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Yes / Poloxamers or Pluronics®-based nanogels are one of the most used matrices for developing delivery systems. Due to their thermoresponsive and flexible mechanical properties, they allowed the incorporation of several molecules including drugs, biomacromolecules, lipid-derivatives, polymers, and metallic, polymeric, or lipid nanocarriers. The thermogelling mechanism is driven by micelles formation and their self-assembly as phase organizations (lamellar, hexagonal, cubic) in response to microenvironmental conditions such as temperature, osmolarity, and additives incorporated. Then, different biophysical techniques have been used for investigating those structural transitions from the mechanisms to the preferential component’s orientation and organization. Since the design of PL-based pharmaceutical formulations is driven by the choice of the polymer type, considering its physico-chemical properties, it is also relevant to highlight that factors inherent to the polymeric matrix can be strongly influenced by the presence of additives and how they are able to determine the nanogels biopharmaceuticals properties such as bioadhesion, drug loading, surface interaction behavior, dissolution, and release rate control. In this review, we discuss the general applicability of three of the main biophysical techniques used to characterize those systems, scattering techniques (small-angle X-ray and neutron scattering), rheology and Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FTIR), connecting their supramolecular structure and insights for formulating effective therapeutic delivery systems. / The Sao Paulo Research Foundation - FAPESP (Grant 2019/20303-4; 2019/14773-8), National Council for Scientifc and Technological Development - CNPq (308819/2022-0), ERASMUS Program Fellowship, and The Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel - Brazil (CAPES) - Finance Code 001.

Miltefosina é uma alquilfosfocolina com atividade antineoplásica. No entanto sua utilização miltefosina é limitada a aplicação tópica devido a seu alto potencial hemolítico. No presente trabalho, a miltefosina foi encapsulada em micelas poliméricas de pluronic F127 (poli(óxido de etileno)-(poli(óxido de propileno)-(poli(óxido de etileno), a técnica utilizada foi o método de hidratação do filme polimérico. Um planejamento fatorial do tipo desenho de composto central (CCD) foi utilizado para investigar o efeito de três variáveis, a temperatura de hidratação, velocidade de agitação e tempo de agitação sobre o diãmetro hidrodinâmico da micela (Dh) e o índice de polidispersão (IP). As micelas poliméricas foram caracterizados mediante espalhamento de luz dinâmico (DLS), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). As micelas obtidas exibiram uma morfologia núcleo-corona esférica com Dh= 29,09 ± 0,168 e IP = 0,105 ± 0,005. A estabilidade física das micelas contendo miltefosina e liofilizadas foi estudada após 3 meses de armazenamento a 4 °C, sendo que as micelas apresentaram elevada estabilidade com baixo índice de polidispersão (0,189 ± 0,008). Ensaios de citotoxicidade in vitro em células HeLa e H358 demonstraram que o efeito citotóxico das micelas foi semelhante ao da miltefosina livre. Adicionalmente, as micelas de pluronic F127 contendo 80 µM de miltefosina não se mostraram hemolíticas, sendo que esse efeito é observado para o fármaco livre (30%). Portanto, a incorporação de miltefosina em micelas poliméricas de pluronic F127 pode ser considerada uma estratégia promissora para viabilizar o emprego desse fármaco, bem como de outras alquilfosfocolinas na terapia do cancer. / Miltefosine is an alkylphosphocholine with antineoplastic activity but limit use to topical application due to high hemolytic potential. In this work we encapsulated miltefosine in polymeric micelles of pluronic F127 (poly-(ethylene oxide)-poly -(propylene oxide)-poly-(ethylene oxide)), the technique used was thin-film hydration method. A central composite design (CCD) was used to investigate the effect of three variables, namely film hydration temperature, stirring speed and stirring time on micelle hydrodinamic diameter (Dh) and polydispersity index (IP). Polymeric micelles were characterized by dynamic light scattering (DLS), differential scanning calorimetry (DSC) and transmission electron microscopy (TEM). The obtained miltefosine-loaded polymeric exhibited core-shell morphology with Dh = 29.09 ± 0.168 nm and PI = 0.105 ± 0.005. Physical stability of the lyophilized pluronic F127-miltefosine micelles after 3 months storage at 4°C showed high stability with low polydispersity index (0.189 ± 0.008). In vitro cytotoxicity against HeLa and H358 cells demonstrated that the cytotoxic effect pluronic F127-miltefosine micelles was similar to free miltefosine. Additionally, pluronic F127 micelles with 80 µM of miltefosine incorporated were found to be no hemolytic, in comparison to an hemolytic potential of 30 % for the same concentration of free drug. Therefore, incorporation of miltefosine in pluronic F127 polymeric micelles can be considered a promissing strategy to broader the use of this drug in cancer therapy, as well as of other alkylphosphocholines.

Miltefosina é uma alquilfosfocolina com atividade antineoplásica. No entanto sua utilização miltefosina é limitada a aplicação tópica devido a seu alto potencial hemolítico. No presente trabalho, a miltefosina foi encapsulada em micelas poliméricas de pluronic F127 (poli(óxido de etileno)-(poli(óxido de propileno)-(poli(óxido de etileno), a técnica utilizada foi o método de hidratação do filme polimérico. Um planejamento fatorial do tipo desenho de composto central (CCD) foi utilizado para investigar o efeito de três variáveis, a temperatura de hidratação, velocidade de agitação e tempo de agitação sobre o diãmetro hidrodinâmico da micela (Dh) e o índice de polidispersão (IP). As micelas poliméricas foram caracterizados mediante espalhamento de luz dinâmico (DLS), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). As micelas obtidas exibiram uma morfologia núcleo-corona esférica com Dh= 29,09 ± 0,168 e IP = 0,105 ± 0,005. A estabilidade física das micelas contendo miltefosina e liofilizadas foi estudada após 3 meses de armazenamento a 4 °C, sendo que as micelas apresentaram elevada estabilidade com baixo índice de polidispersão (0,189 ± 0,008). Ensaios de citotoxicidade in vitro em células HeLa e H358 demonstraram que o efeito citotóxico das micelas foi semelhante ao da miltefosina livre. Adicionalmente, as micelas de pluronic F127 contendo 80 µM de miltefosina não se mostraram hemolíticas, sendo que esse efeito é observado para o fármaco livre (30%). Portanto, a incorporação de miltefosina em micelas poliméricas de pluronic F127 pode ser considerada uma estratégia promissora para viabilizar o emprego desse fármaco, bem como de outras alquilfosfocolinas na terapia do cancer. / Miltefosine is an alkylphosphocholine with antineoplastic activity but limit use to topical application due to high hemolytic potential. In this work we encapsulated miltefosine in polymeric micelles of pluronic F127 (poly-(ethylene oxide)-poly -(propylene oxide)-poly-(ethylene oxide)), the technique used was thin-film hydration method. A central composite design (CCD) was used to investigate the effect of three variables, namely film hydration temperature, stirring speed and stirring time on micelle hydrodinamic diameter (Dh) and polydispersity index (IP). Polymeric micelles were characterized by dynamic light scattering (DLS), differential scanning calorimetry (DSC) and transmission electron microscopy (TEM). The obtained miltefosine-loaded polymeric exhibited core-shell morphology with Dh = 29.09 ± 0.168 nm and PI = 0.105 ± 0.005. Physical stability of the lyophilized pluronic F127-miltefosine micelles after 3 months storage at 4°C showed high stability with low polydispersity index (0.189 ± 0.008). In vitro cytotoxicity against HeLa and H358 cells demonstrated that the cytotoxic effect pluronic F127-miltefosine micelles was similar to free miltefosine. Additionally, pluronic F127 micelles with 80 µM of miltefosine incorporated were found to be no hemolytic, in comparison to an hemolytic potential of 30 % for the same concentration of free drug. Therefore, incorporation of miltefosine in pluronic F127 polymeric micelles can be considered a promissing strategy to broader the use of this drug in cancer therapy, as well as of other alkylphosphocholines.

Cette thèse vise à comprendre l’effet des dynamiques des micelles de copolymères sur leurs propriétés rhéologiques. En effet les copolymères amphiphiles peuvent s'auto-assembler dans l’eau pour former diverses microstructures micellaires sphériques, cylindriques ou lamellaires. Leur dynamique est un paramètre crucial pour définir leur spectre d’applications, en particulier dans le transport de médicaments et dans la synthèse de matériaux méso-structurés. Les micelles se structurent en continu: elles peuvent se former et se dissocier en monomères, se fusionner ou se fragmenter. Nous avons développé une méthode basée sur la fluorescence pour sonder directement les dynamiques micellaires collectives de fusion et de fission dans un bon nombre de copolymères triblocs de la famille PEO-PPO-PEO. Cette thèse se concentre sur l'étude des systèmes micellaires formés par des copolymères triblocs (tensioactifs non ioniques) et les tensioactifs cationiques à des concentrations et des températures où micelles sphériques et micelles cylindriques sont formées. De telles structures peuvent être formées spontanément lorsque le système est soumis à des conditions appropriées de concentration et de température ou à l'induction entre elles en ajoutant des sels inorganiques ou organiques, ou en appliquant des contraintes de cisaillement au système tensioactif/eau.La technique de diffusion de la lumière dynamique (DLS) a été utilisée pour évaluer la transition de la structure dans des solutions micellaires en changeant la température du système et de la structure du système correspondant à des conditions de concentration - température.Des expériences de relaxation de contraintes ont été effectuées où l’assouplissement temporaire de contrainte est mesuré après une déformation instantanée dans des solutions aqueuses de P103. Les temps de relaxation (ou taux) sont comparés avec ceux obtenus par diffusion de la lumière et de leur rapport à la taille des micelles est montré. La relaxation des contraintes présente le comportement de Maxwell. Les temps de relaxation ont montré la dépendance de la température avec des comportements caractéristiques des régimes de micelles sphériques et allongées respectivement.Dans ce travail, nous étudions également le système micellaire CTAnFB avec n la substitution de fluor en positions ortho (F: 2), meta (F: 3) et para (F: 4), à savoir les systèmes CTAortoFB/, CTAmetaFB/eau et CTAparaFB/eau à des concentrations diluées. Nous présentons aussi une étude de la dynamique de la simulation moléculaire de l'hydratation de tensioactifs ortho-, méta- et para-fluorobenzoate et son effet sur la formation de micelles.Nous avons étudié l'effet des contre-ions organiques hydrotropes, 2-, 3- et 4-fluorobenzoïque (2FB-, 3FB- et 4FB-, respectivement) sur le comportement d'épaississement par cisaillement de solutions aqueuses micellaires de micelles en forme de tige de leurs sels avec des cations de cétyltriméthylammonium (CTA2FB, CTA3FB et CTA4FB).Ce travail a contribué à la compréhension de la synergie entre la structure, la dynamique micellaire et la rhéologie dans cette famille de copolymère. / This thesis aims to understand the effect of the dynamics of copolymer micelles on their rheological properties. Indeed amphiphilic copolymers can self-assemble in water to form various micellar microstructures spherical, cylindrical or lamellar. Their dynamic is a critical parameter to define their range of applications, particularly in the transport of drugs and in the synthesis of mesostructured materials. Micelles are structured continuous: they can form and dissociate into monomers, merge or fragment. We have developed a method based on fluorescence to probe directly collective micellar dynamics of fusion and fission in a number of triblock copolymers of PEO -PPO -PEO family.This thesis focuses on the study of micellar systems formed by triblock copolymers (nonionic surfactants) and cationic surfactants at concentrations and temperatures where spherical micelles and rod like micelles are formed. Such structures may be formed spontaneously when the system is subjected to appropriate conditions of concentration and temperature or to the induction of these by adding inorganic or organic salts, or by applying shear stresses to the surfactant/water system.The technique of dynamic light scattering (DLS) was used to evaluate the transition of the structure in micellar solutions by changing the temperature and the structure of the system itself at given concentration - temperature conditions.Stress relaxation experiments were performed where temporary relaxation of stress is measured after a momentary deflection in aqueous solutions of P103. The relaxation times (or rate) are compared with those obtained by light scattering and their relation to the size of the micelles is shown. The stress relaxation presented a Maxwelian behavior. The relaxation times showed temperature dependence with characteristic behavior schemes for elongated and spherical micelles respectively.In this work, we also study the micellar system CTAnFB where “n” is substitution of fluorine in the ortho position (F:2) meta ( F:3) and para (F:4), namely CTAortoFB/water CTAmetaFB/water and CTAparaFB/water systems in diluted concentrations. We presented a study of molecular dynamics simulation of the hydration of ortho-, meta-, para- Fluorobenzoate surfactants and its effect on the formation of micelles.The effect of hydrotropes organic counterions , 2- , 3- and 4- fluorobenzoic acid (2FB-, 3FB- and 4FB-, respectively), the shear thickening behavior of aqueous micellar solutions of rod like micelles thereof salts with cations of cetyltrimethylammonium (CTA2FB, CTA3FB and CTA4FB ) were studied.This work has contributed to the understanding of the synergy between the structure, dynamics and rheology of micellar in this family of copolymer.

We demonstrate intracellular delivery of various molecules by inducing controlled and reversible cell damage through pulsed laser irradiation of carbon black (CB) nanoparticles. We then characterized and optimized the system for maximal uptake and minimal loss of viability. At our optimal condition 88% of cells exhibited uptake with almost no loss of viability. In other more intense cases it was shown that cell death could be prevented through addition of poloxamer. The underlying mechanism of action is also studied and our hypothesis is that the laser heats the CB leading to thermal expansion, vapor formation and/or chemical reaction leading to generation of acoustic waves and then there is energy transduction to the cell causing poration of the cell membrane. We also delivered anti-EGFR siRNA to ovarian cancer cells. Cells exposed to a laser at 18.75 mJ/cm2 for 7 minutes resulted in a 49% knockdown of EGFR compared to negative control. We established an alternative way to deliver siRNA to knockdown proteins, for the first time using laser CB interaction.

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique. / The aggregation of erythrocytes is the main determinant of blood non Newtonian behaviour under low shearing flow conditions. When red blood cells (RBCs) aggregate, they form « rouleaux » and complex tridimensional structures that increase blood viscosity from a few mPa.s to a hundred mPa.s. The reversible RBC aggregation phenomenon is attributed to weak adhesive links between erythrocytes that are readily broken by increasing flow shearing. Blood bulk rheological properties have been comprehensively studied. However, the in vivo physiological impacts of abnormal clustering of RBCs are more difficult to assess. Clinical studies have identified altered hemorheology as a risk factor for thrombosis, but a clear etiological relationship between abnormal aggregation and thrombosis has not yet been established, in part because clinical conclusions were derived from correlative findings. It is to note that cardiovascular diseases such as deep venous thrombosis generally occur at specific locations within the vascular bed, suggesting a hemodynamic contribution to the development of this disease. Consequently, it is postulated that in vivo hemorheological characterization may help shed some light on the role of RBC hyper-aggregation on cardiovascular disorders. Ultrasound imaging, a non-invasive method relying on the propagation of mechanical waves within biological tissues, is sensitive to RBC aggregation. Indeed, the study of backscattered waves allows characterizing blood microstructure in vivo and in situ under physiological flow conditions. The work described in this thesis is based on prior simulation studies, performed at the Laboratory of Biorheology and Medical Ultrasonics of the University of Montreal Hospital Research Center, in which the backscattering of ultrasound from aggregating RBCs was modeled by considering a particle scattering strategy. In this approach, each RBC is a weak ultrasound scatterer (Born assumption) and the backscattering coefficient is modeled as the product of the RBC number density, the RBC backscattering cross section and a structure factor. This model relates variations in the backscattering coefficient to the RBC spatial organisation through the structure factor, which is the only parameter that changes during the aggregation process. A second order expansion in frequency of the structure factor was used to describe blood microstructure in terms of a packing factor W and an ensemble averaged aggregate diameter D. The model was first presented and validated by considering a homogenous shear flow condition using three broadband mono-element transducers. It was then extended in 2D to allow computation of parametric images in tube flow. An extrapolation based on the assumption that viscosity is related to the level of aggregation was used to compute local viscosity maps. Finally, a last contribution was the demonstration that a sudden increase in aggregation tendency directly promoted the formation of venous thrombosis in an experimental animal model. In that study, RBC aggregation, thrombus formation and flow variations were monitored longitudinally for two weeks using ultrasound. The results reported in this thesis suggest that rheological parameters on RBC clustering, ideally assessed in vivo and in situ, should be included in thrombosis risk profiling.

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique. / The aggregation of erythrocytes is the main determinant of blood non Newtonian behaviour under low shearing flow conditions. When red blood cells (RBCs) aggregate, they form « rouleaux » and complex tridimensional structures that increase blood viscosity from a few mPa.s to a hundred mPa.s. The reversible RBC aggregation phenomenon is attributed to weak adhesive links between erythrocytes that are readily broken by increasing flow shearing. Blood bulk rheological properties have been comprehensively studied. However, the in vivo physiological impacts of abnormal clustering of RBCs are more difficult to assess. Clinical studies have identified altered hemorheology as a risk factor for thrombosis, but a clear etiological relationship between abnormal aggregation and thrombosis has not yet been established, in part because clinical conclusions were derived from correlative findings. It is to note that cardiovascular diseases such as deep venous thrombosis generally occur at specific locations within the vascular bed, suggesting a hemodynamic contribution to the development of this disease. Consequently, it is postulated that in vivo hemorheological characterization may help shed some light on the role of RBC hyper-aggregation on cardiovascular disorders. Ultrasound imaging, a non-invasive method relying on the propagation of mechanical waves within biological tissues, is sensitive to RBC aggregation. Indeed, the study of backscattered waves allows characterizing blood microstructure in vivo and in situ under physiological flow conditions. The work described in this thesis is based on prior simulation studies, performed at the Laboratory of Biorheology and Medical Ultrasonics of the University of Montreal Hospital Research Center, in which the backscattering of ultrasound from aggregating RBCs was modeled by considering a particle scattering strategy. In this approach, each RBC is a weak ultrasound scatterer (Born assumption) and the backscattering coefficient is modeled as the product of the RBC number density, the RBC backscattering cross section and a structure factor. This model relates variations in the backscattering coefficient to the RBC spatial organisation through the structure factor, which is the only parameter that changes during the aggregation process. A second order expansion in frequency of the structure factor was used to describe blood microstructure in terms of a packing factor W and an ensemble averaged aggregate diameter D. The model was first presented and validated by considering a homogenous shear flow condition using three broadband mono-element transducers. It was then extended in 2D to allow computation of parametric images in tube flow. An extrapolation based on the assumption that viscosity is related to the level of aggregation was used to compute local viscosity maps. Finally, a last contribution was the demonstration that a sudden increase in aggregation tendency directly promoted the formation of venous thrombosis in an experimental animal model. In that study, RBC aggregation, thrombus formation and flow variations were monitored longitudinally for two weeks using ultrasound. The results reported in this thesis suggest that rheological parameters on RBC clustering, ideally assessed in vivo and in situ, should be included in thrombosis risk profiling.

Cette thèse vise à comprendre l'effet des dynamiques des micelles de copolymères sur leurs propriétés rhéologiques. En effet les copolymères amphiphiles peuvent s'auto-assembler dans l'eau pour former diverses microstructures micellaires sphériques, cylindriques ou lamellaires. Leur dynamique est un paramètre crucial pour définir leur spectre d'applications, en particulier dans le transport de médicaments et dans la synthèse de matériaux méso-structurés. Les micelles se structurent en continu: elles peuvent se former et se dissocier en monomères, se fusionner ou se fragmenter. Nous avons développé une méthode basée sur la fluorescence pour sonder directement les dynamiques micellaires collectives de fusion et de fission dans un bon nombre de copolymères triblocs de la famille PEO-PPO-PEO. Cette thèse se concentre sur l'étude des systèmes micellaires formés par des copolymères triblocs (tensioactifs non ioniques) et les tensioactifs cationiques à des concentrations et des températures où micelles sphériques et micelles cylindriques sont formées. De telles structures peuvent être formées spontanément lorsque le système est soumis à des conditions appropriées de concentration et de température ou à l'induction entre elles en ajoutant des sels inorganiques ou organiques, ou en appliquant des contraintes de cisaillement au système tensioactif/eau.La technique de diffusion de la lumière dynamique (DLS) a été utilisée pour évaluer la transition de la structure dans des solutions micellaires en changeant la température du système et de la structure du système correspondant à des conditions de concentration - température.Des expériences de relaxation de contraintes ont été effectuées où l'assouplissement temporaire de contrainte est mesuré après une déformation instantanée dans des solutions aqueuses de P103. Les temps de relaxation (ou taux) sont comparés avec ceux obtenus par diffusion de la lumière et de leur rapport à la taille des micelles est montré. La relaxation des contraintes présente le comportement de Maxwell. Les temps de relaxation ont montré la dépendance de la température avec des comportements caractéristiques des régimes de micelles sphériques et allongées respectivement.Dans ce travail, nous étudions également le système micellaire CTAnFB avec n la substitution de fluor en positions ortho (F: 2), meta (F: 3) et para (F: 4), à savoir les systèmes CTAortoFB/, CTAmetaFB/eau et CTAparaFB/eau à des concentrations diluées. Nous présentons aussi une étude de la dynamique de la simulation moléculaire de l'hydratation de tensioactifs ortho-, méta- et para-fluorobenzoate et son effet sur la formation de micelles.Nous avons étudié l'effet des contre-ions organiques hydrotropes, 2-, 3- et 4-fluorobenzoïque (2FB-, 3FB- et 4FB-, respectivement) sur le comportement d'épaississement par cisaillement de solutions aqueuses micellaires de micelles en forme de tige de leurs sels avec des cations de cétyltriméthylammonium (CTA2FB, CTA3FB et CTA4FB).Ce travail a contribué à la compréhension de la synergie entre la structure, la dynamique micellaire et la rhéologie dans cette famille de copolymère.