TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) est une protéine du système immunitaire appartenant à la famille du TNF (Tumor necrosis factor). L'intérêt de TRAIL en thérapie anti-cancéreuse réside dans sa capacité à induire la mort par apoptose des cellules tumorales, sans exercer de toxicité envers les cellules saines. Le principal frein à l’utilisation de TRAIL est la survenue courante de résistances dans les tumeurs, limitant ainsi son efficacité. Mon travail de thèse a consisté à étudier l’intérêt de l’hyperthermie (ou choc thermique) en tant qu’adjuvant à TRAIL et a décrire ses capacités à contourner les mécanismes de résistance.Dans un premier temps, l’activité et la portée de cette combinaison a été évaluée dans de nombreuses et diverses lignées cellulaires cancéreuses sensibles ou résistantes à TRAIL. Un choc thermique (1h 42°C) permet de sensibiliser efficacement les lignées devenues résistantes à TRAIL et cette association s’est avérée efficace dans toutes les lignées testées.Dans un deuxième temps, mon travail s’est focalisé sur les mécanismes induits par l’hyperthermie, responsables de la sensibilisation et de l’apoptose des cellules. Les analyses des complexes initiateurs de la mort (DISC - Death-inducing signaling complex) ont révélé de nombreuses disparités suivant les conditions thermiques. Les différences majeures impliquent avant tout l’absence de FLIP dans le DISC, celui-ci étant l’inhibiteur principal de la voie, ainsi qu’un retard de la formation du complexe en condition d’hyperthermie. Ceci est associé à l’activation des caspases initiatrices d’une meilleure qualité, une fois la température revenue à la normale.L’absence de FLIP est expliquée par son inactivation due à l’agrégation de cette protéine suite à l’augmentation de la température. Ce phénomène est indépendant d’une quelconque modification post-traductionnelle connue, mais peut être inhibé par la présence de glycérol qui stabilise les protéines dénaturées.L’ensemble de ce travail met en lumière l’intérêt de la combinaison de TRAIL avec une hyperthermie et présente un point de vue nouveau sur les mécanismes expliquant son efficacité. / The TNF-family member TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) is a cytokine involved in the immune anti-tumour surveillance. TRAIL is a promising agent currently under investigation for its anti-cancer properties with limited side effects on healthy cells. However, the use of TRAIL in oncology has been limited due to its lack of efficiency, mainly associated with cell resistance to apoptosis. The aim of this project was to study the interest of hyperthermia (or heat shock - HS) as an adjuvant for TRAIL therapy and the mechanisms involved in this sensitization.We have first evaluated the significance of this combination in a large variety of cancer cell lines known to be sensitive or resistant to TRAIL. We could demonstrate that hyperthermia was able to efficiently sensitize resistant cancer cells to TRAIl-induced apoptosis in almost every cell lines tested.We next, focused our work on the molecular mechanisms responsible for the sensitization, during hyperthermia. Analyses of the DISC (Death-Inducing Signaling Complex) revealed a lack of recruitment of FLIP in the DISC, the main inhibitor of the extrinsic pathway, and a delay in the formation of the complex under hyperthermic conditions. Inhibition of FLIP recruitment was associated with enhanced initiator caspases activation when cells were reincubated at 37°C after the HS.The absence of FLIP within the TRAIL DISC was due to its aggregation during HS and was independent of post-translational modifications. Inhibition of FLIP aggregation by glycerol, which stabilizes denaturerated proteins, restored FLIP recruitment within the TRAIL DISC and consequently inhibited TRAIL-induced cell death. Taken together, these results highlight the interest of combining TRAIL with hyperthermia and highlight new mechanisms explaining its efficiency.

Magnetic fluid hyperthermia is a potential therapy for achieving interstitial hyperthermia and is currently under clinical trials. This approach is based on the instillation of magnetic nanoparticles at the tumour site, which dissipate heat when exposed to an alternating magnetic field. This procedure leads to a local increase of temperature and induction of tumour death or regression. Nanoparticles of metallic iron are potential heating agents for this therapy, but rely on the presence of a protecting coat that avoids reactions with their environment. In this work, iron nanospheres and iron nanowires with a graphite coat are explored for this purpose. From these two nanostructures, the nanospheres are shown to have a greater potential in terms of heat dissipation. The graphite shell is further investigated as an interface for conjugation with other molecules of relevance such as drugs and fluorescent probes. The effect of acidic treatments on the magnetic and surface properties of the nanospheres is systematically studied and a suitable method to generate carboxylic functionalities on the nanoparticle surface alongside with a good preservation of the magnetic properties is developed. These carboxylic groups are shown to work as a bridge for conjugation with a model molecule, methylamine, as well as with a fluorescent dye, allowing the detection of the nanoparticles in cells by means of optical methods. The carboxylic functionalities are further explored for the conjugation with the anti-cancer drug cisplatin, where the amount of drug loaded per particle is found to be dependent on the density of free carboxylic groups. The release of the drug in physiological salt solutions is time and temperature dependent, making them particularly interesting for multi-modal anti-cancer therapies, where concomitant hyperthermia and chemotherapy could be achieved. Their potential for such therapies is shown in vitro by inducing hyperthermia in cell suspensions containing these nanoparticles. These results are finally translated to a three dimensional cell culture model where the in vitro growth of tumour spheroids is inhibited. The developed nanostructures have a great potential for therapeutic approaches based on the synergistic effects of hyperthermia and chemotherapy.

Die mitochondriale Entkopplung ist ein effektiver Weg, um die Thermogenese und basale metabolische Rate einer Zelle anzuheben. Im Versuchsaufbau mit malignen Zellen führte dies zu einer Apoptose. 2,4-DNP als spezifischer Entkoppler der Atmungskette zeigte in diesem Zusammenhang mittels LDH-Analysen an HACAT-, PA1-, BT20 und MDA-MB 231- Zellen eine dosisabhängige Wirkung auf die Zellproliferation in allen verwendeten Zelllinien, unter den verwendeten Tumorzellen am eindrucksvollsten bei den Ovarialkarzinom Zellen. Allen Zellarten gemeinsam war dabei eine Wachstumshemmung abhängig von der Länge der Inkubationszeit. Die mikrokalorimetrischen Analysen wurden an HACAT-, BT20- und MDA-MB 231- Zellen durchgeführt. Eine höhere 2,4-DNP-Konzentration führte dabei ebenfalls zu einer gesteigerten Wärmefreisetzung, wobei eine positive Korrelation zwischen Einwirkdauer und Wärmefreisetzung bestand. Eine signifikante Zytotoxizität ließ sich bei hohen DNP-Konzentrationen und bei langer Inkubationszeit in den PA1- und MDA-MB 231- Zelllinien nachweisen. MDA-MB 231- Zellen reagierten dabei besonders sensibel. In der aktuellen Tumortherapie bietet die Kombination von Alterationen der mitochondrialen und glykolytischen Abläufen neben den gängigen Behandlungsoptionen einen vielversprechenden Therapieansatz (8, 28). Durch den Einsatz von mitochondrialen Entkopplern als Ergänzung zu den herkömmlichen Therapieschemata könnte effektiv in den metabolischen Stoffwechsel der Zellen eingegriffen und neben der Tumorzellproliferation auch die Regression positiv beeinflusst werden. Das Ziel wäre, eine kontrollierte Apoptose bei möglichst wenigen systemischen Nebenwirkungen auszulösen. Hierzu werden im Rahmen der optimalen Dosisfindung für den Einsatz von 2,4-DNP jedoch weitere Versuchsansätze mit Inkubationszeiten von mindestens 48h benötigt. / Mitochondrial uncoupling is an effective way to raise the thermogenesis and basal metabolic rate of a cell. In the experimental setup with malignant cells, this led to apoptosis. In this context 2,4-DNP as a specific uncoupler of the respiratory chain showed a dose-dependent effect on cell proliferation in all cell lines used by means of LDH analyses on HACAT, PA1, BT20 and MDA-MB 231 cells. Among the used tumor cells this effect was most impressively documented in ovarian carcinoma cells. Common to all cell types was a growth inhibition dependent on the length of the incubation period. Microcalorimetric analyses were performed on HACAT, BT20, and MDA-MB 231 cells. A higher 2,4-DNP concentration also resulted in increased heat release, with a positive correlation between exposure time and heat release. Significant cytotoxicity was detected at high DNP concentrations and with long incubation times in the PA1 and MDA-MB 231 cell lines. MDA-MB 231 cells reacted particularly sensitively. In current tumor therapy, the combination of alterations of mitochondrial and glycolytic pathways offers a promising therapeutic approach in addition to current treatment options (8, 28). The use of mitochondrial uncouplers as an adjunct to conventional therapeutic regimens could effectively interfere with cell metabolism and positively influence regression in addition to tumor cell proliferation. The goal would be to induce controlled apoptosis with as few systemic side effects as possible. For this, however, further experimental approaches with incubation times of at least 48h are needed in the context of optimal dose finding for the use of 2,4-DNP.

La synthèse de nano-object connait un essor grandissant depuis ces 20 dernières années. Les études fondamentales de système a permis (et permet encore) de trouver de nombreux domaines d'application aux nanotechnologies, que ces soit en catalyse, en électronique, dans le domaine biomédical...La thèse se déroule autour de deux axes de recherches: la synthèse et la description des propriétés magnétique de nanoparticules de fer stabilisé par des liquides ioniques, et la synthèse, l'étude magnétique, et leur évaluation en tant qu'agent de contraste et médiateur d'hyperthermie de nanoparticules de de ferrite fonctionnalisé par des dérivées carbohydrates. / The synthesis of nano-object is growing in the last 20 years. Basic research system has (and still allows) to find many areas of application for nanotechnology that is in catalysis, electronics, biomedical ...The thesis proceeds along two lines of research: the synthesis and the description of magnetic properties of iron nanoparticles stabilized by ionic liquids, and the synthesis, magnetic study, and their evaluation as a contrast agent and hyperthermia mediator of functionalized carbohydrate derivatives ferrite nanoparticles.

Dans les domaines de l’imagerie médicale et la thérapie, l’utilisation des nanoparticules est spécialement attrayante et prometteuse. Il est possible de concentrer dans une même particule plusieurs fonctions complémentaires comme la détection, le ciblage mais aussi la thérapie. Cette multifonctionnalité présente de nombreux avantages, et favorise le développement de nanoparticules pour une thérapie ciblée et guidée par l’imagerie.C’est dans ce contexte d’intense activité centrée sur le développement des nanoparticules pour les applications médicales (imagerie et/ou thérapie) que s’est déroulé mon travail de thèse qui s’inscrit dans la continuité des travaux de Christophe Alric et de Pierre Hugounenq. Ils ont développé respectivement des nanoparticules d’or multifonctionnelles (Au@DTDTPA) et des nanofleurs d’oxyde de fer (γ-Fe2O3).Les nanoparticules d’or (Au@DTDTPA) présentent un effet radiosensibilisant et se comportent comme agent de contraste pour l’IRM (après marquage par Gd3+ rendu possible par les propriétés chélatantes de la couche organique DTDTPA) ou comme radiotraceurs après radiomarquage (le DTDTPA forme des complexes stables avec 99mTc et 111In). Le caractère superparamagnétique des nanofleurs d’oxyde de fer confèrent à ces objets la capacité à rehausser le contraste négatif des images et à induire un échauffement sous l’action d’un champ magnétique alternatif de haute fréquence.L’objectif principal de ma thèse consistait à assembler ces deux types de nanoparticules afin de créer un objet nanométrique combinant les propriétés complémentaires des nanoparticules d’or et des nanofleurs d’oxyde de fer. Dans un premier temps, les conditions optimales de greffage des nanoparticules d’or sur les nanofleurs ont été déterminées. Nous avons montré que de tels agents présentaient après injection intraveineuse une biodistribution adaptée comme le révèlent les images acquises en IRM (grâce aux propriétés magnétiques des nanofleurs) et en TEMP (grâce au radiomarquage de la couche des nanoparticules d’or). En outre ces objets présentent un caractère radiosensibilisant qui est mieux exploité que celui des nanoparticules d’or entrant dans la composition de ces nanofleurs dorées. Associé au pouvoir chauffant des nanofleurs, le pouvoir radiosensibilisant des nanofleurs dorées a conduit à une forte inhibition de la croissance tumorale quand le traitement de rats portant un mélanome combine hyperthermie magnétique et radiothérapie après injection intratumorale des nanofleurs dorées.En conclusion, le travail réalisé au cours de cette thèse a mis en évidence l’intérêt de combiner les nanoparticules d’or et les nanofleurs d’oxyde de fer pour traiter des tumeurs solides par thérapie guidée par imagerie. / In the fields of medical imaging and therapy, the use of nanoparticles is especially attractive and promising. It is possible to concentrate in the same particle several complementary functions such as detection, targeting but also therapy. This multifunctionality has many advantages and promotes the development of nanoparticles for targeted therapy and guided by medical imaging.It is in this context of intense activity focused on the development of nanoparticles for medical applications (imaging and/or therapy) that my thesis work was carried out which is in continuity with the work of Christophe Alric and Pierre Hugounenq. They developed multifunctional gold nanoparticles (Au@DTDTPA) and iron oxide nanoflowers (γ-Fe2O3), respectively.The gold nanoparticles (Au @ DTDTPA) exhibit a radiosensitizing effect and behave as a contrast agent for MRI (after labeling with Gd3 +, made possible by the chelating properties of the organic layer DTDTPA) or radiotracers after radiolabelling (DTDTPA forms stable complexes with 99mTc and 111In). The superparamagnetic nature of the iron oxide nanoflowers gives these objects the ability to enhance the negative contrast of the images and to induce heating under the action of an alternating magnetic field of high frequency.The main objective of my thesis was to assemble these two types of nanoparticles in order to create a nanometric object combining the complementary properties of gold nanoparticles and iron oxide nanoflowers. In a first step, the optimal conditions for grafting gold nanoparticles on the nanoflower were determined. We have shown that, after intravenous injection, these agents exhibit a suitable biodistribution, as revealed by MRI images (thanks to the magnetic properties of nanoflowers) and SPECT (thanks to the radiolabeling of the gold nanoparticle layer). Moreover, these objects have a radiosensitizing character which is better exploited than that of the gold nanoparticles in the golden nanoflowers. Associated with the heating power of nanoflower, the radiosensitizing potential of golden nanoflowers has led to a strong inhibition of tumor growth when the treatment of rats carrying melanoma combines magnetic hyperthermia and radiotherapy after injection of golden nanoflower.In conclusion, the work carried out during this thesis has highlighted the value of combining gold nanoparticles and iron oxide nanoflowers to treat solid tumors by imaging-guided therapy.

Les nanoparticules (NPs) d’oxyde de fer susceptibles de présenter un comportement superparamagnétique ont connu ces dernières années un intérêt considérable en vue de leur application en nanomédecine. Leurs propriétés magnétiques et biocompatibilités permettent notamment leur utilisation à des fins de diagnostic (IRM, imagerie optique et nucléaire…) et aussi de thérapie (hyperthermie, nano vectorisation…). L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’influence des paramètres de synthèse sur les propriétés finales des NPs d’oxyde de fer magnétique dopé au zinc. Cette étude avait plus particulièrement pour but l’optimisation des méthodes de synthèse qui sont la coprécipitation et la décomposition thermique. A ce sujet, la caractérisation des NPs par diverses techniques a permis notamment d’étudier les liens entre la taille, la forme, la composition chimique d’une part, et les propriétés magnétiques des NPs d’autre part. Dans un deuxième temps, la fonctionnalisation des NPs qui est une étape indispensable pour assurer leurs biocompatibilités a été réalisée, elle était suivie par des mesures d’hyperthermie magnétique. / The superparamagnetic iron oxide nanoparticles (NPs) are a class of nanomaterials with a high interest in the nanomedicine field. Their magnetic properties and biocompatibility recommend them as potential candidates for diagnostics purposes (MRI, optical or nuclear Imaging ...) and therapy (hyperthermia, nanovectorization...). The aim of this thesis was to study the influence of the synthesis parameters on the final properties of magnetic zinc doped iron oxide nanoparticles. Two synthesis methods were considered, the co-precipitation and the thermal decomposition. The characterization of the obtained nanoparticles by complementary techniques allowed us to propose a consistent relationship between the size, shape and chemical composition on the one hand, and the magnetic properties of the nanoparticles on the other hand. The functionalization of NPs, that is a crucial step for ensuring their biocompatibility and use in magnetic hyperthermia, was also realised and the hyperthermia properties were measured on some typical nanoparticles.

« La médecine- plasma» est le domaine de recherche décrivant les applications médicales des plasmas, principalement à pression atmosphérique. Les plasmas froids sont un état de la matière caractérisé par la présence d'électrons libres ayant une énergie cinétique de plusieurs eV alors même que les ions et les neutres peuvent être à température ambiante. Cet état transitoire, hors équilibre thermique, produit des espèces chimiques très réactives. L’objectif de ce travail multidisciplinaire a été d’évaluer le potentiel anti-tumoral des plasmas-froids. Deux types de dispositifs ont été conçus et fabriqués par impression 3D: des Décharges à Barrière Diélectrique et des jets plasmas. Des études in-vitro et in-vivo ont été menées avec les lignées cellulaires TC1 et CT26. La production d’espèces réactives produites dans un liquide exposé à un plasma a été étudiée afin de comprendre les résultats in-vitro et de comparer les dispositifs plasma entre eux. Différents dispositifs à plasmas ont été réalisés afin d’étudier in-vivo, l’effet de l’énergie déposée lors du traitement sur la peau et les tumeurs. Afin de limiter l’échauffement cutané et les lésions induites un dispositif refroidi à l’azote liquide a été développé. Enfin, une simulation numérique modélisant les transferts thermiques des tumeurs et tissus sous exposition plasmas a permis de quantifier l’hyperthermie et les lésions associées en validant le modèle sur des résulats expérimentaux. Une revue critique d’études in-vivo de « médecine plasma » publiées dans la littérature est proposée afin d’évaluer le rôle de l’hyperthermie dans les effets thérapeutiques observés. / Plasma-medicine is the field of research describing the medical applications of plasmas, mainly at atmospheric pressure. Cold plasmas are a state of matter characterized by the presence of free electrons with a kinetic energy of several electron volts even though the ions and neutrals may be at room temperature. This transient state, apart from thermal equilibrium, produces highly reactive chemical species. The objective of this multidisciplinary work was to evaluate the anti-tumor potential of cold plasmas. Two types of devices have been designed and manufactured by 3D-printing: Dielectric Barrier Discharge and plasma-jets. In-vitro and in-vivo studies were conducted with TC1 and CT26 cell lines. The production of reactive species produced in a liquid exposed to plasma has been studied in order to understand the in-vitro results and to compare the plasma devices with those of other teams. Various plasma devices have been made to study the effect of the energy deposited during the in-vivo treatment of skin and subcutaneous tumors. A device cooled with liquid nitrogen has been developed to limit skin damage induced by heating. Finally, a numerical simulation modeling the heat transfers of tumors and tissues under plasmas exposure enables to quantify the hyperthermia and the associated lesions by validating the model on experimental results. A critical review of in-vivo plasma-medicine studies published in the literature is proposed to evaluate the role of hyperthermia in the therapeutic effects reported.

La Chimio-Hyperthermie Intra-péritonéale (CHIP) s'est révélée comme un traitement efficace et nécessaire pour les cancers d'origine digestive. La combinaison du vecteur hyperthermie et chimiothérapie a prouvé ses résultats cytotoxiques indéniables pour les cellules cancéreuses. Cependant l'application de cette technique à ventre fermé ne garantit pas une homogénéité de la température désirée dans l'ensemble de la cavité abdominale. L'étude développée se focalise essentiellement sur la modélisation de certains aspects de la CHIP et propose une ouverture sur le développement d'une méthodologie de supervision en temps réel et in vivo. Les acquisitions des mesures in vivo s'effectuent à l'aide d'un appareil homologué ; dédié aux CHIP : le CAVITHERM (Société EFS). La modélisation du transfert de chaleur entre le liquide porteur de la chimiothérapie et les différents organes du patient a été abordée. Un modèle adaptatif non-linéaire nonstationnaire reconstituant le procédé dans la cavité abdominale est présenté ainsi que sa validation à l'aide de données réelles ; acquises in vivo au cours de plusieurs CHIP réalisées au sein des Centres hospitaliers partenaires du projet de recherche : CH Lyon-Sud (CHLS) ; CHU Bellevue (Saint-Etienne). Un prototype d'outil informatique " SUP-CHIP " est proposé en vue d'une supervision en emps-réel globale de la CHIP. Cet outil permet aux médecins et aux anesthésistes d'avoir une information globale en temps-réel sur l'évolution de l'état du patient au cours d'une CHIP. Le développement d'algorithmes de commande sur la base du modèle adaptatif de la CHIP et leur intégration dans le cadre d'un système intégré à base de connaissances " SUP-CHIP " fournira un moyen efficace pour la conduite optimale des CHIP in vivo.

La réponse au choc thermique est un mécanisme de défense largement décrit au cours duquel l'expression préférentielle des protéines de choc thermique Hsp aide la cellule à récupérer des dommages causés par l'hyperthermie, comme la dénaturation/agrégation des protéines. Une des conséquences du choc thermique mise en évidence au laboratoire, est l'activation du facteur de transcription NFκB. Cette activation a lieu pendant la période de récupération suivant ce stress. Par comparaison de la réponse au choc thermique de cellules témoins ou déficientes en NFκB, nous avons cherché à étudier les conséquences de l'activation de NFκB par le choc thermique. Nous avons montré que NFκB active un mécanisme augmentant la survie des cellules soumises à une hyperthermie : l'autophagie. L'absence d'induction de ce mécanisme conduit à la mort par nécrose des cellules déplétées en NFκB. Dans ces cellules, l'induction artificielle de l'autophagie restaure une survie normale au stress thermique. Nous avons montré que les principaux régulateurs de l'autophagie (complexes mTOR et PI3Kinase de Classe III) ne sont pas des cibles modulées par NFκB, en réponse à une hyperthermie. En revanche, l'accumulation de protéines dénaturées voire agrégées est un élément primordial pour l'activation de l'autophagie-dépendante de NFκB. En effet dans les cellules déficientes pour NFκB, contrairement aux cellules témoins, l'accumulation de protéines agrégées induite par le traitement hyperthermique, mais aussi par l'expression de formes mutées d'HspB5, n'est pas résorbée ; ceci indique que le contrôle qualité des protéines est altéré dans ces cellules. Cette altération pourrait provenir d'un défaut de formation du complexe BAG3-HspB8 en absence de NFκB. En effet, nous avons montré que la forte expression des gènes bag3 et hspb8, induite suite au stress thermique, est dépendante de NFκB et que l'accumulation du complexe BAG3-HspB8, observé dans les cellules témoins soumises au choc thermique, est inhibée dans les cellules déficientes pour NFκB. Nos résultats démontrent que NFκB induit un processus autophagique en réponse à l'agrégation protéique induite par l'hyperthermie. Ce mécanisme, nécessitant la formation du complexe BAG3-HspB8, augmente la survie des cellules probablement par l'élimination des protéines agrégées générées au cours du stress thermique

La recherche et développement de dispositifs médicaux avec diverses applications en diagnostiques et en thérapie ont été réalisés. Actuellement, tous les systèmes micro-ondes disponibles d'hyperthermie proposent uniquement des traitements avec une puissance élevée de micro-ondes. Dans cette thèse, un nouveau système d'hyperthermie micro-ondes est étudié pour le bénéfice des fonctions de diagnostic et de thérapie. L'utilisation d'un applicateur avec un niveau très faible et inoffensif de puissance micro-ondes permet de faire le premier diagnostic. Le traitement thérapeutique thermique sera effectué en utilisant le même applicateur avec une puissance micro-ondes élevée et adaptée sur la partie pathologique. Des caractérisations micro-ondes large bande de cinq tissus biologiques différents ont été effectuées à différentes températures avec une méthode de sonde coaxiale ouverte et le modèle de ligne virtuelle. Les expérimentations ex vivo d'hyperthermie micro-ondes avec des puissances de quelques watts à 2,45GHz ont été réalisées sur ces tissus d'épaisseurs variées. L'évolution de la température des tissus a été mesurée en utilisant un capteur infrarouge. Les simulations électromagnétiques et thermiques pour les expérimentations ex vivo d'hyperthermie micro-ondes ont été effectuées en utilisant COMSOL Multiphysics avec la méthode des éléments finis et la symétrie axiale 2D en considérant les tissus variés de différentes épaisseurs et puissances micro-onde incidente. Les simulations du modèle correspondent bien aux mesures. Cette recherche illustre la possibilité d'avoir un câble coaxial souple et adapté à la fois au diagnostic et au traitement pour une thérapie mini invasive. / Research and development of medical devices with various diagnostic and therapeutic applications have been carried out in different countries because of the great advances in electronic and electromagnetic devices during recent decades. However, at present, all of available existing microwave hyperthermia system can just offer treatment, by using high microwave power. In this thesis, a new microwave hyperemia system is researched which could have both diagnostic and therapeutic functions. One single applicator is used to measure dielectric properties of tissue with a very low harmless microwave power for diagnosis first. Then thermal therapeutic treatment will be carried out by using the same applicator with higher and adapted microwave power. Microwave broad band characterization of five different biological tissues at different temperatures with an open–ended coaxial probe method and the virtual line model has been carried out. Ex vivo microwave hyperthermia experiments using microwave power of a few Watts at 2.45GHz have been carried out on five tissues of various thicknesses. Temperature evolution of the biological tissues has been measured by using an infra-red senor. Electromagnetic and thermal simulations for ex vivo microwave hyperthermia experiment have also been achieved by using COMSOL Multiphysics software with 2D axisymmetrical finite–element method and considering different tissues of various thicknesses and incident microwave powers. Simulation results correlate well with the experimental ones. This research, illustrates the possibility to have a flexible and feasible coaxial cable for both diagnosis and treatment for a minimally invasive therapy.