Making up just over 3% of all new cancer cases in the United States, pancreatic cancer is not inherently a common malignant disease. Yet, it continuously is shown to be one of the most lethal and common causes of cancer death. Early detection is critical among all cancer types. However, oncologists and researchers have struggled to find effective strategies or tests to detect cancer of the pancreas early on in development. Thus, the cancer is often found late stage and requires significant chemotherapy intervention. These multi-drug treatment cocktails have shown benefit, but only in added months and not years to a patient’s life. Significant adverse effects often limit the full effective doses of treatment. In order to limit these adverse effects, as well as increase the effectiveness of treatment, we have designed, optimized, and tested unique drug carriers known as polymersomes. Using characteristics of the localized environment surrounding pancreatic tumors and the cells found therein, we created targeted therapies that are responsive and relatively selective toward cancerous cells. Herein, are found two distinct polymersomes. The first, is a low oxygen reactive drug carrier with an additional small peptide molecule that is able to penetrate dense tumor tissue and has shown decreased tumor growth of as much as 260% as compared to control samples in an animal model of pancreatic cancer. The chemical make-up of this polymersome allows for extended circulation time and a high accumulation at the tumor site. A second design, uses an intracellular enzyme to destabilize the polymersomes’ structure, which in turn, releases a selected chemotherapy drug near its intended site of action. This strategy, has shown a 10 fold increase in potency of the chemotherapy drug, as compared to when the drug is given alone and showed decreased toxicity to non-cancerous cells. It is certain that thoughtful drug delivery strategies and not just drug molecule design will be instrumental in the paradigm shift of pancreatic cancer from likely death to survival. / NIH grant 1 R01GM 114080; Grand Challenge Initiative; Office of the Dean, College of Health Professions

Ce travail, qui fait partie d’un projet européen, « NANOTHER », est focalisé sur la fonctionnalisation de nanoparticules polymériques et lipidiques fonctionnalisées par des anticorps Herceptine® pour cibler des cellules du cancer du sein HER2+. Deux stratégies de fonctionnalisation ont été étudiées : une a reposé sur l’utilisation de protéines de fusion, l’Anx5-ZZ, composée d’Annexine A5 et deux domaines Z homologues de la protéine A de Staphylococcus aureus qui peuvent se fixer des anticorps d’une manière orientée par leur fragment cristallisable ; l’autre a porté sur le couplage direct d’anticorps modifiés pour exposer des groupes sulfhydryles aux nanoparticules exposant des groupes maléimides.La première partie concerne le développement d’un agent de ciblage simplifié du complexe l’Anx5-ZZ-anticorps, à savoir l’Anx5-scFv (single-chain variable fragment). Puisque la cible n’avait pas été décidée au début de ce travail, deux scFvs ont été utilisé comme système modèle. L’expression de protéines de fusion a été essayée chez Escherichia Coli avec différentes constructions de protéines de fusion, différentes conditions d’expression et différentes souches bactériennes. Toutes les protéines sont soient agrégées soient non surexprimées.La deuxième partie consiste à fonctionnaliser les polymersomes par l’Herceptine® via l’Anx5-ZZ. D’abord, nous avons validé une méthode de modification de la surface de polymersome pour présenter des groupes maléimides. Ensuite, le couplage covalent de l’Anx5(SH)-ZZ aux polymersomes-maléimide a été réalisé et quantifié. Nous avons obtenu maximum 30 Anx5-ZZ par polymersome. Puis, la liaison d’affinité d’anticorps aux polymersomes-Anx5-ZZ a été caractérisée, réalisée et quantifiée. Pour 30 Anx5-ZZ par polymersome, nous avons 60 Herceptine® par polymersome. Cependant, l’efficacité de ciblage de ces systèmes est très faible.La troisième partie consiste à fonctionnaliser les liposomes par l’Herceptine® via couplage direct. Tout d’abord, la modification de l’Herceptine® pour présenter des groupes SH a été caractérisée et contrôlée. Ensuite, le couplage covalent d’Herceptine®-SH aux liposomes-maléimides a été réalisé et quantifié. L’étude de ciblage montre que les liposomes fonctionnalisés par une molécule d’Herceptine® sont capable de cibler les cellules HER2+. / This work, which is part of a European project "NANOTHER", focus on the functionalization of polymeric and lipidic nanoparticles by Herceptin® to target HER2+ cancer cells. Two functionalization strategies were studied: one was based on the use of a fusion protein, Anx5-ZZ, composed of Annexin A5 and two Z domains which are homologous with the protein A of Staphylococcus aureus that can bind antibodies by their crystallizable fragment in a oriented way; the other focused on the direct coupling of modified antibodies exposing sulfhydryl groups to nanoparticles exposing maleimid groups.The first part concerns the development of a targeting agent simplified from the Anx5-ZZ-antibody complex, namely Anx5-scFv (single-chain variable fragment). Since the target had not been decided at the beginning of this work, two scFvs were used as model system. The expression of fusion proteins was tested in Escherichia coli with different fusion protein constructions, different expression conditions and different bacterial strains. All proteins are either aggregated or non-overexpressed.The second part is to functionalize the polymersomes by Herceptin® via Anx5-ZZ. First, we validated a method for modifying the surface of polymersome to expose maleimid groups. Then, the covalent coupling of Anx5(SH)-ZZ to polymersomes-maleimid was performed and quantified. We obtained maximum 30 Anx5-ZZ per polymersome. Then, the affinity binding of antibodies to polymersomes-Anx5-ZZ was characterized, performed and quantified. For 30 Anx5-ZZ per polymersome, we have 60 Herceptin® per polymersome. However, the targeting efficiency of this system is very low.The third part consists in functionalizing the liposomes by Herceptin® via direct coupling. Firstly, the modification of Herceptin® to expose SH groups was characterized and controlled. Then, the covalent coupling of Herceptin®-SH to liposomes exposing maleimid groups was performed and quantified. The targeting study shows that liposomes functionalized with one Herceptin® are able to target HER2+ cells.

Les poly (3-hydroxyalcanoates) (PHAs) sont des polyesters aliphatiques produits et accumulés par des bactéries en tant que réserve de carbone et d'énergie. Ils sont constitués d'unités β-hydroxyesters et possèdent des chaînes latérales de longueur variable, pouvant être fonctionnalisées. Ils possèdent des propriétés de biodégradabilité et de biocompatibilité; ceci leur confère de vastes possibilités d'utilisation dans le domaine biomédical, notamment pour la mise au point de systèmes de libération contrôlée de principes actifs. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à la synthèse de copolymères amphiphiles de différentes architectures à base de PHAs, ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés d'auto-association en milieu aqueux. Une méthode simple et efficace permettant le greffage d'oligomères de poly (éthylène glycol) (PEG) a tout d'abord été mise au point grâce à l'utilisation de la chimie « click ». Une série de copolymères diblocs bien définis PHA-b-PEG a ainsi pu être synthétisée par cycloaddition de Huisgen catalysée par le cuivre (CuAAC). Les copolymères diblocs à base de PHAs à moyennes chaînes latérales (PHA-mcl) ont montré leur capacité à s'auto-associer en milieu aqueux et à former des micelles monodisperses présentant une concentration micellaire critique très faible. Par la suite des copolymères de type greffés PHOU-g-PEG ont été synthétisés par addition thiol-ène. Les analyses par cryo microscopie électronique à transmission (cryo-TEM) ont montré que dans ce cas les copolymères s'auto-associaient en structures vésiculaires, ou polymersomes. Enfin, la synthèse de copolymères amphiphiles greffés porteurs de chaînes perfluorées PHOU-g-(F;PEG) a permis l'obtention de structures auto-associées plus complexes. Le cryo-TEM a en effet révélé la formation de micelles multicompartimentées, c'est à dire possédant un coeur présentant une séparation de phase entre les domaines hydrophobes et les domaines fluorés. Des tests biologiques préliminaires ont montré la cytocompatibilité de ces micelles / Poly (3-hydroxyalkanoates) are natural aliphatic polyesters produced and accumulated by many bacteria as carbon and energy supply. They consist of β-hydroxy ester units, with pendant side chains of different lengths that can be functionalized. Thanks to their biodegradability and biocompatibility, they are promising polymers for biomedical applications, especially for controlled drug delivery systems. In this context, we aimed to synthesize PHA-based amphiphilic copolymers with different molecular architectures, and to study their self-assembly in water. First, a simple and straightforward method using click chemistry has been used to graft poly(ethylene glycol) (PEG) oligomers. A series of well-defined diblock copolymers PHA-b-PEG has thus been synthesized using copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). Medium chain length PHA-based diblock copolymers have shown their ability to self-assemble into stable micelles having very low critical micelle concentrations. Afterwards, amphiphilic graft copolymers PHOU-g-PEG have been synthesized using thiol-ene addition. In this case, cryo-electron microscopy (cryo-TEM) analysis revealed that graft copolymers self-assembled into vesicular morphologies, i.e. in polymersomes. Finally, the synthesis of amphiphilic graft copolymers bearing perfluorinated chains PHOU-g-(F;PEG) was performed. After aqueous self-assembly, cryo-TEM shown the formation of multicompartment micelles, i.e. with a core displaying segregated hydrophobic and fluorophilic domains. Moreover, these multicompartment micelles have shown their cytocompatibility

Une série de copolymères à blocs amphiphiles polylactide/poly(éthylène glycol) (PLA/PEG) a été synthétisée par polymérisation par ouverture de cycles, chimie clic, ou couplage des homopolymères PLA et PEG avec des extrémités de chaînes fonctionnels (OH, COOH ou NH2). Différentes configurations de PLA (PLLA et PDLA) ont été considérées pour élucider l'effet de stéréocomplexation sur les propriétés physico-chimiques des copolymères. Les copolymères présentent différentes structures de chaînes, y compris dibloc PEG-PLA, tribloc PLA-PEG-PLA du type ABA ou PEG-PLA-PEG asymétrique du type BAB-type. La masse molaire des copolymères varies de 2 000 à 20 000, et le rapport EO/LA de 1.0 to 7.0 environ. Différents agrégats formés par auto-assemblage tels que des nanotubes, polymersomes, filomicelles, micelles anisotropiques et micelles sphériques ont été obtenus par dissolution directe de copolymères, mélange de différents copolymères, ou mélange de copolymères avec surfactant dans une solution aqueuse. Des modèles théoriques ont été proposés pour simuler la formation des agrégats et expliquer l'évolution de leur taille et morphologie en fonction du rapport EO/LA, longueur de bloc, etc. / A series of amphiphilic polylactide/poly(ethylene glycol) (PLA/PEG) block copolymers was synthesized by ring-opening polymerization, click chemistry, or coupling PLA and PEG homopolymers with functional end groups (OH, COOH or NH2). Different configurations of PLA (PLLA and PDLA) were considered to elucidate the effect of stereocomplexation on the physico-chemical properties of copolymers. The obtained copolymers exhibit diverse chain structures, including PEG-PLA diblock, PLA-PEG-PLA ABA-type or asymmetric PEG-PLA-PEG BAB-type triblock structures. The molar mass of copolymers ranges from c.a. 2,000 to 20,000, and the EO/LA ratio from c.a. 1.0 to 7.0. Diverse self-assembled aggregates, including nanotubes, polymersomes, filomicelles, anisotropic micelles and spherical micelles, were obtained by dissolving the resulting copolymers, mixing different copolymers, or mixing copolymers with surfactant in aqueous solution. Theoretical models are proposed to simulate the formation of aggregates and to explain the evolution of their size and morphology as a function of EO/LA ratio, block length, etc.

<p>There is a critical need to target tumor hypoxia as patients with hypoxic tumors have worse prognosis due to aggressive phenotypes and resistance to radiotherapy and chemotherapy. The overall goal of this work is to improve response to conventional cancer therapies by targeting tumor hypoxia. This has been carried out and evaluated through the use of polymersome-encapsulated myoglobin (PEMs) with the hypothesis that O2-releasing PEMs will increase tumor oxygenation, and thereby improve response to radiotherapy. Mb was chosen as an O2 carrying protein to deliver to tumors because it has a strong association to O2, providing a mechanism to deliver O2 only within the hypoxic regions of the tumor. Mb was loaded within nanoscale polymeric vesicles that were expected to accumulate within solid tumors due to the enhanced permeability and retention (EPR) effect. This hypothesis has been tested through the following aims:</p><p>1. Develop NIR imaging techniques for studying the biodistribution and pharmacokinetics of polymersomes</p><p>2. Establish the effects of Mb-containing polymersomes on tumor physiology</p><p>3. Modify tumor growth through delivery of Mb polymersomes in combination with a cytotoxic therapy specific to aerobic tumors</p><p>These aims have been evaluated through numerous in vivo studies. First, polymersomes of various polymer formulations and diameters ranging from 110-550 nm were prepared with a near-infrared (NIR) -emissive fluorophore. Using live animal fluorescence imaging, I was able to study the biodistribution of the polymersomes following i.v. administration, demonstrating significant polymersome accumulation in orthotopic 4T1 mammary carcinomas. In addition, a novel method for measuring pharmacokinetics was developed, using serial small volume blood draws from individual mice. The plasma fluorescence in microcapillary tubes was used to quantify polymersome concentrations, demonstrating long circulation half-lives that varied from 6-23 h. Toxicity of various polymersome formulations were also studied in vitro and in vivo, revealing negligible toxicities.</p><p>For the second aim, PEMs were administered i.v. in tumor-bearing mice. Unexpectedly, we observed a dramatic gross tumor effect within hours of treatment in both orthotopic 4T1 tumors and flank Renca renal cell carcinomas. Histological analysis revealed endothelial cell apoptosis as early as 1 h following treatment, with scattered tumor cell death throughout the tumor by 4 h. Hematoxylin and eosin staining showed significant necrosis 24 h following PEM treatment. Vascular effects and polymersome distribution were studied in 4T1 window chamber tumors. Following i.v. treatment with PEMs, intravital microscopy was used to image polymersome fluorescence, brightfield transmission was imaged for vessel morphology and blood flow, and a tunable filter was used for determining hemoglobin (Hb) oxygen saturation. Tumor hemorrhaging was observed within hours of PEM treatment, which was not seen with empty polymersomes. This was consistent with the gross tumor effects observed initially. Hb saturation decreased in both the PEM and empty polymersome groups, but not in saline-treated mice. While we expected to observe an increase in tumor oxygenation by using Mb as an oxygen carrier, we actually observed hemorrhage, decreased oxygenation, and central tumor necrosis. In vitro studies using human endothelial cells demonstrated dramatic changes in cell morphology and increased permeability due to Mb and PEM treatments, which appear to be enhanced in an oxidative environment. These in vitro and in vivo observations are similar to what is seen with tumor vascular disrupting agents.</p><p>For the third aim, I combined radiotherapy (RT) and PEM treatment with a new hypothesis. I originally expected the PEMs to increase tumor oxygenation, thus making the tumor more susceptible to RT. However, considering the results from the second aim, this hypothesis was modified: the PEMs would result in necrosis of the tumor core, while RT would target the more oxygenated rim of the tumor, thus leading to improved tumor growth delay compared with PEM or RT alone. This hypothesis was tested in both orthotopic, syngeneic 4T1 tumors as well as flank FaDu xenografts. 4T1 tumor cells were surgically implanted within the dorsal mammary fat pad of mice and grown until ~200 mm3. A CT microirradiator with a square collimator was used in order to locate and specifically irradiate the tumor. Within 1 h following RT, the PEMs were administered i.v.. Mice receiving PEMs with no RT showed a significant decrease in tumor growth compared with saline-treated mice (p = 0.0001 for time to 3x original tumor volume). In addition, the combination of RT plus PEMs reduced tumor growth compared with RT alone (p = 0.0144 for time to 3x original tumor volume). However, this effect was not seen with FaDu tumors. This may have been due to excessive radiation dose or other compounding factors: the timing between RT and PEM treatment was not optimized, and the number of mice per group was small (3-4). </p><p>Thus, the conclusions for each aim are as follows:</p><p>1. Develop NIR imaging techniques for studying the biodistribution and pharmacokinetics of polymersomes</p><p>NIR imaging techniques were optimized for studying polymersomes, demonstrating long plasma circulation times and accumulation within tumors.</p><p>2. Establish the effects of Mb-containing polymersomes on tumor physiology</p><p>While the hypothesis was that PEMs would accumulate within hypoxic tumors and subsequently increase O2 tension, we observed a rapid decrease in tumor oxygenation followed by a dramatic hemorrhagic effect of Mb polymersomes, which appear to be due to both endothelial cell apoptosis and morphological changes, resulting in central tumor necrosis.</p><p>3. Modify tumor growth through delivery of Mb polymersomes in combination with a cytotoxic therapy specific to aerobic tumors</p><p>Combination therapy of PEMs with RT results in enhanced tumor growth delay in aggressive 4T1 mammary carcinomas compared with RT or PEMs alone.</p><p>These studies have led to a proposed mechanism for the PEM anti-tumor effect in combination with RT. Prior to PEM administration, RT is administered, resulting in tumor cell kill of the well-oxygenated tumor periphery. Mb polymersomes are then injected i.v. and begin to accumulate within tumors due to the EPR effect. As shown in Aim 1, this accumulation occurs over a short time scale. Within 30 min of PEM treatment, the Mb is believed to act on tumor vessels, resulting in morphological changes and apoptosis of endothelial cells. These effects are expected to increase permeability of the vessels and expose the basement membrane, which leads to clotting and decreased blood flow. Both decreased perfusion and increased permeability are believed to have a catastrophic effect on interior tumor vessels. Hemorrhage results as the endothelial cells die, resulting in tumor core necrosis. Therefore, the result is tumor cell kill at the periphery due to RT and central tumor necrosis due to PEM treatment.</p><p>PEMs have potential in cancer therapy as a new class of VDAs. While the mechanism requires further investigation, this work has demonstrated that PEM treatment results in tumor vessel destruction and central necrosis. PEMs accumulate within tumors, thus minimizing the systemic toxicity of treatment commonly seen with VDAs. By combining PEMs with a therapy that kills the better perfused tumor periphery, PEMs show promise in improving tumor response. Future mechanistic studies will be needed in order to maximize vessel damage and optimize combination dosing schedules to improve outcome.</p> / Dissertation

Les poly (3-hydroxyalcanoates) (PHAs) sont des polyesters aliphatiques produits et accumulés par des bactéries en tant que réserve de carbone et d'énergie. Ils sont constitués d'unités β-hydroxyesters et possèdent des chaînes latérales de longueur variable, pouvant être fonctionnalisées. Ils possèdent des propriétés de biodégradabilité et de biocompatibilité; ceci leur confère de vastes possibilités d'utilisation dans le domaine biomédical, notamment pour la mise au point de systèmes de libération contrôlée de principes actifs. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à la synthèse de copolymères amphiphiles de différentes architectures à base de PHAs, ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés d'auto-association en milieu aqueux. Une méthode simple et efficace permettant le greffage d'oligomères de poly (éthylène glycol) (PEG) a tout d'abord été mise au point grâce à l'utilisation de la chimie " click ". Une série de copolymères diblocs bien définis PHA-b-PEG a ainsi pu être synthétisée par cycloaddition de Huisgen catalysée par le cuivre (CuAAC). Les copolymères diblocs à base de PHAs à moyennes chaînes latérales (PHA-mcl) ont montré leur capacité à s'auto-associer en milieu aqueux et à former des micelles monodisperses présentant une concentration micellaire critique très faible. Par la suite des copolymères de type greffés PHOU-g-PEG ont été synthétisés par addition thiol-ène. Les analyses par cryo microscopie électronique à transmission (cryo-TEM) ont montré que dans ce cas les copolymères s'auto-associaient en structures vésiculaires, ou polymersomes. Enfin, la synthèse de copolymères amphiphiles greffés porteurs de chaînes perfluorées PHOU-g-(F;PEG) a permis l'obtention de structures auto-associées plus complexes. Le cryo-TEM a en effet révélé la formation de micelles multicompartimentées, c'est à dire possédant un coeur présentant une séparation de phase entre les domaines hydrophobes et les domaines fluorés. Des tests biologiques préliminaires ont montré la cytocompatibilité de ces micelles

Cette thèse se focalise sur la synthèse et l'étude de nouvelles molécules photoactives et leurs applications en tant que marqueurs, senseurs moléculaires et récepteurs d’ions photomodulables en milieux aqueux et organisés. Les fluorophores développés sont principalement des dérivés du bore-dipyrométhene (BODIPY), comportant des groupements réactifs (azoture, perfluorophényle), des chaines hydrophobes, ou sont intégrés à un récepteur de calcium biocompatible. Le développement d'architectures auto-assemblées multicompartimentées de type vésicules dans des polymersomes géant y est décrit. Ces architectures ont été utilisées pour la génération de lumière blanche dans un micro-domaine, et constitue un modèle pour l'étude de transfert d'ions calcium entre vésicules localisées dans des polymersomes individuels. Ce transfert entre nano-objets confinés à l'intérieur d'un polymersome géant représente un système prototype de communication cellulaire artificiel rudimentaire. / The thesis focuses on the study and design of novel photoactive molecules and their application as labeling agents, fluorescent molecular Ca2+-sensors and photolabile Ca2+-decaging agents in aqueous media and organized supramolecular assemblies. The designed fluorophores are based on boron-dipyrromethene (BODIPY) bearing hydrophobic chains or a reactive group like an azide or a perfluorophenyl moiety. Biocompatible calcium receptors have been prepared harnessing the fluorescence properties of BODIPY, naphthalimide and furan fluorophores. The development of self-assembled multicompartmentalized architectures, namely fluorocarbon vesicles in giant polymersomes is reported and the system has been used to create white light emission in confined microdomains. The Ca2+-based ion transfer ion the confined polymer compartments between individual fluorinated vesicles has been studied. The ion transfer in between vesicles in polymer microcompartments has been established as an artificial prototype system for cellular communication.

As an inspiration from nature, polymeric vesicles can be formed from amphiphilic block-copolymers. These vesicles are called polymersomes and have applications in drug delivery and as nanoreactors. Within this thesis, photo cross-linked and pH sensitive polymersomes were synthesized, characterized and applied on cells as well as bionanoreactors. The stability due to the crosslinking yielded polymersomes which show a distinct and reproducible swelling upon repeated pH changes. If the non cross-linked vesicles were exposed to a plasma-cleaned surface, they formed a tethered singly and multiple bilayers. Upon studying these membranes, they turned out to harden upon crosslinking and showed a completely non-fluid behaviour. Additionaly, the polymersome-cell interactions were studied and yielded a high influence of the crosslinking conditions on cellular toxicity. If crosslinked for a long time in a phosphate-free enviroment, the polymersomes proved to be least toxic. Finally, an enzyme was incorporated into the polymersomes to create bionanoreactors. Due to the pH sensitivity and swelling, the vesicles created yielded a pH controlled nanoreactor with enzymatic activity and a swollen, e.g. acidic, state only.

Die Übertragung der amphiphilen Grundbausteine der Liposome in die Welt der Polymere führte zu Blockcopolymeren, welche sogenannte Polymersome bilden können. Die synthetische Herkunft der Polymere ermöglicht es, eine Vielzahl von verschiedenen chemischen Funktionalitäten einzubringen. Anwendungen von Polymersomen werden vor allem als Wirkstoffträgersystem oder im Bereich der synthetischen Biologie als Nanoreaktoren oder künstliche Zellorganellen ausgemacht. In vielen Fällen wird dabei eine Schaltbarkeit oder Responsivität der Vesikel gegenüber äußerer Stimuli benötigt. Als nächste Stufe der Komplexizität können die responsiven, »smarten« Polymersome innerhalb ihrer Membran quervernetzt werden, wodurch es möglich wird, den Durchmesser und die Membranpermeabilität der Vesikel reversibel hin- und herzuschalten. Diese Arbeit baut dabei auf pH-responsiven Polymersomen auf, welche durch photochemische Reaktionen vernetzt werden. Dabei soll zunächst der Frage nachgegangen werden, an welchem pH Wert genau der Übergang von kollabierten zu gequollenen Vesikeln erfolgt und wie sich dieser »kritischer pH« (pH*) verändern und einstellen lässt. Neben der Herstellung von maßgeschneiderten Polymersomen ist aber auch die detaillierte Charakterisierung ihrer Membraneigenschaften unabdingbar, wofür die Titration mit Fluoreszenz-Sonden eingesetzt wurde. Darüber hinaus wurden Enzyme in die Vesikel eingekapselt wobei die neuartige Methode der post-Verkapselung untersucht wurde.

De nombreux systèmes fluides dans les domaines de la biologie ou encore de la cosmétique sont limités par une interface dont les propriétés mécaniques régissent la stabilité. En particulier, les objets tels que des gouttes, vésicules ou polymersomes se déforment dans un écoulement simple et mènent à une grande richesse de dynamiques spatio-temporelles contrôlées par la nature des matériaux qui composent l'interface. Les travaux présentés concernent l'étude numérique de la déformation de ces objets dans un écoulement de Stokes, en particulier dans des situations où les viscosités de l'interface jouent un rôle important. Un code de calcul couplant intégrales de frontières et éléments finis a été utilisé afin de décrire la physique interfaciale et étudier leur comportement une fois plongés dans un écoulement. Ces travaux ont permis d'étudier l'influence des viscosités interfaciales sur la dynamique d'une goutte dans un écoulement extensionnel plan, leur influence sur sa dynamique de déformation et sur les conditions de rupture de celle-ci. Les études réalisées sur une vésicule fortement dégonflée et plongée dans un écoulement cisaillé ont caractérisé la bifurcation entre les deux familles de forme existantes dans ces conditions. Ces formes ayant une influence sur la dynamique de la vésicule dans l'écoulement, celle-ci a été étudiée dans le cadre d'un écoulement infini puis proche d'une paroi parallèle à l'écoulement. Enfin, de premiers résultats sur la dynamique d'un polymersome dans un écoulement cisaillé permettent de construire un diagramme de phase illustrant les différents comportement de cet objet en fonction de la viscosité de la membrane et du taux de cisaillement / There are many fluid systems in the biology, food industry, pharmacology or cosmestics fields that are bound by an interface which mechanical properties rule the system stability. Objects like droplets, vesicles or polymersomes change their shape in a simple flow which lead to a wealth of space and time dynamics. These properties are controlled by the nature of the interface material. The aim of this work is the numerical study of the deformation of droplets, vesicles and polymersomes in a Stokes flow, especially when the interfacial viscosities play an important role. A numerical computation code coupling boundary integrals and finite elements was used to describe the interfacial physics of these objects and study their behaviour when immerged in a flow. Multiple resolution strategies where developped to this end in order to optimize the numerical computation in the cas of an interface with viscosities.Using this work, the influence of interfacial viscosities on the dynamics of a droplet in an extensional flow is studied : in particular, their influence on the stretching dynamics of a droplet and its break up conditions was characterized. The study of a vesicle, droplet bounded by a lipid bilayer, strongly deflated and immerged in a shear flow detailed the bifurcation between two shape types existing for this system. These shapes have an influence on the vesicle dynamics under flow, which is studied for an unbounded flow and a near-wall flow. Finally, we show first results about the dynamics of a polymersome in a shear flow. We used them to build a phase diagram for the behaviour of this object depending on the membrane viscosity and the shear rate