Le travail accompli vise le développement de nanoparticules composites d’oxyde de fer potentiellement utilisables dans le domaine biomédical. En effet, les besoins en composites superparamagnétiques biocompatibles sont de plus en plus importants. Grâce à leurs propriétés magnétiques extraordinaires, les nanoparticules d’oxyde de fer sont des composés prometteurs pour une utilisation en tant qu’agent de contraste pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM), pour le marquage et l’imagerie cellulaire ou encore comme agents thérapeutiques. Chacune de ces applications requiert un type spécifique de nanoparticules magnétiques. La stratégie choisie a donc consisté, en premier lieu, à développer une synthèse reproductible de nanoparticules d’oxyde de fer « sur-mesure » dont la distribution de taille serait la plus étroite possible. Cet objectif a pu être atteint grâce à la méthodologie des plans d’expériences. Cet outil statistique offre de nombreux avantages comme la modélisation et l’optimisation de la synthèse. La stabilisation et la fonctionnalisation de la surface de ces nano-objets représente également un point crucial de ce travail. Ces étapes sont en effet nécessaires pour assurer le comportement désiré en milieu physiologique ainsi qu’un greffage ultérieur de vecteurs spécifiques selon l’application biomédicale envisagée. En conclusion, cette thèse de doctorat a permis la mise au point d’une méthode de synthèse versatile de dispersions de particules magnétiques stables pouvant répondre aux besoins des applications thérapeutiques et diagnostiques. Ces nouvelles nanoparticules constituent ainsi une alternative particulièrement intéressante aux ferrofluides actuellement utilisés dans le domaine biomédical.

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Des récepteurs de neuropeptides peuvent être fortement exprimés à la surface descellules tumorales offrant ainsi l’opportunité de les visualiser en imagerie par Tomographie d'Emissionde Positons (TEP) grâce à des analogues radiomarqués au 68Ga, 64Cu ou au 18F, mais également desélectionner des patients répondeurs à une radiothérapie métabolique à l'aide de ces mêmes analogues,radiomarqués au 177Lu ou 90Y. Un exemple phare a été le développement d’analogues radiomarqués dela somatostatine pour l'imagerie (68Ga-DOTATOC) et le traitement (177Lu-DOTATATE) des tumeursneuro-endocrines (TNE). Cette voie diagnostique et thérapeutique s’est récemment amplifiée avecl’identification d'autres neuropeptides et leurs récepteurs (sur)exprimés par les cellules tumorales. Cetravail de Thèse s'est donc déroulé selon plusieurs thématiques dont la première a été la mise en placed'une plate-forme de radiomarquage au 68Ga (une des premières en France) pour introduire l'imageriedes récepteurs somatostatine dans les TNE à Bordeaux (essai clinique GALTEP utilisant le 68Ga-DOTATOC) ou d'autres molécules innovantes (68Ga-PSMA dans le cancer de la prostate). Afind’envisager d'autres applications des récepteurs de la somatostatine nous avons recherché leurexpression dans des lymphomes de Hodgkin. Enfin, nous nous sommes concentrés sur ledéveloppement de deux autres familles de neuropeptides; les récepteurs de la bombésine (GRP-R etNMB-R) et de la neurotensine (NTR1). Nous avons finement caractérisé l'expression du GRP-R dansle cancer du sein et développé une nouvelle classe de radiopeptides pour le ciblage des récepteurs de labombésine. Enfin, nous avons étudié NTR1 dans diverses tumeurs pour fournir le rationnel nécessaireau développement d'analogues de la neurotensine. / Neuropeptide receptors can be highly expressed on the cell surface of tumor cells,paving the way to their visualization with Positron Emission Tomography (PET) using analoguesradiolabeled with 68Ga, 64Cu or 18F, but also to select patients who can benefit fromradiopharmaceutical therapy using similar analogues radiolabeled with 177Lu or 90Y. An example hasbeen the development of somatostatin radio-analogues for imaging (68Ga-DOTATOC) and therapy(177Lu-DOTATATE) of neuroendocrine tumors (NET). This concept has gained insight since thediscovery of other neuropeptides and their receptors (over)expressed on diverse tumors. This PhD hasbeen conducted according to several axis, the first being the establishment of a 68Ga-radiolabelingplatform (among the first in France) to introduce somatostatin receptor PET imaging of NET inBordeaux (clinical trial GALTEP using 68Ga-DOTATOC) but also other innovative molecules (68Ga-PSMA for prostate cancer imaging). Furthermore, to consider other applications of somatostatinreceptors we investigated their expression in Hodgkin's lymphomas. We then mainly aimed atinvestigating possibilities offered by two other families of neuropeptide receptors: bombesin receptors(GRP-R and NMB-R) and neurotensin receptors (NTR1). For the bombesin family, we have wellcharacterized GRP-R expression in breast cancer and developed a novel class of radiopeptide forbombesin receptors targeting. Finally, we studied NTR1 expression in various tumors (notably prostatecancer) to provide molecular basis necessary for the development of neurotensin analogues.

Toutes les interfaces solide-liquide sont potentiellement propices à l’adhésion bactérienne et à la formation de biofilms. Comprendre les mécanismes d’organisation de cette vie sur les surfaces (bioadhésion) constitue un défi scientifique passionnant ; c’est aussi un impératif pour apporter des réponses pertinentes aux questionnements de la société et des industries sur la manière de minimiser les effets délétères des biofilms mais aussi exploiter leurs nombreuses potentialités pour différentes applications. Etudier la bioadhésion, c’est disséquer à l’échelle moléculaire l’ensemble des paramètres physico-chimiques et biologiques qui vont contrôler l’adhésion des cellules aux surfaces, leur prolifération, les interactions entre elles jusqu’à former une structure 3D. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse où nous avons combiné des outils de la physique (imagerie de fluorescence, imageries électroniques) et de la chimie (nanoparticules fluorescentes de polystyrène fonctionnalisées avec des ammoniums quaternaires ou des groupements carboxylates leur conférant respectivement un caractère cationique ou anionique) pour visualiser et quantifier l’adhésion de deux souches bactériennes d’intérêt dans l’industrie alimentaire, Lactococcus lactis et Listeria innocua, un modèle non pathogène de Listeria monocytogenes. Nous avons pu mettre en évidence une microhétérogénéité de charge positive à la surface des bactéries qui joue un rôle significatif aussi bien dans l’adhésion des cellules au substrat que dans la formation des biofilms. / All solid-liquid interfaces are potentially conducive to bacterial adhesion and biofilm formation. Understanding the mechanisms of this life organization on surfaces (bioadhesion) is an exciting scientific challenge; it is also imperative to provide relevant answers to questions of society and industry on how to minimize the deleterious effects of biofilms but also exploit their potential for different applications. Studying bioadhesion requires to dissect all the physico-chemical and biological parameters, at the molecular level, that control cell adhesion to surfaces, their proliferation, the interactions between them to form a 3D structure. It is the purpose of this thesis: physical (fluorescence imaging, electronic imaging) and chemical tools (polystyrene fluorescent nanoparticles functionalized with quaternary ammonium or carboxylate groups, conferring a cationic or anionic character respectively) were combined to visualize and quantify the adhesion of two bacterial strains of interest in the food industry, Lactococcus lactis and Listeria innocua, a non-pathogenic model of Listeria monocytogenes. The results highlight a positive charge microheterogeneity on the bacteria surface that plays a significant role both in cell adhesion to the substrate as in the biofilm formation.les in order to modulate them. Besides the impact on adhesion to glass, the effect on the resulting biofilm growth were also controlled, showing the importance of surface properties of bacteria in the process of bio-contamination of substrates.

Le thrombus artériel, ou thrombus intra-luminal (ILT), est impliqué à des degrés divers dans la majorité des pathologies cardiovasculaires dégénératives. Actuellement, sa détection et sa caractérisation repose sur des techniques d'imagerie morphologique qui ne renseignent pas sur l'évolution possible du thrombus en relation avec son profil d'activités biologiques. Dans ce contexte, l'imagerie moléculaire du thrombus a 3 objectifs principaux : (1) la détection du thrombus initial et la recherche de localisations secondaires, (2) l'évaluation du potentiel évolutif du thrombus et de son impact sur les tissus environnants en relation avec son activité biologique, (3) l'évaluation précoce de l'efficacité thérapeutique (avant une modification morphologique). L'objectif de ce travail a été de développer des agents d'imagerie moléculaire des activités biologiques de l'ILT. En ce qui concerne l'activité proagrégante du thrombus artériel, nous avons mis en évidence le lien existant entre l'intensité du signal en Annexine A5 radiomarquée détecté in vivo et l'intensité de l'activité proagrégante dans un modèle d'endocardite infectieuse. Nous avons développé un nouveau traceur élaboré sur la base d'un ligand naturel et de haute affinité (le fucoïdan) de la P-sélectine exprimée par les plaquettes activées, puis validé sa capacité à détecter in vivo le thrombus artériel. En ce qui concerne l'activité plasminergique du thrombus artériel, nous avons utilisé l'aprotinine radiomarquée pour détecter la plasmine dans le thrombus anévrysmal humain ex vivo, puis entamé une collaboration pour optimiser son radiomarquage en utilisant un tag peptidique sans cystéine en position N-terminale. Parallèlement nous avons développé une nouvelle approche basée sur un inhibiteur peptidique conjugué à un agent chélateur bifonctionnel / Arteriel or intra-luminal thrombus (ILT) is involved to various degrees in most of the degenerative cardiovascular diseases. Its detection and characterization is currently based on morphological imaging techniques that do not provide information about its possible evolution in relation to biological activities profile. In this context, molecular imaging of thrombus has three main objectives: (1) detection of the initial thrombus and of secondary locations, (2) evaluation of the thrombus evolutive potential and its impact on surrounding tissues in relationship with its biological activity, and (3) early assessment of therapeutic efficacy (before morphological changes). The aim of this work was to develop molecular imaging agents of biological activities of ILT. Regarding the proaggregant activity, we demonstrated a relationship between annexin A5 signal intensity and vegetation proaggregant activity in a model of infective endocarditis. We also developed a novel P-selectin imaging agent based on a natural high affinity ligand (fucoidan), and validated its ability to detect ILT in vivo. Regarding the plasminergic activity of ILT, we used radiolabelled aprotinin to detect plasmin in human aneurysmal thrombus ex vivo; we also initiated a collaboration to optimize its radiolabelling using a cystein-free tag peptide in N-terminal position. In parallel we developed a new approach based on a peptide inhibitor conjugated with a bifunctional chelating agent

Les intégrines sont des protéines membranaires hétérodimériques impliquées dans l'adhésion et la migration cellulaire. Elles sont notamment surexprimées lors de la néoangiogenèse tumorale. Une dizaine d'entre elles reconnaît un motif peptidique RGD (Arg-Gly-Asp) structuré. Des analogues de cette séquence peuvent être utilisés pour la détection précoce de tumeurs et de métastases. Nous avons entrepris de développer de nouveaux traceurs, marqués au 99mTc, spécifiques de l'intégrine alphaVbeta3, et d'identifier les traceurs efficaces par un criblage in vivo qui permet de prendre en compte au plus tôt les aspects de biodistribution et de pharmacocinétique. Ne disposant d'aucun modèle prédictif fiable de la structure des complexes d'oxotechnétium au début de ce projet, nous avons préféré une approche combinatoire pour développer une série de ligands potentiels de l'intégrine alphaVbeta3. <br />Les traceurs ont été obtenus selon deux stratégies : 1) cyclisation d'analogues linéaires de RGD par un motif NS2/S coordinant un cœur oxotechnétium ; 2) assemblage combinatoire de motifs indépendants par coordination du cœur oxotechnétium par le motif NS2+S. La stabilité des traceurs technétiés et de leurs analogues rhéniés a été testée en présence de glutathion et dans le plasma. Une première évaluation in vitro sur intégrine purifiée a montré que l'un des peptides RGD, cyclisé par le rhénium, se lie spécifiquement à alphaVbeta3. Un modèle tumoral (tumeur U87-MG, implantée sur des souris nude) a été validé au laboratoire et une méthode d'analyse du criblage in vivo a été mise au point à l'aide de composés modèles marqués au 99mTc. Il s'avère que les données de biodistribution et le pourcentage d'activité retrouvé dans la tumeur sont encourageants pour les complexes cycliques, bien que l'identification des traceurs efficaces soit rendue difficile par leur instabilité dans les conditions d'analyse.

Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde. Plus de 42 % de cette mortalité est imputable à la maladie coronaire causée par la rupture ou l'érosion de plaques d'athérome vulnérable. A l'heure actuelle, aucune technique ne permet de détecter de manière non invasive les plaques d'athérome vulnérables. La 1ère partie de cette thèse porte sur l'évaluation de nouveaux radiotraceurs pour la détection des plaques d'athérome vulnérables. Les radiotraceurs 99mTc-B2702p, ses 20 dérivés, 99mTc-VP et 99mTc-VINP28, ont été évalués dans un modèle expérimentale de lésion athérosclérotique induite par ligature de la carotide gauche chez la souris Apo E-/- hypercholestérolémique. Seul le dérivé 99mTc-B2702p1 a permis de réaliser l'imagerie de la lésion athérosclérotique chez la souris Apo E-/-. L'angiogenèse myocardique est un phénomène important qui se met en place après un infarctus du myocarde. Expérimentalement, les traitements pro-angiogéniques améliorent les paramètres cardiaques. Cependant, les études cliniques réalisées ne présentent pas de consensus sur l'amélioration de la perfusion myocardique suite à l'administration de ces mêmes traitements. Les techniques d'imagerie utilisées actuellement en clinique ne permettent pas de contrôler l'efficacité des traitements pro-angiogéniques administrés après un infarctus du myocarde. La 2ème partie de cette thèse porte sur la validation du 99mTc-RAFT-RGD dans la détection de l'angiogenèse myocardique. Le 99mTc-RAFT-RGD, administré dans un modèle d'ischémie-reperfusion de rat, a permis de réaliser l'imagerie non invasive de l'angiogenèse myocardique.

L'imagerie moléculaire est aujourd'hui un outil non-invasif essentiel pour le diagnostic de nombreuses pathologies. Les traceurs technétiés sont actuellement les plus répandus car le 99mTc est facilement disponible, abordable et présente des caractéristiques idéales pour l'imagerie. Néanmoins, le développement de traceurs efficaces nécessite un long et coûteux processus d'optimisation souvent empirique. Dans ce contexte, nous avons entrepris le développement d'une plateforme technétiée conçue pour présenter au sein de sa structure de nombreux sites potentiels de fonctionnalisation et compatible avec une approche combinatoire.Dans un premier temps, un ensemble de 12 ligands N3X (X = N, O, S) a été préparé. Chacun d'entre eux présente dans sa structure un motif triazole introduit par chimie-click et intervenant dans la complexation du métal par un de ses atomes d'azote. Nous avons ensuite évalué l'aptitude de ces ligands à chélater le cœur oxotechnétium dans des conditions douces (5 min, température ambiante) compatible avec une utilisation en milieu hospitalier. Le complexe TriaS-99mTc a été formé quantitativement et sa stabilité en plasma murin a été étudiée. Il s'est révélé stable à plus de 90% dans le plasma murin après 6h d'incubation. L'étude in vivo de ce complexe a par la suite révélé une élimination efficace du milieu circulant par la voie urinaire avec une dégradation minoritaire.A titre d'illustration, nous avons ensuite engagé la structure TriaS dans deux approches distinctes pour le développement de traceurs de la néoangiogenèse tumorale en ciblant l'intégrine αvβ3. D'une part, dans le cadre d'une approche intégrée, plusieurs complexes fonctionnalisés, mimes de RGD, ont été obtenus. Dans chaque cas, l'adjonction de groupements fonctionnels n'a pas affecté l'efficacité de la chélation. En outre la stabilité en plasma est maintenue à un niveau très correct. D'autre part, nous avons développé une approche bifonctionnelle dans laquelle le motif c(RGDfK) joue le rôle de molécule ciblante. Dans ce cas, un motif variable (ici un PEG) peut être introduit par chimie combinatoire pour moduler la solubilité, la biodistribution, et l'excrétion des traceurs.

La maladie coronaire représente un problème majeur de santé publique. Sa manifestation la plus sévère, le syndrome coronarien aigu, est en grande majorité lié à la rupture de plaques d'athérome vulnérables. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur l'étude pré-clinique de la plaque d'athérome dans un modèle murin : la souris déficiente en apolipoprotéine E (apoE-/-).La rupture des plaques d'athérome vulnérables survient à la suite d'une élévation des contrainte mécaniques au niveau de la capsule fibreuse. Une première partie de ce travail de thèse porte sur l'évaluation de la contrainte présente dans la paroi des vaisseaux de souris apoE-/- porteuses de lésions athéromateuses. Ces lésions présentent une faible rigidité et en conséquence de faibles contraintes. Ces observations donnent un élément d'explication de l'absence de rupture dans ce modèle animal.Les plaques d'athérome vulnérables présentent une inflammation importante ; l'imagerie de l'inflammation vasculaire est une approche pertinente pour l'identification des plaques d'athérome vulnérables. Une seconde partie de ce travail de thèse porte sur l'imagerie de l'athérosclérose en ciblant le processus inflammatoire chez la souris apoE-/- avec d'une part l'évaluation de radiotraceurs peptidiques développés au sein du laboratoire et décrits comme ligands de la molécule d'adhésion VCAM-1, surexprimée dans le contexte inflammatoire, et d'autre part l'évaluation du [18F]-fluorodésoxyglucose (FDG), décrit pour s'accumuler dans les cellules inflammatoires et le tissu adipeux brun. L'évaluation poussée des peptides originaux a mis en évidence un manque de robustesse dans leur comportement biologique. D'autre part, une captation similaire de FDG a été observée dans les lésions athéromateuses et du tissu le brun péri-aortique se trouvant à proximité chez la souris apoE-/- . Cette limitation souligne la nécessité de l'optimisation des procédés expérimentaux destinés à l'évaluation de l'inflammation des lésions d'athérosclérose avec le FDG dans ce modèle animal. / Coronary artery disease is a major healthcare issue. Acute coronary syndrome is mainly caused by the rupture of vulnerable coronary plaques. This thesis focused on the preclinical study of atherosclerosis in a mouse model: the apolipoprotein E-deficient mouse (apoE-/-).Vulnerable plaque rupture is caused by an elevation of mechanical stress in the fibrous cap of atherosclerotic plaques. The first part of this thesis focused on the parietal stress evaluation in atheromatous lesions from apoE-/- mouse vessels. Atherosclerotic tissue showed low stiffness resulting in low levels of mechanical stress in atheromatous lesions. The low level of mechanical stress might account for the atherosclerotic plaque stability in this animal model.Rupture-prone vulnerable atheromatous plaques are highly inflammatory; vascular inflammation imaging appears therefore as a relevant strategy for vulnerable plaque imaging. The second part of this thesis dealt with atherosclerosis imaging in the apoE-/- mouse model, firstly with the evaluation of original peptidic radiotracers described as a VCAM-1 binders, an adhesion molecule over-expressed during inflammation, and secondly with the evaluation of [18F]-fluorodeoxyglucose (FDG), which was shown to accumulate in inflammatory cells and in the brown adipose tissue (BAT). Advanced evaluation of peptides revealed a lack of robustness in their biological behavior. A similar FDG uptake was observed in the atherosclerotic lesions and in the periaortic brown adipose tissue of apoE-/- mouse found in the vicinity. This potential confounding factor emphasizes the need to carefully design preclinical studies using FDG for the evaluation of lesion inflammation in this animal model.

L’imagerie moléculaire est un nouveau domaine de la recherche biomédicale qui peut être défini comme l’observation non invasive d’un processus biologique au sein d’organismes vivants. Cette technique nécessite l’utilisation d’un agent de contraste, une molécule composée d’un vecteur se liant spécifiquement à un marqueur du processus biologique étudié et d’un contrastophore permettant l’acquisition du signal. L’objectif de cette thèse est de développer un agent de contraste permettant de diagnostiquer la présence de plaques d’athérome. L’athérosclérose est une pathologie inflammatoire chronique, caractérisée par l’accumulation de cholestérol, sous forme de plaque appelée « athérome », dans la paroi des moyennes et grosses artères. Les complications majeures de l’athérosclérose surviennent lorsque ces plaques obstruent le flux sanguin, localement ou lors de leurs ruptures. Ces phénomènes de thrombose sont à l’origine des infarctus et des accidents cardio- ou neuro-vasculaire, premières causes de mortalité dans les pays développés. Nous avons choisi le peptide comme outils de vectorisation. Mon travail a consisté en l’étude et la caractérisation de l’interaction de peptides envers les bio-marqueurs de la plaque d’athérome. Dans un second temps, j’ai effectué un travail de pharmacomodulation afin d’améliorer les propriétés physico-chimiques de ces peptides. Ainsi, nous avons synthétisé le traceur Ga-P04087 qui répond à tous les critères du cahier des charges et qui est actuellement en phase pré-clinique. / Molecular imaging is a new domain of biomedical research which can be defined as the non-invasive observation of a biological process within the living body. This technique requires the use of a contrast agent, a molecule composed of a vector targeting a biomolecule specifically expressed during the studied biological process, and a contrastophore allowing the acquisition of the signal. The aim of this work is to develop a contrast agent to diagnose the presence of atheromatous plaques. Indeed, atherosclerosis is an inflammatory chronic disease, characterized by the accumulation of cholesterol, in the form of plaques called "atheroma", in the wall of the average and broad arteries. The major complications of atherosclerosis arise when these plaques block the blood flow, locally or after they break free and are released in the artery. These phenomena of thrombosis are at the origin of myocardial and cerebral infarctions, first causes of death in all developed countries. We chose the peptide as tool of vectorisation, and my work consisted of studying and characterizing the interaction of these peptides to three different biomarkers of atherosclerosis. Secondly, I used various tools developed in our lab to conduct a pharmacomodulation campaign based on these compounds, in order to improve their physicochemical properties. We also achieved the synthesis of the tracer Ga-P04087 who answers all the criteria of the specifications and who is now in preclinical phase.