La pollution médicamenteuse est effective dans les compartiments hydriques de l'environnement. Les stations d'épuration et de potabilisation ne réussissent pas à éliminer la totalité des molécules présentes dans les eaux usées, et leur rendement d'épuration est variable en fonction des familles thérapeutiques. De ce fait, des résidus médicamenteux sont retrouvés dans les eaux destinées à la consommation humaine. C'est pourquoi l'objectif de notre travail était d'évaluer les risques pour la santé des populations qui consomment une eau potentiellement chargée en résidus médicamenteux. Dans un premier temps, nous avons donc identifié la nature de la contamination pharmaceutique des eaux usées et des eaux destinées à la consommation humaine. Le nombre important de spécialités pharmaceutiques présentes rend impossible une analyse successive du risque pour chaque molécule, nous avons construit une méthode de hiérarchisation destinée à identifier rapidement les principes actifs présentant un risque plus important, afin de dérouler prioritairement la méthode complète d'EQRS pour ces produits pharmaceutiques. Cette partie de notre travail a permis d'une part d'identifier les critères à prendre en compte pour une optimisation de la hiérarchisation. Puis, nous avons pu sélectionner 12 molécules pour lesquelles une EQRS pourrait être mise en place. Nous avons décidé de nous focaliser sur l'évaluation quantitative du risque lié à la consommation d'eau polluée par des traces de trois molécules cytostatiques identifiées comme prioritaires lors du déroulé de notre méthodologie de hiérarchisation : l'ifosfamide, le cyclophosphamide et le 5FU ainsi que pour un mélange équi-concentration de ces trois médicaments. Des tests de toxicité (bleu Trypan, comètes, micronoyaux) nous ont aidés à analyser la relation dose-réponse pour ces molécules. Ainsi, nous avons pu identifier le potentiel dangereux de ces substances, évaluer leur relation dose-réponse, puis analyser l'exposition professionnelle et environnementale des populations, pour enfin calculer le risque. Les conclusions de notre EQRS sont à relativiser en raison du caractère préliminaire de nos données / The drug pollution is effective on environmental water compartments. Sewage treatment plants and water purification fail to remove all the molecules present in wastewater and their removal rate varies according to therapeutic classes. Therefore, pharmaceuticals residues are found in human consumption water. The aim of our study is to build a risk assessment to the health of the population who consume water which contain pharmaceuticals residues. As a first time, we identified the nature of the pharmaceutical wastewater contamination and human consumption water. The large number of medicinal products makes it impossible risk assessment for each molecule, we built a hierarchical method for quickly identification of active substance having a higher risk to make a complete sanitary risk assessment for these pharmaceuticals. This part of our work, allowed us to, in first step, identify the criteria to be taken into account for optimizing hierarchy. Then, we could select 12 molecules for which sanitary risk assessment could be implemented. We decided to focus on the quantitative risk assessment of the consumption of polluted water with traces of three cytostatic molecules identified as priorities with our ranking methodology: ifosfamide, cyclophosphamide and 5- FU and a mixture of these three drugs with same concentrations. Toxicity test (Trypan blue, comets assay, micronuclei test) helped us to analyze the dose-response relationship for these molecules. Thus, we could identify the hazardous potential of these substances, assess the dose-response relationship, and analyze occupational and environmental exposure of population to finally calculate the risk. Our sanitary quantitative risk assessment conclusions must be considered with caution given the nature of preliminary data

La pollution des eaux superficielles et souterraines par des composés organiques est bien connue comme une préoccupation majeure de l'environnement dans de nombreux pays. Si les polluants prioritaires sont actuellement surveillés par la directive cadre européenne sur l'eau, il est désormais urgent de prendre en considération les nouveaux polluants dérivés de principes actifs des produits pharmaceutiques et d'identifier leurs produits de transformation à risque. Ce travail de thèse propose une étude globale sur l'état et l'avenir des produis pharmaceutiques dans l'environnement, sur l'exemple de deux pharmaceutiques choisis, dans le cadre de cette importante problématique environnementale. Nous avons donc appliqué les procédés électrochimiques d'oxydation avancée, électro-Fenton (EF), oxydation anodique(OA) et photoélectro-Fenton solaire (PEFS), ainsi que le couplage électro-Fenton/traitement biologique pour une élimination effective des polluants médicamenteux furosémide et ranitidine. Les résultats obtenus confirment l'efficacité de ces technologies électrochimiques pour la minéralisation quasi-totale des produits pharmaceutiques étudiés. En outre, l'utilisation du pré-traitement par EF suivi d'un procédé biologique confirme la capacité de l'EF de transformer les polluants organiques en produits biodégradables qui peuvent être consommés par des microorganismes lors d'un traitement biologique, démontrant ainsi l'applicabilité potentiel de cette technique combinée, en termes d'une consommation énergétique réduite. L'identification des produits de transformation (PTs) des pharmaceutiques étudiés par voie électrochimique (électro-oxydation) et biologique (bioconversion) a été effectuée par différentes techniques d'analyse physico-chimiques. La biotransformation du FRSM a conduit à la formation de trois PT principales; saluamide, pyridinium et un dérivé céto-alcool. Les deux premiers ont aussi été détectés lors du traitement électrochimique, ce qui suggère la probabilité de les trouver dans l'environnement comme les produits de transformation les plus plausibles par des différentes conditions de dégradation. Les tests de toxicité basés sur l'inhibition de la bioluminescence des bactéries marines Vibrio fischeri ont montré que certains PT formés lors de traitement électrochimiques sont plus toxique que la molécule mère, car une augmentation de la toxicité globale de la solution a été observée au début des électrolyses. Néanmoins, la toxicité de la solution est complètement éliminée à la fin des traitements électrochimiques, ce qui indique l'efficacité de ces technologies aussi pour la détoxification des solutions des médicaments traités. Par conséquent, cette étude constitue une contribution importante à l'évaluation des risques environnementaux des produits pharmaceutiques / The present project contributes with valuable data for a better fundamental understanding on the fate of pharmaceutical residues in the environment, dealing with the main challenges concerning this increasingly worrying environmental issue. The used Electrochemical Advanced Oxidation Processes (EAOPs), electro-Fenton (EF) and anodic oxidation (AO), showed to be a very efficient alternative for the mineralization of acid solutions of the pharmaceuticals RNTD and FRSM, attaining almost complete mineralization of the drugs after 6h of electrolysis. A comparative study on the mineralization of RNTD solutions by EF and SPEF processes in a 2.5 L capacity pre-pilot flow plant demonstrates the higher oxidation capacity of SPEF, achieving very good mineralization rates, thus evidencing the potentiality of this technology at greater scale for the treatment of wastewaters containing pharmaceutical products. The application of an EF pre-treatment coupled with a biological process for the degradation of both drugs was conducted. EF pre-pretreatment was capable of enhancing the solution biodegradability envisaging a biological treatment, which efficiently removed the short-chain carboxylic acids that had been formerly generated during the pre-applied electrolysis. In this way, the combination of both processes was confirmed as a very promising technology for the treatment of pharmaceuticals-containing wastewater. Several transformation products (TPs) were detected and identified during the electrochemical oxidation of the studied drugs. Toxicity tests based on the bioluminescence of the marine bacteria V. fischeri. evidenced the toxicity some of these oxidation by-products, since the toxicity of the solution increased on the first stages of the electrolysis. However, the abatement of the toxicity in the final stages of the electrochemical treatments, demonstrated the effectiveness of these technologies for both the mineralization and detoxification of the RNTD and FRSM solutions. The use of the fungi Cunninghanella echinulate for the bioconversion of FRSM led to the formation of three main bio-transofrmation products: the previously identified saluamide and pyridinium, and the new detected keto-alcohol derivate. These TPs were generated by both, biological and electrochemical approches, evidencing their high probability to be found in environmental compartments as the most likely TPs of FRSM by different oxidation conditions. This study is thus presented as a very useful alternative for the assessment of the fate of pharmaceutical residues in the environment

Du fait de sa consommation en plein essor et d’une élimination partielle par les procédés conventionnels de traitement des eaux, l'ibuprofène, un médicament anti-inflammatoire non stéroïdien, a été détecté dans les ressources en eau, suscitant de plus en plus d'inquiétude quant à son impact possible sur l'environnement et la santé. Par ailleurs, les procédés d'oxydation avancée (POA), parmi lesquels la réaction Fenton, ont montré d’excellents résultats pour l'élimination de divers composés organiques. Traditionnellement basé sur l'utilisation du peroxyde d'hydrogène et des ions ferreux en solution, l'application à grande échelle de ce POA est encore limitée par une fenêtre de pH étroite (2 à 4) et une récupération difficile du catalyseur à base de fer. Ce travail a étudié l'oxydation Fenton de l'ibuprofène et l'activation de la réaction par irradiation ultrasonore (US) et rayonnement ultraviolet/visible (UV/Vis) et de manière à abaisser la concentration de fer dissous ou à améliorer l'activité de catalyseurs hétérogènes. A cet effet, on a d'abord évalué l'efficacité des POA individuels homogènes (sonolyse, photolyse, sono- et photo-oxydation avec H2O2, oxydation Fenton), en fonction de paramètres opératoires tels que la longueur d'onde lumineuse et la fréquence ultrasonore. Ensuite, on a examiné leurs combinaisons deux-par-deux et globale (sonophotolyse, oxydation sono-, photo- et sono-photo- Fenton) en mettant l'accent sur l'identification d'effets synergiques. En particulier, les oxydations US/Fenton et Vis/Fenton se sont révélées plus efficaces que la somme des procédés individuels grâce à la sono- et photo-régénération des ions ferreux. Ces résultats ont également servi de référence pour l'évaluation des systèmes hétérogènes. Parmi les solides testés, on a montré qu’une zéolite dopée au fer (de type Fe/ZSM5) était un catalyseur prometteur pour l'oxydation de l'ibuprofène par le peroxyde, en raison d'une efficacité élevée à pH naturel et d’une faible lixiviation du fer. Cependant, dans ce cas, on n’a observé au mieux qu'une addition d’effets des ultrasons ou de la lumière et de l'oxydation Fenton hétérogène. Outre la conversion du polluant et du carbone organique total (COT), la formation des principaux produits de dégradation a été suivie pour différents procédés et des voies possibles de dégradation ont été proposées. L’effet matrice a également été examiné en utilisant un effluent de station, qui a eu pour conséquence de réduire la performance de tous les procédés d'oxydation, en raison d'un pH tampon alcalin ou de l’atténuation de la lumière. / Due to booming consumption and only partial removal by conventional water treatment processes, ibuprofen, a non-steroidal anti-inflammatory drug, has been detected in water resources, raising increasing concerns for possible environmental and health impact. On the other hand, advanced oxidation processes (AOPs), among which Fenton reaction, have shown successful results forremoval of various organic compounds. Traditionally based on the use of hydrogen peroxide and ferrous ions in solution, large-scale application of this AOP is still limited by narrow pH window (2 to 4) and uneasy recovery of iron catalyst. This work investigated Fenton-based oxidation of ibuprofen, and reaction activation by ultrasound (US) irradiation and ultraviolet/visible light (UV/Vis) so as to lower the required concentration of dissolved iron catalyst or improve the activity of heterogeneous counterparts. To that purpose, the efficacy of individual homogeneous AOPs (sonolysis, photolysis, ultrasound/H2O2, light/H2O2, Fenton oxidation) was evaluated first, varying operating parameters such as light wavelength and ultrasound frequency. Then, their two-by-two and overall combinations (sonophotolysis, sono-Fenton, photo-Fenton and sono-photo-Fenton oxidation) were examined with emphasis on the identification of synergistic effects. In particular, combined US/Fenton and Vis/Fenton oxidation were found more effective than the sum of individualprocesses due to sono- and photo-regeneration of ferrous ions. These results also served as a reference for the assessment of heterogeneous systems. Among tested solids, iron-containing zeolite (Fe-ZSM5 type) was shown to be a promising catalyst for peroxide oxidation of ibuprofen due to high efficiency at natural pH and low iron leaching. However, in this case, no more than additive effects was observed between ultrasound/light irradiation and heterogeneous Fenton oxidation. Beside pollutant and Total Organic Carbon conversion, main degradation products were monitored for different processes and some plausible degradation pathways were proposed. Water matrix impact was also addressed using wastewater plant effluent, which resulted into hindered performance of all oxidation processes either due to alkaline buffer or light attenuation effect.

Le cancer de la prostate est une maladie très hétérogène dont le développement est principalement médié par l'action du récepteur aux androgènes. Ceci a donc résulté en une émergence de thérapies ciblant spécifiquement la voie du récepteur aux androgènes afin de traiter la maladie. Toutefois, tous les patients traités avec ces stratégies thérapeutiques développeront une résistance à celle-ci par des mécanismes dépendants et indépendants du récepteur aux androgènes. Comme la réponse clinique peut seulement être évaluée trois mois après le début de la thérapie, il est primordial de développer un test permettant de prédire précocement la réponse aux traitements. Ceci permettrait d'orienter, le plus rapidement possible, les patients réfractaires vers des thérapies alternatives. L'objectif principal de cette thèse était donc de développer des outils moléculaires afin d'étudier la réponse thérapeutique et l'impact des différents mécanismes de résistance sur celle-ci. Mes travaux présentés dans le chapitre 1 ont démontré qu'il était possible de suivre dynamiquement par imagerie à bioluminescence la réponse aux traitements de cellules cancéreuses prostatiques en immobilisant les cellules isolées grâce à un biofilm de matrice extracellulaire. Afin de suivre la réponse aux anti-androgènes spécifiquement dans les cellules cancéreuses prostatiques, un premier biosenseur basé sur l'activité de deux promoteurs spécifiques a été développé dans le chapitre 2. Celui-ci intègre l'activité du promoteur PCA3, qui est spécifique au cancer de la prostate, et du promoteur PSEBC, qui est sensible aux androgènes, afin de générer un signal luminescent quantitatif et représentatif de la réponse androgénique. Grâce à ce système, la sensibilité de cellules cancéreuses prostatiques isolée de patients naïfs et résistants aux anti-androgènes a pu être corrélée avec la réponse clinique des patients. L'applicabilité de ce biosenseur est toutefois limitée aux cellules exprimant un récepteur aux androgènes transcriptionnellement actif. Un deuxième système exploitant les capacités de la Cre recombinase à décoder l'activité des promoteurs PCA3 et PSEBC en deux signaux bioluminescents spectralement distincts a donc été développé dans le chapitre 3. Ce deuxième système combine tous les avantages et capacités du premier, tout en permettant la détection de cellule n'ayant pas d'activité androgénique. Celui-ci permet donc de visualiser des mécanismes de résistance complexes qui peuvent être indépendants ou dépendants du récepteur aux androgènes et qui collaborent pour échapper aux effets inhibiteurs des anti-androgènes. Les outils développés peuvent cibler et détecter avec précision les cellules épithéliales de cancer de la prostate ainsi que leur réponse aux thérapies. Les travaux de cette thèse ont ainsi ouvert la voie à de nouvelles techniques et connaissances sur des méthodes de diagnostic et de pronostic pour le cancer de la prostate. Ultimement, cela permettra d'améliorer le choix des traitements disponibles afin d'augmenter la qualité de vie des patients. / Prostate cancer is a very heterogeneous disease and its growth is driven mainly by the androgen receptor transcriptional activity. This has led to the development of androgen deprivation therapy as the main treatment of this disease to prevent its progression. However, almost all patients receiving these therapies will develop resistance through the acquisition of androgen receptor dependent and independent mechanisms. The challenge of prostate cancer management is largely due to drug-refractory sub-populations with in heterogeneous tumors. Only few biomarkers have been validated for clinical use and none of them address complex anti-androgens response heterogeneity. The main objective of this thesis was to develop bioluminescence imaging systems to detect and monitor prostate cancer cells therapeutic response. In chapter 1, we have developed an extracellular matrix biofilm coating method to dynamically follow by bioluminescence imaging heterogenous treatment response of prostate cancer cells. In chapter 2, a first biosensor based on the activity of two specific promoters was developed to monitor antiandrogens response specifically in prostate cancer cells. This system integrates a transcriptional amplification system and the activities of the PCA3 and PSEBC gene promoters as a single output driving the firefly luciferase gene reporter. The PCA3 promoter provides the specificity to PCa cells, while the PSEBC promoter measures AR transcriptional activity. When tested on different cohorts of patients from primary PCa to mCRPC, our method could discriminate the overall response of a patient to antiandrogens. However, the applicability of this biosensor is limited to cells expressing a transcriptionally active androgen receptor. A second system exploiting the capacities of Cre recombinase and decoding PCA3 and PSEBC promoter activity in two spectrally distinct bioluminescent signals was therefore developed in chapter 3. This second system combines all the advantages and capacities of the first system, but also allows the detection of prostate cancer cells with no androgenic activity. This method visualizes complex androgen receptor independent and dependent resistance mechanisms and their interactions together to escape from antiandrogen inhibitory effects. The tools developed in this thesis can specifically target and detect prostate cancer cells and their response to therapies. Thus, they have the potential to play an important role in patients therapeutic management and therefore improve their overall survival.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les nanomatériaux attirent l’attention dans le domaine biomédical en raison de leurs propriétés liées à leur taille. Les nanoparticules métalliques, plus particulièrement, possèdent un plasmon de surface localisé leur conférant une signature d’extinction de la lumière caractéristique. Bien que l’argent possède de meilleures propriétés plasmoniques, l’or est habituellement préféré pour des applications médicales, puisqu’il est stable en conditions biologiques en plus d’être biocompatible. Ce projet a donc pour objectif d’exploiter les propriétés des nanoparticules d’or dans le cadre de deux applications : le relargage contrôlé de médicaments et la détection d’analytes en milieu cellulaire. Dans un premier temps, des nanobâtonnets d’or possédant une bande plasmonique dans le proche infrarouge sont utilisés afin de développer des nano-véhicules pour le transport actif de médicaments. Ces bâtonnets sont entourés d’une couche de polymère thermosensible permettant l’encapsulation et le transport de biomolécules jusqu’au site biologique d’intérêt. Un laser dans le proche infrarouge est utilisé comme stimulus externe pour déclencher le relargage des molécules bioactives en causant une augmentation locale de température autour des nanobâtonnets. Ces nouveaux modules sont développés en collaboration avec le Dr. Patrick Mathieu à l’Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec pour étudier la décalcification des valves cardiaques. Le second projet vise à développer un outil micrométrique pour la détection d’adénosine 5’-triphosphate dans l’environnement des cellules, et ce, en collaboration avec les groupes des professeurs Jean-François Masson de l’Université de Montréal et Joachim Spatz de l’Université d’Heidelberg en Allemagne. Cet outil consiste en une micropipette de verre recouverte de nanoparticules d’or fonctionnalisée avec un aptamère fluorescent qui possède une grande affinité pour l’ATP. Lorsque l’aptamère se lie à sa cible, il se replie sur lui-même, rapprochant ainsi le fluorophore de la surface plasmonique. En microscopie de fluorescence, il est possible de mesurer l’extinction de fluorescence résultant de ce changement de conformation pour quantifier la concentration d’ATP localement. / Nanomaterials have attracted a great deal of attention in the fields of biology and medicine because of their unique properties arising from their small size. Metallic nanoparticles, more precisely, can interact with light in various ways as a result of their localized surface plasmon. Even though silver is the best plasmonic material, gold is usually preferred for medical applications because it is both more stable in biological conditions and biocompatible. Therefore, the objective of this project is to take advantage of the properties of gold nanoparticles in two distinct applications: controlled drug delivery and detection of biomolecules in cell cultures. First, gold nanorods with a plasmon in the near-infrared region are used to develop new nanocarriers for active drug transport. These nanorods are covered with a thermosensitive polymeric shell allowing the encapsulation of bioactive molecules. A near-infrared laser is used as an external stimulus to trigger the release of the drug ¬once the nanocarriers have reached the desired biological location by locally increasing the temperature of the gold nanorods. These new modules are developed in collaboration with Dr. Patrick Mathieu from the Quebec Heart and Lung Institute of Université Laval in order to study the decalcification of heart valves. The second project aims at developing a micrometric tool for the detection of adenosine 5’-triphosphate in the vicinity of live cells, in collaboration with the groups of Prof. Jean-François Masson of Université de Montréal and Prof. Joachim Spatz of Heidelberg University in Germany. This tool consists of a glass micropipette covered with gold nanoparticles and functionalized with a fluorescent ATP-selective aptamer. Upon binding to its target, the aptamer changes conformation to form a hairpin, which brings the fluorophore closer to the plasmonic surface. Using fluorescence microscopy, it is possible to measure the fluorescence quenching resulting from this change of conformation, and thus to quantify the concentration of ATP locally.

Titre de l'écran-titre (visionné le 9 avril 2024) / Recouvrant la glace surélevée de Ward Hunt (traduction libre de *Ward Hunt Ice Rise, WHIR*) (Nunavut, Canada), des trous reconnus comme étant des points chauds de diversité microbienne avec des taux d'infection virale très élevés y sont retrouvés. La WHIR est actuellement stable, mais elle fait face aux conséquences des changements climatiques drastiques. Ce milieu naturel est éloigné des activités anthropiques et peut servir de référence avant d'être irréversiblement impacté. De plus, les communautés microbiennes des cryoconites ont su développer des gènes de résistance aux antibiotiques (GRA) loin de l'influence anthropique. Ainsi, les objectifs seront de caractériser la diversité et l'abondance virale et bactérienne dans l'eau de fonte et les sédiments des cryoconites. De plus, la présence de GRA, associés ou non aux virus sera identifiée. Les hypothèses sont les suivantes ; i) que les sédiments présentent une richesse relativement élevée de taxons viraux et bactériens par rapport à l'eau de fonte ; ii) que l'eau de fonte et les sédiments hébergeront des taxons spécifiques, entraînant un indice de dissimilarité élevé ; et iii) que les sédiments agiront comme un réservoir naturel de multiples GRA et que les virus joueront un rôle dans la dissémination de ces gènes. Une analyse par métagénomique a permis de conclure que l'eau de fonte présente une diversité microbienne plus élevée en comparaison avec les sédiments et que huit familles de GRA ont été retrouvées dans les sédiments de cryoconites, mais aucun GRA n'a été associé aux virus. Cette étude apporte donc de nouvelles données sur la diversité microbienne et recense la présence de GRA des cryoconites de l'Arctique canadien situés sur la WHIR. / Covering the Ward Hunt Ice Rise (Nunavut, Canada), meltwater-filled holes recognized as hotspots of microbial and viral diversity are present. While the Ward Hunt Ice Rise (WHIR) is currently stable, it is experiencing drastic climatic changes. Consequently, this pristine and remote environment can serve as a reference point for the future impacts of climate change. Moreover, cryoconite communities may support antimicrobial resistance gene (ARG) profiles, which have developed in isolation from anthropogenic antimicrobial pollution. Identifying environmentally intrinsic ARGs could serve as a comparative baseline to future community change. The objectives of this work were to characterize viral and bacterial diversity and abundance in meltwater and sediments. Additionally, the presence of ARGs within cryoconites was assessed, as was their association or lack thereof, with viral genomes. The hypotheses are: i) that sediments exhibit a relatively high richness of viral and bacterial taxa compared to meltwater; ii) that meltwater and sediments potentially harbor specific taxa, leading to a high dissimilarity index; and iii) it is hypothesized that sediments will act as a natural reservoir for multiple ARGs, with viruses playing a role in the dissemination of these genes. Metagenomic analyses revealed that meltwater represents the highest microbial diversity compared to sediments. Eight families of ARGs were identified in cryoconite sediments, but none were associated with viruses. This study provides new insights into microbial diversity and documents the presence of ARGs from Canadian Arctic cryoconites in the LIA.

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'amylose réticulé (AR), obtenu suite à la reticulation de l'ami don à haute teneur en amylose par traitement à l'épichlorhydrine, a été introduit au début des années 1990 comme excipient pour la libération contrôlée de médicaments. Divers taux de reticulation de l'amylose peuvent être obtenus en variant le rapport épichlorhydrine / amylose. Les cinétiques de libération de médicaments à partir de comprimés d'AR, en fonction du taux de reticulation du polymère, de la force de compression et de la charge en principe actif ont été étudiés. L'analyse cinétique de la liberation ainsi que l'absence d'une transition polymérique de l'état vitreux à caoutchouteux suggéraient l'implication d'un mécanisme de libération autre que la seule diffusion du principe actif. Une hypothèse d'un mécanisme de libération reposant sur la pénétration de l'eau dans le comprimé provoquant le remplacement des liens amylose-amylose par de nouveaux liens eau-amylose capables de freiner la pénétration de l'eau et la diffusion du principe actif avait été émise. Ce travail constitue la suite logique du développement et de la caractérisation physico-chimique de l'AR utilisé comme excipient pour la préparation de formes à liberation contrôlée de médicaments. La libération de principes actifs peu solubles en milieu aqueux à partir d'une matrice d'AR peut parfois être trop lente et s'effectuer sur plusieurs jours. Pour ces médicaments, la vitesse de libération peut être accélérée en ajoutant une quantité déterminée d'a-amylase dans le mélange pulvérulent d'AR et de principe actif, avant d'effectuer la compression. Une augmentation du contenu en a-amylase dans les comprimés provoque une augmentation marquée de la vitesse de libération et une augmentation de la linéarité des profils de libération, alors que de fortes modifications de la concentration d'a-amylase dans le milieu de dissolution présentent moins d'effet. Pour des concentrations élevées d'a-amylase, l'hydrolyse enzymatique devient le processus prédominant du contrôle de la libération du principe actif. Les profils de libération témoignent de l'influence de deux mécanismes qui régissent le contrôle de libération: i) un gonflement du comprimé accompagné par une diffusion du principe actif et ii) une hydrolyse enzymatique provoquant une érosion du comprimé et une accélération du taux de libération. En-dehors de ses aptitudes pour contrôler la libération de principes actifs, l'AR possède des propriétés liantes et peut aussi devenir un agent de désagrégation. La dureté augmente avec le degré de reticulation jusqu'à un maximum de dureté pour le degré AR-15. Une plus grande proportion d'AR ainsi qu'une augmentation de la force de compression ont pour conséquence d'augmenter la dureté et de diminuer la friabilité des comprimés. La présence de 0.2 % de stéarate de magnésium dans les comprimés contenant de l'AR ne semble pas avoir d'effet sur la dureté et la friabilité. Une étude comparative des propriétés liantes de l'amylose réticulé (AR-8) et de l'amylopectine réticulée à 8 % semble démontrer qu'une augmentation de la teneur en amylose conduit directement à une augmentation de la dureté des comprimés. Les résultats des tests de désagrégation se sont révélés satisfaisants lorsque l'AR 15 est comparé à l'Avicel PH-102®. La vitesse d'absorption d'eau des comprimés augmente lorsque le taux de reticulation de l'amylose augmente suggérant que les propriétés de désagrégation de l'AR (taux de reticulation supérieur à 15 %) soient reliées à une pénétration rapide de l'eau dans les comprimés. La caractérisation de l'AR par analyse d'image a permis de démontrer qu'un gel se forme à la surface des comprimés à base d'amylose réticulé en moins de 10 minutes suivant l'immersion des comprimés dans l'eau. La formation du réseau de gel de la surface vers le centre du comprimé s'effectue progressivement pendant plusieurs heures jusqu'à ce qu'un équilibre de gonflement soit atteint (environ 72 heures). Quelque soit le taux de reticulation, les spectres RMN des comprimés d'amylose réticulé s'apparentent au spectre Va de l'amidon. Suivant l'immersion dans l'eau des comprimés à base d'amylose ayant un faible taux de reticulation, on assiste à la naissance progressive d'un spectre décrivant la forme cristalline de type B de l'amylose caractérisée par la formation de doubles hélices. La gélatinisation, la reticulation et le traitement de l'amidon à haute teneiu- en amylose modifient profondément l'organisation granulaire de l'amidon natif, comme en témoignent les profils de rayons X. Cette modification s'accentue avec l'augmentation du degré de reticulation suggérant que l'hélice simple de l'amylose subit une déformation tant et si bien que la structure devient complètement déformée pour des taux de reticulation très élevés. Les résultats obtenus en FT-IR sont en accord avec les résultats de diffraction de rayons X démontrant que pour les degrés faibles de reticulation, l'association intra- et inter-chaînes d'amylose est favorisée. L'ensemble des études de caractérisation par gonflement, par analyse d'image, par diffraction de rayons X, par FT-IR et par RMN démontrent que la propriété d'excipient pour la libération contrôlée vient, vraisemblablement,de l'habileté de l'amylose de former des gels compacts qui ne s'érodent pas. La gélification s'effectue suite à l'immersion des comprimés dans l'eau et à la transformation de la partie amorphe de l'amylose en une structure thermodynamiquement plus stable constituée d'hélices d'amylose aimelées et arrangées dans une superstructure de type B. La reticulation modérée de l'amidon à haute teneur en amylose implique aussi le greffage des molécules d'amylopectine au sein des longues sections de chaînes d'amylose permettant ainsi l'obtention d'un gel plus souple et élastique, tout en demeurant relativement résistant aux enzymes amylolytiques. L'augmentation excessive du taux de reticulation conduit à la déformation des hélices d'amylose, ce qui a comme conséquence l'inhibition de la réassociation de l'amylose se traduisant par l'augmentation des vitesses de libération des principes actifs. Les temps de libération sont maximaux pour les produits ayant un taux de reticulation modéré ; dans ce cas, les forces de réassociation des chaînes d'amylose seraient parfaitement équilibrées par la souplesse et élasticité du gel résultant de la reticulation impliquant les chaînes d'amylose et d'amylopectine.

La découverte de composés pharmaceutiques est actuellement trop longue et trop coûteuse, et le taux d’échec, trop élevé. Les bases de données biochimiques et génomiques ne cessent de grossir et il est maintenant impraticable d’interpréter ces données. Un changement radical est nécessaire ; certaines étapes de ce processus doivent être automatisées. Les peptides jouent un rôle important dans le système immunitaire et dans la signalisation cellulaire. Leurs propriétés favorables en font des candidats de choix pour initier la conception de nouveaux médicaments et assister la production de nouveaux vaccins. De plus, les techniques de synthèse modernes permettent de rapidement synthétiser ces molécules à faible coût. Les algorithmes d’apprentissage statistique sont particulièrement bien adaptés pour apprendre de façon automatisée des modèles, possiblement biochimiques, à partir des données existantes. Ces méthodes et les peptides offrent donc une solution de choix aux défis auxquels fait face la recherche pharmaceutique. Nous proposons un noyau permettant l’apprentissage de modèles statistiques de phénomènes biochimiques impliquant des peptides. Celui-ci permet, entre autres, l’apprentissage d’un modèle universel pouvant raisonnablement quantifier l’énergie de liaison entre toute séquence peptidique et tout site de liaison d’une protéine cristallisée. De plus, il unifie la théorie de plusieurs noyaux existants tout en conservant une faible complexité algorithmique. Ce noyau s’avère particulièrement adapté pour quantifier l’interaction entre les antigènes et les complexes majeurs d’histocompatibilité. Nous proposons un outil pour prédire les peptides qui survivront au processus de présentation antigénique. Cet outil a gagné une compétition internationale et aura plusieurs applications en immunologie, dont la conception de vaccins. Ultimement, un peptide doit maximiser l’interaction avec une protéine cible ou maximiser la bioactivité chez l’hôte. Nous formalisons ce problème comme un problème de prédiction de structures. Puis, nous proposons un algorithme exploitant les plus longs chemins dans un graphe pour déterminer les peptides maximisant la bioactivité prédite par un modèle préalablement appris. Nous validons cette nouvelle approche en laboratoire par la découverte de peptides antimicrobiens. Finalement, nous fournissons des garanties de performance de type PAC-Bayes pour deux algorithmes de prédiction de structure dont un est nouveau. / The discovery of pharmaceutical compounds is currently too time-consuming, too expensive, and the failure rate is too high. Biochemical and genomic databases continue to grow and it is now impracticable to interpret these data. A radical change is needed; some steps in this process must be automated. Peptides are molecules that play an important role in the immune system and in cell signaling. Their favorable properties make them prime candidates for initiating the design of new drugs and assist in the design of vaccines. In addition, modern synthesis techniques can quickly generate these molecules at low cost. Statistical learning algorithms are well suited to manage large amount of data and to learn models in an automated fashion. These methods and peptides thus offer a solution of choice to the challenges facing pharmaceutical research. We propose a kernel for learning statistical models of biochemical phenomena involving peptides. This allows, among other things, to learn a universal model that can reasonably quantify the binding energy between any peptide sequence and any binding site of a protein. In addition, it unifies the theory of many existing string kernels while maintaining a low computational complexity. This kernel is particularly suitable for quantifying the interaction between antigens and proteins of the major histocompatibility complex. We provide a tool to predict peptides that are likely to be processed by the antigen presentation pathway. This tool has won an international competition and has several applications in immunology, including vaccine design. Ultimately, a peptide should maximize the interaction with a target protein or maximize bioactivity in the host. We formalize this problem as a structured prediction problem. Then, we propose an algorithm exploiting the longest paths in a graph to identify peptides maximizing the predicted bioactivity of a previously learned model. We validate this new approach in the laboratory with the discovery of new antimicrobial peptides. Finally, we provide PAC-Bayes bound for two structured prediction algorithms, one of which is new.