données morphologiques et fonctionnelles. Dans une seconde étude, et pour la première fois dans la littérature, ce mode d'imagerie fonctionnelle a été choisi pour évaluer la vascularisation tumorale chez l'homme. Nous avons démontré une corrélation et une concordance des paramètres de perfusion relatifs avec ceux obtenus en scanner de perfusion. Ces données sont d'autant plus intéressantes que ces deux modes d'imagerie utilisent des produits de contraste aux propriétés physico-chimiques très différentes. On notera que le MTT estimé en scanner est supérieur à celui estimé en US, probablement en raison des phénomènes de diffusion extra-vasculaire du produit de contraste scannographique. Dans un troisième travail, nous avons utilisé le Sonovue® pour étudier l'effet au cours du temps d'une embolisation intra-artérielle aux micro-particules chargées d'Adriamycine (DC-beads®), comparativement à des micro-particules non chargées (bead block®). Cette étude a démontré les faiblesses d'une exploration radiologique reposant sur les seuls critères de taille, que ce soit le grand axe des tumeurs (critères RECIST) ou même l'estimation du grand axe de tumeur viable (critères EASL, habituellement utilisés en cas de CHC). Cette étude a également démontré les performances d'un paramètre d'évaluation tumorale mixte, fondé sur des données morphologiques et fonctionnelles, qui permet de différencier de façon significative les deux groupes de traitement. Concernant l'imagerie moléculaire, nous avons suivi un protocole permettant de séparer plusieurs étapes préliminaires qui ont été validées : Nous avons expérimenté sur deux souris en échographie de contraste, au cours de cinq injections de contraste successives, la reproductibilité d'injections rétro-orbitaires. Cette reproductibilité apparaissait suffisante pour envisager d'administrer les microbulles ciblées par cette voie, avec un cœfficient de variabilité inférieur à 20% par quantification du pic de rehaussement sur les injections successives en regard des tumeurs des deux souris. Nous avons montré que l'imagerie moléculaire n'est pas adaptée à l'étude de tous les modèles tumoraux et elle est réservée à l'étude de lésions tumorales située en dehors d'organes accumulant les microbulles même en l'absence de ciblage comme la rate, le foie ou même le rein. En dehors de ces réserves, l'imagerie moléculaire semble pouvoir trouver sa place pour la détection et la caractérisation des lésions tumorales d'organes superficiels comme la thyroïde, le sein, ou accessibles par voie endo luminale comme la prostate ou le pancréas / This work aimed to achieve an overview of new applications of ultrasound contrast agents in oncology. Initially, after a few reminders on various anti-angiogenic therapies available in clinical practice, we defined the concept of biomarker and placed the various imaging modalities among the different biomarkers available. Then, after recalling briefly the principles of contrast detection in ultrasound, we have reported several studies using functional imaging in mice and humans. This work has highlighted the performance of this technique, especially when using a protocol of destruction-reperfusion to estimate tumor perfusion parameters. Indeed, we were able to demonstrate, in a pre-clinical work in mice, a rebound effect of tumor vasculature after stop of anti-angiogenic (Avastin ®), that parameters of conventional morphological imaging based on tumor size, were unable to detect during the study. Furthermore, we proposed a parameter able to estimate the tumor vitality, based on morphological and functional data. In a second study, and for the first time in litterature, functional imaging mode by contrast enhanced ultrasound, using destruction-replenishment sequence, was chosen to evaluate the tumor vasculature in humans. We have demonstrated a high correlation and a good concordance of perfusion parameters with those obtained on perfusion CT. These data are particularly interesting because these two modes of imaging contrast agents have very differents physico-chemical properties. We note that the MTT estimated scanner is higher than the MTT estimated in Ultrasound, probably because of the phenomena of extravascular diffusion of the iodinated contrast used in CT scan. In a third study, we used the Sonovue ® to study the effect over time of intra-arterial embolization with micro-particles loaded with Adriamycin (DC-beads ®), compared to uncharged micro-particles (Bead Block ®). This study demonstrated the weaknesses of a radiological investigation based solely on size criteria, whatever major axis of tumors (RECIST) or estimating of the size of viable tumor (EASL criteria, usually used in cases CHC). This study also demonstrated the performance of a mixed evaluation, based on morphological and functional data, which is able to significantly differentiate the two treatment groups. On molecular imaging, we followed a protocol to separate several preliminary steps that have been validated: We experimented on two mice in contrast ultrasonography, in five successive injections of contrast, the reproducibility of retro-orbital injection. This reproducibility appeared sufficient to consider administering microbubbles targeted in this way, with a coefficient of variability below 20% on successive injections by quantification of the peak enhancement value on tumors of two mice. Fonctionnal imaging is therefore essential in evaluating therapies acting on angiogenesis, in case of anti-angiogenic treatment or endovascular arterial thérapie. We have shown that molecular imaging is not suited to the study of all tumor models: indeed it requires a strong expression of the molecular target inside the tumor endothelium so that the marking is detectable by the usual ultrasound imaging. Moreover, it is restricted to the study of tumor lesions located outside parenchymas accumulating microbubbles even in the absence of targeting, such as the spleen, liver and even kidney.Apart from these reserves, molecular imaging seems able to find a place for detection, or characterization of tumor of superficial organs such as thyroid, breast, or accessible by endo luminal way as prostate or pancreas

Les propriétés électrocinétiques de cellules ou de complexes colloïde-cellule visant leur manipulation individuelle dans une puce microfluidique devrait permettre de proposer de nouveaux types d'application dans le domaine des laboratoires-sur-puce et de la recherche biomédicale. Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à créer une nouvelle technologie de puce microfluidique permettant la manipulation électrocinétique tridimensionnelle sans contact de particules colloïdales. Cette technologie innovante associée à la réalisation de particules colloïdales multifonctionnelles (Janus) permet d'étudier et de contrôler les interactions d'un complexe colloïde-cellule. Une technologie originale de puce microfluidique tridimensionnelle transparente présentant des niveaux d'électrodes biplanaires est développée sans couche résiduelle classiquement présente dans les technologies de scellement microfluidique. Parallèlement, de nouveaux types de colloïdes anisotropes (Janus) et multifonctionnels (fluorescents, fonctionnalisés avec des protéines…) sont fabriqués en associant la synthèse colloïdale aux techniques de la microélectronique et à la fonctionnalisation de surface. La compréhension et l'exploitation des forces électrocinétiques créées par un champ électrique alternatif et non-uniforme sur la solution colloïdale confinée dans cette puce permettent de proposer une nouvelle méthode de détermination du facteur de Clausius-Mossotti. Ce facteur est un paramètre intrinsèque à la solution colloïdale qui régit la force diélectrophorétique. La détermination expérimentale de ce facteur, combinée à une analyse théorique pour les solutions colloïdales étudiées, définit les paramètres du champ électrique à appliquer (fréquence, tension) pour localiser, séparer ou manipuler en trois dimensions des particules micrométriques de tout type (particules nu, fonctionnalisées, disymétriques…). Le mélange de ces particules dans des milieux de culture cellulaire contenant des cellules de lignées humaines crée des complexes colloïde-cellule. En fonction du type cellulaire, ces complexes se caractérisent par une cellule ayant internalisé des colloïdes ou une cellule décoré par des colloïdes attachés sur sa membrane. Soumis à des forces électrocinétiques déterminées, ces complexes démontrent des réponses duales des particules et des cellules contrôlables indépendamment. En combinant l'ingénierie des particules colloïdales et la technologie microfluidique de manipulation électrocinétique sans contact, des forces locales peuvent être exercées sur les cellules par l'intermédiaire des particules. / The electrokinetics properties of cells or a particles-cell complex for their individual handling in a microfluidic chip open the way to new applications for lab-on-chip or biomedical research fields. The work presented in this thesis aims to create a new technology of microfluidic chips able to perform 3D electrokinetic contactless handling of colloidal particles. Combined with the microfabrication of multifunctional (Janus) colloidal particles this technological breakthrough allows the study and the control of colloidal particles and cells. An innovative technology of a 3D transparent microfluidic chip that integrates two levels of bi-planar electrodes is developed without any residual layer commonly stacked in microfluidic sealing technology. At the same time, a new type of anisotropic particles (Janus) and multifunctional (fluorescence, functionalized with proteins) are microfabricated by combining colloidal synthesis, microelectronics process and surface functionalization techniques. The understanding and the use of electrokinetic forces that are created by a non-uniform electric field in a colloidal solution confined in this chip enable the access to a new method of determination of the Claussius-Mossotti factor. It is an intrinsic parameter of a colloidal solution that rules the dielectrophoretic force. Its experimental determination, combined with a theoretical analysis of the colloidal solution, defines the parameters of the electric field to apply (frequency, applied voltage) in order to localize, separate or handle in 3D all types of micrometer sized particles (plain, functionalized, dissymmetric). The mixing of particles in cell culture mediums that contain human lines cells creates a particle-cell complex. According to the cellular type, those complexes are characterized by a cell that has internalized particles or is decorated by particles attached on its membrane. Submitted to determined electrokinetic forces, those complexes show dual responses that are controllable on both particles or cell independently. By associating the engineering of colloidal particles and this electrokinetic contactless handling microfluidic technology, local forces can be exerted on cells via those particles.