L'infection par le virus de l'hépatite C (HCV) reste aujourd'hui une cause majeure d'hépatite chronique, de cirrhose du foie et de carcinome hépatocellulaire. L'attachement cellulaire et l'entrée de HCV sont médiés par les protéines d'enveloppe E1 et E2. De nouveaux récepteurs ont été récemment identifiés mais l'entrée du virus dans les hépatocytes reste énigmatique et n'a jamais été visualisée. Nous avons tout d'abord caractérisé le modèle des pseudo-particules HCV (HCVpp) encryomicroscopie électronique en transmission (cryo-MET). Ce sont des particules sphériques de 100 nm de diamètre portant à leur surface E1 et E2. Nous avons ensuite visualisé l'entrée des HCVpp dans les hépatocytes en MET conventionnelle en utilisant des lignées d'hépatome et des hépatocytes primaires humains(PHH). Ces derniers maintiennent leur polarité en culture comme en témoigne la persistance de canalicules biliaires, tels que dans les hépatocytes natifs. Après synchronisation à 4°C avec les cellules, les HCVpp sont retrouvées liées aux prolongements cellulaires via des 'piliers', et sont ensuite internalisées à 37°C par endocytose dépendante de la clathrine. Ces 'piliers', actuellement en cours d'identification par immunomarquages, sont internalisés avec les HCVpp dans les hépatocytes au sein de vésicules de clathrine ; ce suivi est effectué par des approches de congélation haute pression et de tomographie électronique. Enfin, les évènements d'endocytose des HCVpp dans les PHH se sont avérés rares, avec une cinétique ralentie comparée aux lignées cellulaires. Ces études en MET soulignent l'importance d'utiliser un modèle cellulaire physiologique polarisé pour l'étude du mécanisme d'entrée de HCV. / Hepatitis C virus (HCV) infection is a major cause of chronic hepatitis, liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Receptor recognition, cell binding and membrane fusion rely on HCV envelope proteins E1 and E2. New receptors were recently discovered; however HCV entry into hepatocytes remains largely unknown and has not yet been visualized. At first, we characterized HCV pseudoparticles (HCVpp) by cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM). They appeared as regular spherical structures of ca. 100-nm, with E1 and E2 at their surface. By conventional TEM, we then visualized HCVpp entry into hepatocytes, using hepatoma cells and primary human hepatocytes (PHH) as a more physiological cell model.PHH maintain their polarity in culture as attested by TEM observation of persistent bile canaliculi. At 4°C, viral particles were primarily found attached to microvilli at the cell surface via molecular bridges and, after warming to 37°C, they were internalized by endocytosis in clathrin-coated pits and vesicles. Using freeze substitution and electron tomographyapproaches, these bridges were found intimately surrounding HCVpp inside the clathrincoated vesicles, suggesting a concomitant internalization. The nature of these bridges is currently under investigation by immunogoldlabeling approaches. Finally, we reproducibly observed less HCVpp internalization events in PHH compared to hepatoma cells, and the kinetics of these events seemed delayed, probably due to PHH polarity. To conclude, ourTEM approach proved powerful to visualize HCV entry, and highlights the importance of studying a physiological cell model to understand HCV entry mechanism.

Ce travail présente les résultats d'un modèle théorique de précipitation de particules Al$_2$Cu dans un alliage d'aluminium de fonderie de type 319 traité thermiquement T7, prenant en compte les équations de la théorie de la coalescence. L'utilisation d'une distribution de taille de particules expérimentale discrétisée comme point de départ du modèle rend possible l'utilisation d'une équation de flux afin de modéliser l'évolution du rayon moyen des particules dans un élément de volume représentatif de l'alliage. L'utilisation d'un schéma numérique implicite permet de ramener la résolution du problème physique à l'inversion d'une matrice tridiagonale. Ainsi, l'évolution du rayon critique de coalescence, du nombre total et de la fraction volumique de précipités sont obtenus pour plusieurs vieillissements. Les résultats du modèle a été confrontés aux résultats des mesures expérimentales qui ont été réalisées à l'aide d'observations en microscopie électronique à transmission et qui ont permis une mesure de la taille des précipités. Ces derniers ont été assimilés à des sphères de volume équivalent aux plaquettes réelles et ont été analysés numériquement. Les résultats fournis par le modèle théorique sont en bon accord avec les mesures expérimentales et ont permis le couplage du modèle de coalescence avec un modèle micromécanique fondé sur la théorie des dislocations et calibré à l'aide d'essais de traction en température. Il permet de déterminer la limite d'élasticité de l'alliage pour un vieillissement jusqu'à 1000h compris entre 23°C et 300°C. La limite d'élasticité est alors assimilée à une somme de trois contraintes~: une contrainte liée à la friction de réseau (contrainte de Peierls), une contrainte liée au contournement des précipités par les dislocations (contrainte d'Orowan) et une contrainte liée à la présence de solution solide. Enfin, des essais de fatigue oligocyclique à différentes températures ont permis de déterminer les variables internes de la loi de comportement macroscopique. Il s'agit d'une loi élasto-viscoplastique de type Lemaitre et Chaboche, à laquelle la limite d'élasticité calculée par le modèle micromécanique est couplée. Ainsi, le comportement physique macroscopique de l'alliage est fonction de la coalescence des précipités. Des calculs 1D ou 3D, par éléments finis, permettent alors de déterminer le comportement général d'une culasse soumise à de la fatigue thermomécanique / This work highlights the results of a theoretical Al$_2$Cu particles coarsening model in a T7 thermal treated 319 aluminum alloy. As an input of the model, the experimental and discretised size distribution of the precipitates, in a 1$mu$m$^3$ representative volume element of the alloy, is used and coupled to a flux equation. The use of a numerical implicit scheme allows us to solve the problem by the inversion of a tridiagonal matrix. Thus, the evolution of the critical radius of coarsening, of the total number and of the volumical fraction of particles are modeled in a range of temperature going from 23°C to 300°C up to 1000h ageing time. Results were then compared to transmission electron microscope observations and are in good agreement with experimental measurements. Hence, the model was then coupled to a micro-mechanical model which is based on the theory of dislocations. It determines the real yield stress of the alloy generated by the interaction of the dislocations with the lattice (Peierls stress), with the precipitates (Orowan stress) and with the atoms in solid solution. Both models were then combined into a mechanical macro-scale model in order to represent the LCF behavior of the material. An elasto-viscoplastic law has been used and all the internal variables were experimentally determined using LCF stress/strain loops for the mechanical steady state. The simulation results are in good agreement with the experiments. Finally, 1D and 3D finite element computations could be run, taking into account the evolution of the microstructure during ageing and its impact on the evolution of the mechanical properties, to determine the head cylinder behavior under thermomechanical fatigue

Les contacts cellulaires sont formés par l'association et la clusterisation des molécules d'adhésion, qui agissent comme des unités d'organisation et de signalisation, garantissant la cohérence et la plasticité des tissus. Bien que les détails moléculaires des complexes d'adhésion soient bien caractérisés, la façon dont ces unités d'adhérence supramoléculaires sont organisés et régulées dans les conditions physiologiques est méconnue. Nous avons développé et appliqué la microscopie super-résolue et une analyse quantitative pour caractériser l'organisation nanométrique de la E-cadhérine dans le tissu épithélial de l'embryon de drosophile. Les molécules individuelles de la E-cadhérine sont localisées en 3D avec une précision de 30 et 100 nm dans des directions latérale et axiale, respectivement. Nous avons constaté que la E-cadhérine existe soit sous forme de monomères ou d'oligomères, contenant jusqu'à une centaine de molécules. La distribution de taille des clusters suit une loi de puissance (sans taille caractéristique). L'analyse de la répartition de clusters à différentes étapes de la morphogénèse indique que l'état d'agrégation est dicté par la concentration de la E-cadhérine aux jonctions. Pour tenter de déterminer comment la clusterisation de la E-cadhérine est régulée, nous avons perturbé l'endocytose et l'ancrage de la E-cadhérine à l'actine, et analysé l'état de clusterisation. / Cell-cell contacts form through binding and clustering of adhesion molecules, which act as organizational and signaling units and ensure coherence and plasticity of tissues. While the molecular details of adhesion complexes are well characterized, little is known about how these supramolecular adhesion units are organized and regulated in physiological conditions. We developed and applied superresolution microscopy and quantitative analysis to characterize the nanoscale organization of E-cadherin clusters in the early epithelial tissue of Drosophilaembryos. E-cadherin molecules at adherens junctions were localized in 3D with precision of 30 and 100 nm in lateral and axial directions, respectively. We found that E-cadherin exists either as monomers or oligomeric clusters, containing up to one hundred molecules. The cluster size distribution follows a power law - referred as scale free with no characteristic size. Analysis of clustering distribution at different stages of tissue morphogenesis indicates that the state of aggregation is dictated by the junctional concentration of E-cadherin. In an attempt to determine how E-cadherin clustering might be regulated, we perturbed endocytosis and anchoring of E-cadherin to actin, and analyzed the state of E-cadherin clustering. While blocking dynamin-dependent endocytic pathways yields increases of junctional E-cadherin concentration and promotes macroscopic aggregates, RNAi knockdown of α-catenin and Par-3 reduces E-cadherin concentration and changes significantly the organization of E-cadherin.

Trois inquiétudes, actuellement, dans le monde de la microbiologie médicale : la fréquence des infections nosocomiales, d'origine bactérienne dans plus de 60% des cas, la multiplication et la dissémination des résistances bactériennes, mais aussi la pénurie annoncée en molécules antibiotiques et antiseptiques. Il est indispensable de trouver de nouvelles molécules antibactériennes, avec un mécanisme d'action innovant. Nous présentons dans cette étude, l'évaluation d'une molécule innovante, calixarène purement synthétique, le para-guanidinoéthylcalix[4]arène (Cx1). Dans une 1ère partie de ce travail, nous avons montré que cette molécule se caractérise par : (i) une activité antibactérienne à large spectre, conservée sur des isolats cliniques tels que les SARM, les ERG ou les EBLSE ; (ii) une activité rapidement bactéricide, concentration-dépendante ; et (iii) une absence de cytotoxicité in vitro. Des interactions de type synergie sont obtenues avec de nombreux antibiotiques (ß-lactamines, fluoroquinolones, rifampicine, acide fusidique, tigécycline…) ; aucun antagonisme n'a été observé. Dans une 2ème partie, nous avons souligné l'absence de sélection de mutants résistants in vitro, après 30 passages, pour S. aureus et P. aeruginosa. Pour E. coli, des mutants résistants stables sont sélectionnés au delà de 15 ou 20 passages, avec un effet inoculum. Enfin, dans une 3ème partie, nous avons recherché la ou les cible(s) du Cx1 par diverses techniques, innovantes (microélectrophorèse, microscopie à force atomique) ou plus classiques (cytométrie en flux, liaison au LPS/LTA). L'ensemble des données recueillies converge vers l'existence d'une cible ou plusieurs cibles pariétales (liaison au LPS et au LTA, à d'autres structures ?). L'activité du Cx1 résulte en une modification des propriétés pariétales (densité de charge de surface, souplesse hydrodynamique, perméabilité membranaire) et en une augmentation de la rigidité bactérienne (pression osmotique). En conclusion, le Cx1 possède un potentiel intéressant en terme de nouvel antibactérien, mais de nombreuses inconnues demeurent encore concernant son mécanisme d'action. Cela laisse ouverte la porte à de nombreuses voies de recherche afin de mieux appréhender les cibles de cette molécule, et d'en optimiser les propriétés. / The progressive reduction of the therapeutic effectiveness of the available antibiotics and antiseptics as a result of the spread of antimicrobial resistance underlines the urgency of the development of new classes of drugs for the treatment of infectious diseases. The major challenge is to find drugs that act against multiple multidrug-resistant strains, with a real new mechanism of action. The work presented here is an evaluation of the potential of the para-guanidinoethylcalix[4]arene (Cx1), as a new innovative antibacterial. In the first part of this work, we have demonstrated that Cx1 possess: (i) a broad-spectrum with an activity conserved against multidrug-resistant isolates such as MRSA, VRE or ESBL-producing Enterobacteriaceae; (ii) a rapid bactericidal and concentration-dependant activity; and (iii) an absence of cytotoxicity in vitro. Checkerboard studies have underlined a large number of synergies with numerous antibiotics (ß-lactamins, fluoroquinolones, rifampicin, fusidic acid, tigecycline…) ; no antagonism have been observed. In the second part, we have showed that Cx1 was not able to select resistant mutants with S. aureus and P. aeruginosa. For E. coli, we have observed resistant mutants beyond 15 or 20 passages, with inoculums effect. In the last part of this work, we have used various techniques in order to elucidate mechanism of action of Cx1: innovative techniques (microelectrophoresis, atomic force microscopy),and other more classical (flow cytometry, LPS/LTA sequestration). All data obtained conduct us to confirm our first hypothesis: Cx1 possess one or many targets on bacterial cell wall, and its activity was translated by wall changes (surface charge density, hydrodynamic properties, membrane permeability), and increase of bacterial rigidity (increase of turgor pressure). In conclusion, Cx1 appears as a good candidate as new antibacterial or adjuvant in anti-infectious therapy, but its real mechanism of action remains unknown. Numerous research ways remain to be investigated in order to better understand of targets of Cx1, and to optimize its antibacterial properties.

Dans les applications nucléaires, les propriétés des matériaux peuvent subir des modifications importantes en raison de l'interaction destructive avec l'irradiation de particules au niveau des microstructures, qui affectent les propriétés globales. L'un des défis associés aux études de matériaux irradiés par des ions, c'est que la couche concernée, ou la profondeur de pénétration, est généralement très mince (0,1-100 um). Cette étude élargit la base des connaissances actuelles en matière de transport thermique dans les matériaux irradiés par des ions, en utilisant une approche expérimentale multiéchelles avec des méthodes basées sur des ondes thermiques. D'une manière pas encore explorée auparavant, quatre méthodes sont utilisées pour caractériser la couche irradiée par des protons dans ZrC : la microscopie thermique à balayage (SThM), la radiométrie photothermique (PTR) avec détection sur la face avant et balayage spatial, la thermographie infrarouge lock-In (IRT), et la PTR tomographique avec balayage en fréquence. Pour la première fois, le profil de conductivité thermique en profondeur d'un échantillon irradié est mesuré directement. Les profils obtenus par chacune des méthodes d'analyse spatiale sont comparés les uns aux autres et à la prévision numérique du profil endommagé. La nature complémentaire des différentes techniques valide le profil mesuré et la dégradation constatée de la conductivité thermique de l'échantillon de ZrC. / In nuclear applications, material properties can undergo significant alteration due to destructive interaction with irradiating particles at microstructural levels that affect bulk properties. One of the challenges associated with studies of ion-Irradiated materials is that the affected layer, or penetration depth, is typically very thin (~0.1-100 μm). This study expands the current knowledge base regarding thermal transport in ion-Irradiated materials through the use of a multiscaled experimental approach using thermal wave methods. In a manner not previously explored, four thermal wave methods are used to characterize the proton-Irradiated layer in ZrC including scanning thermal microscopy (SThM), spatial-Scanning front-Detection photothermal radiometry (PTR), lock-In IR thermography (lock-In IRT), and tomographic, frequency-Based PTR. For the first time, the in-Depth thermal conductivity profile of an irradiated sample is measured directly. The profiles obtained by each of the spatial scanning methods are compared to each other and the numerical prediction of the ion-Damage profile. The complementary nature of the various techniques validates the measured profile and the measured degradation of thermal conductivity in the ZrC sample.

Ce travail de thèse est une approche originale de la compréhension des mécanismes physico-chimiques s'opérant à l'interface des restaurations céramo-céramiques par la microscopie confocale Raman. Il est scindé en trois parties. La première partie expose les caractéristiques d'une chape céramique à noyau zircone (Y-TZP) recouverte d'une céramique feldspathique. Les principaux facteurs responsables de la qualité de l'interface ont été recherchés par une revue de littérature. Le principe de la microscopie confocale Raman a été décrit. La seconde partie est la mise au point des méthodes d'analyse spectrale et d'imagerie Raman, en surface et en profondeur, sur matériaux isolés et à l'interface. La répartition des phases cristallines ou amorphes a été estimée de part et d'autre de cette dernière. La composition chimique élémentaire des composants et une ligne de balayage par traversée de l'interface ont été obtenues par spectroscopie dispersive en énergie (EDS). Le troisième chapitre explore les changements chimiques et morphologiques de l'interface sous différents procédés de fabrication : avec ou sans l'utilisation d'un Liner, avec ou sans utilisation d'une cuisson de régénération de l'Y-TZP. Les images Raman ont été traitées par la fonction d'analyse K-Means Cluster. Une cartographie de la distribution des éléments chimiques a été effectuée par EDS. / This thesis is an original approach to the understanding of the physical and chemical mechanisms operating at the interface of core-veneer all-ceramic restorations by confocal Raman microscopy. It is divided into three sections. The first part describes the characteristics of a zirconia core (Y-TZP) layered with feldspathic ceramic. The main factors affecting the interface have been investigated in the literature review. The principle of confocal Raman microscopy is described. The second part describes the development of spectral analysis and Raman imaging methods, on both the surface and at depth, on isolated materials and at the interface. The allocation of crystalline or amorphous phases was estimated around the interface. The elemental chemical analysis of the components and scanning line through the interface were obtained using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The third section explores the chemical and morphological changes of the interface under different manufacturing methods : with or without an optional liner material between the two components and with or without the use of a regeneration firing of the Y-TZP core. Raman images were processed by K-Means Cluster analysis function. The elemental distribution around the interface was estimated using EDS.

La microscopie STED (stimulated emission depletion ou déplétion par émission stimulée) est une des méthodes les plus répandues de microscopie de super-résolution. Dans un microscope STED, un faisceau en anneau se superpose avec le faisceau d'excitation et éteint les fluorophores en périphérie du faisceau d'excitation par émission stimulée. Au centre de l'anneau, où le faisceau STED a une intensité nulle, la fluorescence reste intacte. Cette technique nécessite un montage complexe dans lequel deux faisceaux laser, en général issus de deux sources différentes, doivent être parfaitement alignés et superposés. Dans ce travail de thèse, nous proposons deux configurations STED qui ont pour but de simplifier le montage et de réduire le coût total d'un tel système. L'idée de base dans les deux cas est d'utiliser la même source laser à la fois pour l'excitation et la déplétion par émission stimulée. Dans la première configuration, nous avons développé une source bicolore originale basée sur un laser Nd-YAG microchip. Ce laser microchip délivre simultanément des impulsions sub- ns à deux longueurs d'onde, 355 nm (excitation) et 532 nm (déplétion), qui sont générés par conversion harmonique à partir d'une émission laser Nd-YAG et offrent l'avantage d'être intrinsèquement alignées et synchronisées. Afin de trouver des colorants appropriés pour cette source particulière, nous avons développé une méthode de caractérisation et testé différents colorants Nous avons construit un microscope à partir de cette source laser et obtenu des images avec une résolution améliorée. La réduction du volume d'excitation a été confirmée par spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS). Cependant, les aberrations chromatiques des optiques utilisées limitent les performances du montage actuel. Une perspective prometteuse serait de combiner le STED à la microscopie à feuille de lumière (SPIM), plus tolérante des défauts d'achromatisme, et nous montrons les premiers résultats de cette approche. Dans la seconde configuration, les aberrations chromatiques ne sont plus un problème puisqu' une seule longueur d'onde est utilisée pour l'excitation (par absorption à deux photons) et la déplétion. En jouant sur la durée de l'impulsion (et donc la valeur de l'intensité crête), un de ces deux procédés peut être favorisé. La fluorescence est excitée à deux photons par une impulsion femtoseconde, puis est éteinte par émission stimulée à un photon avec une impulsion étirée. Nous avons utilisé une technique résolue en temps (Time-Correlated Single Photon Counting - TCSPC) pour étudier l'efficacité de déplétion du colorant DCM en solution. Les simulations numériques montrent que cette méthode peut être appliquée à la microscopie de super résolution. En fin de cette partie, nous présentons les premières images obtenues avec un microscope développé au laboratoire qui permet l'excitation à deux photons et la déplétion à un photon avec une seule longueur d'onde, ainsi que l' amélioration de la résolution observée. Dans ce travail, nous avons donc mis en place expérimentalement, pour la première fois, deux concepts destinés à simplifier en utilisant deux sources laser originales. / Stimulated emission depletion (STED) is a well-known super-resolution method. In a STED microscope, a doughnut-shaped beam is superimposed with the excitation beam and keeps the fluorophores in the periphery of the excitation spot in a dark state by stimulated emission, thus effectively improving the spatial resolution in a scanning configuration. This technique requires a complex setup since two laser beams, generally from different sources need to be perfectly aligned. In this work we propose two STED configurations that will simplify the setup and reduce the total cost of such a system. The basic idea in both cases is to use the same laser source for both excitation and stimulated emission depletion. In the first setup we have developed an original two-color source based on a microchip Nd-YAG laser. This microchip laser simultaneously delivers sub-ns pulses at two wavelengths, 355 nm (excitation) and 532 nm (depletion), which are generated by harmonic conversion from an Nd-YAG laser emission and offer the advantage of being intrinsically aligned and synchronized. Further work consisted in determining suitable dyes for this particular source. We have built a microscope setup based on this laser source and obtained images with an improved resolution. The confirmation of the reduction of the excitation volume is showed by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) measurements. However, the performance of this system is limited by chromatic aberrations. The combination of Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM) with STED is considered. In the second setup the chromatic aberrations are no longer a problem since the same wavelength is used for two photon excitation and one photon depletion. By playing on the duration of the pulse (thus the instantaneous intensity), one of these two processes can be favored. Fluorescence was excited by two photon absorption with a femtosecond pulse, then depleted by one photon stimulated emission with a stretched pulse. We used the Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) method to study the depletion efficiency of DCM dye in solution and numerical simulations show that this method can be applied to super-resolved microscopy. In the end we present the preliminary images obtained with a home-built Two-photon Single wavelength STED microscope and the resolution improvement obtained. Further improvements are to be made to the custom microscope. In this work we have experimentally implemented, for the first time, two concepts meant to simplify the STED setups by using original sources.

Les récepteurs couplés aux protéines G forment une grande famille de récepteurs transmembranaires. De nombreuses études montrent que ces récepteurs présenteraient une tendance à interagir entre eux et à former des oligomères. Ces structures sont toutefois sujettes à controverse. En effet, très peu d'éléments permettent d'affirmer que ces oligomères existeraient dans les tissus natifs, la plupart des caractérisations se faisant en systèmes hétérologues. Nous avons donc développé une approche basée d'une part sur l'utilisation de ligands fluorescents pour marquer les récepteurs dans leur environnement natif et d'autre part sur le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) en temps résolu en utilisant des cryptates de lanthanides, en particulier le Lumi4-Tb. Nous avons ainsi pu montrer et publier l'existence d'oligomères du récepteur de l'ocytocine dans la glande mammaire. Le protocole de cette étude a aussi été publié et a été validé pour la mise en évidence d'hétéro-oligomères, plus précisément entre les récepteurs V1a et V2 de la vasopressine. La poursuite de l'étude de ce phénomène dans les tissus natifs nous a poussés à développer notre propre dispositif de microscopie FRET en temps résolu. Ce dispositif est basé sur un microscope en champ large auquel nous avons ajouté une source laser pour l'excitation pulsée et une caméra CCD Multigate pour la détection. Nous en présentons ici les premiers résultats ainsi que sa validation pour l'utilisation de multiples fluorophores accepteurs avec une contamination minimale par le Lumi4-Tb. Enfin, nous proposons un modèle pharmacologique montrant l'utilisation de ligands bivalents pour étudier le couplage des oligomères. / G-protein coupled receptors form a very large family of transmembrane receptors. Numerous studies have shown that these receptors showed a tendency to interact and form oligomers. These structures are however the matter of great debate. Indeed, very few elements allow us to maintain that these oligomers could exist in native tissues, most studies being carried out in heterologous systems. We have therefore developed an approach based for one part on the use of fluorescent ligands to label receptors in their native environment, and on the other part on time-resolved FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) by using lanthanide cryptates, more specifically Lumi4-Tb. We have thus been able to show and publish the existence of oxytocin receptor oligomers in the mammary gland. The protocol used for this study was also published and validated for the study of hetero-oligomers, more specifically between vasopressin V1a and V2 receptors. Following on our study of oligomers in native tissues, we have developed our own setup to perform time-resolved FRET microscopy. This setup is based on a wide field microscope to which we added a laser source for the pulsed excitation and a Multigate CCD camera for imaging. We are here presenting the first results as well as its validation for the use of multiple acceptor fluorophores with minimal bleed through from the Lumi4-Tb. Lastly, we propose a pharmacological model showing the use of bivalent ligands to study oligomer coupling.

La microscopie à éclairements structurés (SIM) permet théoriquement de doubler la résolution d’un microscope optique standard. Pour atteindre cette limite théorique, le SIM requière un contrôle très précis des illuminations, ce qui le rend coûteux et difficile à calibrer. Cette thèse cherche à simplifier drastiquement le principe du SIM en proposant une approche « aveugle » qui reconstruit une image de l’échantillon à partir d’éclairements aléatoires, i.e., très facile à générer. Cette stratégie permet en théorie l’imagerie super-résolue tout en réduisant fortement le coût de l’instrument. Nous avons étudié du point de vu théorique et algorithmique les performances et les limitations d’un estimateur joint de l’objet et des illuminations (estimateur Blind-SIM joint). Notamment, une reformulation mathématique du problème d’estimation jointe a été proposée qui permet d’analyser l'origine de la super-résolution mais également de proposer des nouvelles stratégies de mises en œuvre très rapides. Une étude empirique a mis en lumière l’impact de la parcimonie et du contenue fréquentielles des illuminations sur le niveau de super-résolution obtenu. L’estimateur joint étant asymptotiquement inconsistant, nous nous sommes également intéressé à définir un « critère de contraste » pour ce problème permettant d’estimer uniquement l’objet d’intérêt. Une étude mathématique de la capacité de super-résolution de ce type d'estimateur a été conduite. Enfin, on a observé un effet de super-résolution en condition réelles sur de nombreux objets, 2 ou 3D, fixe ou mobile, biologique ou non tel que des billes, des podosomes, de l’actine. / Structured illumination microscopy (SIM) allow theoretically to double the super-resolution of a standard optical microscope. However, to reach this theoretical limit, SIM require a precise knowledge of the illuminations, making it costly and difficult to calibrate. The aim of this thesis is to simplify the use of SIM by using a blind approach who allow the use of random illuminations to reconstruct a super-resolved image of the object. This strategy theoretically allow the super-resolution, while maintaining a low cost instrumentation. During those three years of thesis, we have studied theoretically and algorithmically the performances and the limitations of a joint estimator of the objet and the illuminations (joint Blind-SIM estimator). A mathematically equivalent reformulation of the joint problem was proposed allowing us to study the super-resolution origin and to propose a fast and parallelizable new approach. An empirical study has highlighted the impact of parsimony and of the frequency content of the illuminations on the reached super-resolution level. Because the joint estimator is asymptotically not consistent, we also studied a contrast criterion for our problem (typically a marginal likelihood), here only the object of interest is estimated. We have mathematically studied the super-resolution capacity of this kind of estimators. Finally, real data using random illuminations where acquired and we have observed a super-resolution effect using our algorithms on multiples real objects of different kind, 2 or 3D, fix or mobile, biological or not, like beads, podosomes, actines.

Ce projet de thèse s'inscrit dans une dynamique de développement des polyrotaxanes de cyclodextrines pour des applications biomédicales. L'objectif est d'obtenir, par une approche modulaire et convergente, des polyrotaxanes fonctionnalisés pour l'imagerie par microscopie optique dans le proche infrarouge et l'IRM. Une bibliothèque de cyclodextrines fonctionnalisées a été générée par CuAAC entre des fluorophores (BODIPY, Cyanine) ou un agent de contraste (monoamide-DOTA-Gd) et des ?-cyclodextrines mono- ou bis-azotures. Leurs propriétés d'auto-assemblage ont été étudiées sur un axe court et ont permis le développement de [3]rotaxanes fonctionnalisés pour l'IRM dont les expérimentations in vivo ont démontré l'apport bénéfique de la structure supramoléculaire pour les propriétés d'agent de contraste. L'extension de l'architecture aux polyrotaxanes multimodaux a été réalisée par l'utilisation d'un axe polyammonium. Une nouvelle classe d'axes anioniques a été développée avec l'étude cinétique et thermodynamique de l'enfilage sélectif d'une ou deux cyclodextrines sur des monomères diphosphates et montre l'intérêt des pseudo-bouchons phosphates pour le contrôle de la barrière d'activation par le pH. L'extension à une structure pseudopolyrotaxane est obtenue par la synthèse d'un poly(hexylène phosphate) et permet de valider l'utilisation du polymère pour la synthèse de composés fonctionnalisés. En perspective de ces développements, des voies de post-fonctionnalisation des polyrotaxanes, une nouvelle voie de synthèse par polymérisation de pseudo-rotaxanes et l'obtention d'une cyclodextrine pour le relargage contrôlé par stimuli acido-basiques sont abordées. / This PhD project is focused on the development of cyclodextrin-based polyrotaxanes for biomedical applications. The objective is to use a modular building-block approach to synthesize functionalized polyrotaxanes for NIR fluorescence and magnetic resonance imaging. A library of functionalized cyclodextrins was obtained by a versatile ‘click’ reaction between fluorescent probes (BODIPY, Cyanine) or contrast agent (GdDOTA-monoamide) and mono- or bis-azido α-cyclodextrins. Their self-assembly properties were first studied on short axles and allowed the development of functionalized [3]rotaxanes for MRI. In vitro and in vivo studies demonstrated the advantages of the supramolecular approach for the design of contrast agent with an enhancement of the relaxivities and better retention times in kidneys. The strategy was extended to obtain multimodal polyrotaxane architectures based on a poly(alkyl)ammonium thread. A new family of anionic threads based on alkylphosphate moieties was also developed. Thorough kinetic and thermodynamic studies revealed the ability of phosphates to act as pH-responsive stoppers enabling a selective threading of one or two cyclodextrins on small alkanediphosphate threads. Pseudopolyrotaxanes of α-CD were then obtained with poly(hexylene phosphate) and pave the way for the synthesis of functionalized ones. Finally, significant investigations in the post-functionalization of polyrotaxanes, polymerization of pseudo-rotaxanes as new synthetic pathway and pH-switchable rotaxane for controlled release were realized.