Pour améliorer les paramètres pharmacologiques d’un photosensibilisateur de seconde génération, la méta-tétra(hydroxyphényl)chlorine (mTHPC), plusieurs formules liposomales commerciales ont été élaborées, parmi elles le Foslip, qui correspond à la mTHPC dans des liposomes conventionnels. L’objectif de ce travail est d’étudier les caractéristiques photophysiques et photobiologiques du Foslip. L’exposition des suspensions de Foslip à de petites doses de lumière (10 mJ) a conduit à une baisse significative de la fluorescence, qui a cependant été restaurée après destruction des liposomes. Nous attribuons cette caractéristique au quenching de fluorescence photoinduite. Cet effet a été mis en évidence uniquement pour les concentrations locales élevées de mTHPC dans des bicouches lipidiques. Les résultats ont été interprétés en supposant une migration d’énergie entre les molécules rapprochées de mTHPC avec sa dissipation consécutive par les molécules du photoproduit se comportant comme des pièges d’énergie. Le quenching de fluorescence photoinduite ainsi que les techniques de polarisation et de chromatographie liquide ont été appliquées successivement pour estimer le taux de redistribution des molécules de mTHPC des liposomes vers les protéines du plasma et les membranes lipidiques. Les processus de redistribution de la mTHPC après injection intratumorale de mTHPC dans un modèle de récidive de cancer du sein sont en corrélation avec les résultats obtenus dans une étude in vitro de la redistribution du Foslip dans les liposomes DPPC. Il a été démontré que le phénomène de quenching de fluorescence photoinduite doit être pris en compte lors de l’utilisation de techniques optiques pour l’étude des applications in vivo et in vitro des formulations liposomales de mTHPC. / To improve the pharmacological parameters of a second-generation photosensitizer meta-tetra(hydroxyphenyl)chlorin (mTHPC) several commercial liposomal formulations were designed, among them Foslip, which corresponds to mTHPC in conventional liposomes. The objective of this work was to study photophysical and photobiological characteristics of Foslip. Exposure of Foslip suspensions to small light doses (10 mJ) resulted in a substantial drop in fluorescence, which however, was restored after destruction of liposomes. We attributed this behavior to photoinduced fluorescence quenching. This effect was revealed only for high local mTHPC concentrations in lipid bilayer. The results were interpreted supposing energy migration between closely located mTHPC molecules with its subsequent dissipation by the molecules of photoproduct acting as excitation energy traps. Photoinduced fluorescence quenching together with polarization techniques and liquid chromatography was successfully applied for estimation of the redistribution rate of mTHPC molecules from the liposomes to plasma proteins and lipid membranes. Foslip liposomes were shown to be stable in human blood serum for at least 3 hours. Such increased stability was attributed to incorporation of hydrophobic photosensitiser into lipid bilayer. The processes of mTHPC redistribution after Foslip intratumoral injection in a model of breast cancer recurrence were found to be in good agreement with the results obtained from in vitro study of mTHPC redistribution from Foslip to pure DPPC liposomes. It was demonstrated that photoinduced fluorescence quenching phenomena should be taken into account while using optical techniques for studying in vivo and in vitro applications of liposomal mTHPC formulations.

Les matrices d'excitation et d'émission de fluorescence (MEEF) sont utilisées pour caractériser la matière organique naturelle (MON). Afin de mieux exploiter ces informations, un algorithme trilinéaire, PARAFAC, est employé. Après l'élimination des diffusions Rayleigh et Raman et la correction de l'effet d'écran, cette méthode permet de séparer les composants spectraux présents dans les MEEF.Ce travail présente deux études : la qualification et la quantification de la MON selon son origine environnementale et le calcul des constantes de complexation de la MON et du cuivre sous forme ionique.Les composants spectraux et leurs intensités relatives sont calculés par PARAFAC à partir 1146 échantillons regroupés suivant les missions, leur type de milieu, ou le niveau de salinité. Pour étudier ces composants, une nouvelle représentation spectrale est proposée afin de mettre en évidence leur variabilité spectrale. Les résultats montrent que le regroupement d'échantillons d'origine diverse conserve le recouvrement spectral global et les intensités relatives. Sur l'ensemble du domaine spectral, les zones correspondant aux substances humiques sont peu variables, comparées à la zone protéinique.La complexation des métaux par la MON est analysée par une technique combinant quatre outils : l'ajout logarithmique d'ions métalliques, la mesure de MEEF, la méthode PARAFAC et l'algorithme PROSECE. La mesure du quenching de fluorescence ne se limite pas seulement à la modélisation d'une intensité de fluorescence mais à celle de l'intensité relative de chaque composant PARAFAC surpassant ainsi les méthodes utilisées jusqu'à présent. Finalement, l'application de cette technique originale permet de quantifier les propriétés de complexation de la MON à l'aide d'un modèle de complexation utilisant 2 sites de complexation par composant en utilisant la totalité du signal de fluorescence.

Pour améliorer les paramètres pharmacologiques d'un photosensibilisateur de seconde génération, la méta-tétra(hydroxyphényl)chlorine (mTHPC), plusieurs formules liposomales commerciales ont été élaborées, parmi elles le Foslip, qui correspond à la mTHPC dans des liposomes conventionnels. L'objectif de ce travail est d'étudier les caractéristiques photophysiques et photobiologiques du Foslip.<br />L'exposition des suspensions de Foslip à de petites doses de lumière (10 mJ) a conduit à une baisse significative de la fluorescence, qui a cependant été restaurée après destruction des liposomes. Nous attribuons cette caractéristique au quenching de fluorescence photoinduite. Cet effet a été mis en évidence uniquement pour les concentrations locales élevées de mTHPC dans des bicouches lipidiques. Les résultats ont été interprétés en supposant une migration d'énergie entre les molécules rapprochées de mTHPC avec sa dissipation consécutive par les molécules du photoproduit se comportant comme des pièges d'énergie. Le quenching de fluorescence photoinduite ainsi que les techniques de polarisation et de chromatographie liquide ont été appliquées successivement pour estimer le taux de redistribution des molécules de mTHPC des liposomes vers les protéines du plasma et les membranes lipidiques. Les processus de redistribution de la mTHPC après injection intratumorale de mTHPC dans un modèle de récidive de cancer du sein sont en corrélation avec les résultats obtenus dans une étude in vitro de la redistribution du Foslip dans les liposomes DPPC. Il a été démontré que le phénomène de quenching de fluorescence photoinduite doit être pris en compte lors de l'utilisation de techniques optiques pour l'étude des applications in vivo et in vitro des formulations liposomales de mTHPC.

Les matrices d’excitation et d’émission de fluorescence (MEEF) sont utilisées pour caractériser la matière organique naturelle (MON). Afin de mieux exploiter ces informations, un algorithme trilinéaire, PARAFAC, est employé. Après l’élimination des diffusions Rayleigh et Raman et la correction de l’effet d’écran, cette méthode permet de séparer les composants spectraux présents dans les MEEF.Ce travail présente deux études : la qualification et la quantification de la MON selon son origine environnementale et le calcul des constantes de complexation de la MON et du cuivre sous forme ionique.Les composants spectraux et leurs intensités relatives sont calculés par PARAFAC à partir 1146 échantillons regroupés suivant les missions, leur type de milieu, ou le niveau de salinité. Pour étudier ces composants, une nouvelle représentation spectrale est proposée afin de mettre en évidence leur variabilité spectrale. Les résultats montrent que le regroupement d’échantillons d’origine diverse conserve le recouvrement spectral global et les intensités relatives. Sur l’ensemble du domaine spectral, les zones correspondant aux substances humiques sont peu variables, comparées à la zone protéinique.La complexation des métaux par la MON est analysée par une technique combinant quatre outils : l’ajout logarithmique d’ions métalliques, la mesure de MEEF, la méthode PARAFAC et l’algorithme PROSECE. La mesure du quenching de fluorescence ne se limite pas seulement à la modélisation d’une intensité de fluorescence mais à celle de l’intensité relative de chaque composant PARAFAC surpassant ainsi les méthodes utilisées jusqu’à présent. Finalement, l’application de cette technique originale permet de quantifier les propriétés de complexation de la MON à l'aide d'un modèle de complexation utilisant 2 sites de complexation par composant en utilisant la totalité du signal de fluorescence. / Fluorescence excitation and emission matrices (EEM) are used to characterize natural organic matter (NOM). To make best use of this information, PARAFAC, a trilinear algorithm is employed. After removing Rayleigh and Raman scattering and correction of the inner filter effect, this method allows separating the spectral components present in MEEF.This work presents two studies: the characterization and quantification of NOM according to its origin and calculation of environmental complexation constants of NOM towards copper as ionic form.Spectral components and their relative intensities are calculated by PARAFAC from 1146 samples gathered according to the missions, the medium type, or the salinity level. To study these components, a new spectral representation is proposed in order to highlight their spectral variability. The results show that even when samples spectra of various origins are clustered, the overall spectral overlap and the relative intensities remain almost similar. On the whole spectral range, areas corresponding to humic substances are quite variable, compared to the protein zone.Metal complexation by NOM is analyzed by combination of four tools: metal ions logarithmic addition, MEEF measurement, the PARAFAC dissociation method and the PROSECE modelling algorithm. Fluorescence quenching measurement is not only limited to the modelling of fluorescence intensity but also to the relative intensity of each PARAFAC-dissociated component though surpassing the methods used so far. Finally, the application of this improving technique leads to quantify NOM complexation properties using a two-complexing sites complexation model for each PARAFAC-dissociated component by using the whole fluorescence signal.

Tato práce navrhuje techniku separace a detekce na čipu pro kvantové tečky (QD, „quantum dots“) konjugované s různými proteiny, za účelem sledování vlivu vazebného činidla na potlačení intenzity uorescence QD způsobené konjugací s proteinem a za účelem provedení multianalytické imunoanalýzy k identifikaci malých množství daného proteinu. Za optimálních podmínek byly biokonjugované QD úspěšně odděleny od těch nezkonjugovaných během 10 minut. Částice a cílové roztoky byly smíchány a detekce na čipu byla provedena za pomoci zařízení vyvinutého v naší laboratoři. Byl použit pouze jeden zdroj excitačního světla v kombinaci s několika filtry pro různé emisní vlnové délky. Fluorescence emitovaná dvěma typy konjugovaných QD mohla být poté zaznamenána současně, protože QD emitovaly světlo na různých vlnových délkách, ačkoliv byly excitovány při stejné vlnové délce. Smícháním dvou typů QD biokonjugovaných se dvěma druhy proteinů a protilátek jsme dokázali detekovat imunokomplexní píky s různými plochami. Plocha pod píkem závisela na koncentraci QD a antigenů, na postupu reakcí protilátka–antigen a ukázalo se, že je lineárně korelována s koncentrací antigenu. Ukázali jsme, že kapilární elektroforéza QD na čipu může být použita jako citlivá technika pro detekci biologických molekul. Hlavními výhodami této metody jsou jednoduchost, malé požadavky na objem vzorku i činidla a také vysoká účinnost separace.

L'une des stratégies mise en œuvre pour améliorer la prise en charge thérapeutique des patients concerne le développement d'outils diagnostiques sensibles et spécifiques. Les aptamères sont des oligonucléotides artificiels obtenus par SELEX avec une très haute affinité ainsi qu'une excellente spécificité pour leurs cibles. L'immobilisation de ces motifs de reconnaissance moléculaire à la surface de nanomatériaux tels que des nanoparticules d'or (AuNPs), dont les propriétés optiques et électroniques sont uniques, permet d'amplifier le signal généré par l'interaction du ligand avec sa cible. Deux systèmes de biosensing ont été élaboré en fonctionnalisant des AuNPs avec des aptamères, l'un dirigé contre la thrombine et le second dirigé contre une marque épigénétique portée par une protéine histone. La réduction des sels d'or aurique précurseurs a été réalisée en présence de PEG4 et a conduit à l'obtention d'une population homodisperse de AuNPs sphériques d'un diamètre moyen de 14 nm et présentant une isotropie de taille et de forme. Ces AuNPs ont ensuite été fonctionnalisées par des bras espaceurs de longueur variable constitués d'unités tétraéthylène glycol successives reliées entre elles par des ponts éthers ou triazoles. L'acide lipoique a été utilisé comme motif d'ancrage à la surface des AuNPs via une liaison covalente Au-S et a été couplé aux différents bras espaceurs via une réaction de Steglich. Les linkers étaient porteurs d'un groupement terminal azoture afin de réaliser le couplage par chimie-click avec les aptamères. La stratégie de détection de la thrombine utilisait les propriétés de quenching de fluorescence des AuNPs alors que la détection de l'histone était colorimétrique et mettait à profit l'effet de résonance plasmonique de surface des nanoparticules d'or. / Improving patients therapeutic care needs the development of sensitive and specific diagnostic tools. Aptamers are synthetic oligonucleotides obtained by SELEX with a very high affinity and excellent specificity for their targets. Grafting of these molecular recognition patterns onto nanomaterials such as gold nanoparticles (GNPs), which unique optical and electronic properties, can amplify the signal induce by the interaction between the ligand and its target. Two biosensing systems have been developed by GNP functionalization with aptamers, one is directed against thrombin and the second against an epigenetic mark carried by a histone protein. Gold precursors was reduced in the presence of PEO4 and led to a homodisperse population of spherical GNP with an average diameter of 14 nm and an isotropy of size and shape. GNP were functionalized with tetraethylene glycol units interconnected by ether or triazoles bridges as a linker. Lipoic acid was used as an anchor moiety onto gold surface via a covalent Au-S bond and was coupled to the spacer through a Steglich reaction. The linkers were functionalized with an azide group to perform the coupling with aptamers by click chemistry. The thrombin sensing strategy used the fluorescence quenching properties of GNPs while the histone detection involved the gold nanoparticle plasmon resonance surface effect.

L’étude du comportement des éléments métalliques est primordiale compte tenu leur effet souvent toxique dansde nombreux écosystèmes. Ces derniers lorsqu’ils interagissent avec la Matiere Organique (MO), peuvent formerdes complexes plus ou moins stables. Ainsi, la MO joue un rôle important dans leur spéciation chimique et leurtransport. Dans ce travail, l’analyse de cette complexation est réalisée par Quenching de Fluorescence (QF).Cette technique permet de modéliser la fixation des sites de complexation à l’aide d’une constante thermodynamiquedéterminée à partir d’un modèle 1 : 1. Le quenching de fluorescence a été mesuré par spectroscopie defluorescence en mode stationnaire et en mode résolue en temps. Les mesures de fluorescence en mode stationnairefournissent des Matrices d’Excitation et d’Émission de Fluorescence (MEEFs). L’extraction des différents composantsde ces MEEFs est effectué par séparation de sources : la décomposition multilinéaire CP/PARAFAC,qui permet de caractériser spectralement les composants. Les mesures par Spectroscopie Laser Résolue en Temps(SLRT) permettent une caractérisation spectrale et temporelle des composants fluorescents. L’étude des lois dedécroissance de la fluorescence induite par impulsion laser nanoseconde en l’occurrence a permis de déterminerle type d’interaction entre la MO et les quencheurs. Pour se faire, un algorithme de déconvolution temporellea été appliqué à chaque décroissance de fluorescence mesurée. L’interprétation des données temporelles a étéaccomplie en utilisant le graphique de Stern–Volmer. Les résultats des interactions du cuivre, de l’europiumet de l’uranium avec les Acides Humiques (AH) et les Acides Fulviques (AF) montrent des décroissances defluorescences importantes et des constantes de stabilité entre 2,04 et 4,52. Le cuivre a permis de valider notremodèle d’étude et l’interaction de l’europium et l’uranium avec les AH et AF étudiés a révélé des constantesde stabilité en général en bonne corrélation avec la littérature. Les résultats de la SLRT ont souvent révélé desdécroissances bi–exponentielles et des temps de vie entre 0,40 et 14 ns et montrent que les interactions étudiéesont principalement engendrer un quenching statique et donc la formation d’un complexe moléculaire à l’étatfondamental. Cette étude a donc permis par caractérisation spectrale et temporelle, de déterminer l’interactionde la matière organique avec les métaux plus ou moins toxiques. / The study of metal elements behavior, considering their impact in various ecosystems, is of paramount importance.The latter, upon contact with Organic Matter (OM) can form weak or strong stable complexes. Therefore,OM plays an important role in their chemical speciation and transport. The analysis of these properties is carriedout by Fluorescence Quenching (QF). This technique allows introspecting ligands–metal interactions andthe 1 : 1 modeling (one ligand site, one metal) gives information about the conditional thermodynamic constant.Fluorescence quenching was measured using steady–state and time–resolved fluorescence spectroscopy.The steady–state measurements provides Excitation and Emission Matrices of fluorescence (EEMs). The extractionof the different components from these matrices is carried out by a multi–mode factor analysis such asCP/PARAFAC, which allows a spectral composition of the samples. Time-Resolved Laser Spectroscopy (TRLS)measurements allow temporal and spectral characterization of the fluorescent components. Indeed, the study ofthe fluorescence decays induced by a nanosecond pulsed laser in this case allowed to measure the interaction betweenthe OM and the quencher. For those purposes, a fluorescence lifetime deconvolution algorithm was appliedto each fluorescence decay. Analysis of the fluorescence lifetime data was accomplished using the Stern–Volmerplot which gave reliable information on the quenching process that takes place. Copper, europium and uraniuminteractions with Humic Acids (HA) and Fulvic Acids (FA) shows significant fluorescence decays and stabilityconstants between 2.04 and 4.52. Copper allowed to calibrate our model study and the interactions of europiumand uranium with the HA and FA studied reported stability constants in agreement with the literature. TRLSresults have often revealed a bi–exponential decays and fluorescence lifetimes between 0.40 and 14 ns and showsthat the studied interactions mainly lead to static quenching and thus the formation of a molecular complex inthe ground state. This study has allowed spectral and temporal characterization to determine organic matterinteraction with toxic metals.

Le but de cette thèse est de sonder la flexibilité de NCp7 et de Δ(-)PBS, deux bio-molécules impliquées dans le second saut de brin de la transcription inverse du VIH. Deux stratégies expérimentales ont été mises en place. Un nouveau montage de spectroscopie ultra-rapide de fluorescence par down-conversion a été construit. Les dynamiques de quenching de la 2-aminopurine (2Ap), insérée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS ont pu être entièrement résolues à une résolution sub-ps. Pour chaque position, 4 temps de vie ont été révélés. Des mesures d'anisotropie confirment que les deux composantes < 5 ps sont liées à un empilement de la 2Ap avec les Guanines avoisinantes. Cet empilement est site-spécifique, prouvé par l'augmentation significative de leurs amplitudes lorsque la 2Ap est située près de la tige (position 10). La faible proportion de conformations reliées à un quenching collisionnel est significative de la faible exposition des 2Ap au solvant et de l'encombrement général de la boucle. La seconde approche avait pour but d'étudier l'effet du repliement du squelette protéique de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc par CID et par LID. Les spectres CID de la protéine nue sont expliqués par le modèle du proton mobile et une description détaillée d'un schéma de fragmentation spécifique autour du Tryptophane (Trp) a été soulignée, attribué une Lysine voisine. Un seul fragment issu de l'excitation à 266 nm a été identifié, son apparition entre en compétition avec les fragments CID du Trp. L'effet général du repliement autour du Zinc se traduit par une augmentation du taux de fragmentation autour du Trp et par une perte de spécificité pour le reste du spectre.Les flexibilités de Δ(-)PBS et NCp7 ont été respectivement évaluées par spectroscopie ultra-rapide de type down-conversion et par spectrométrie en phase gazeuse. La première méthode nécessite l'utilisation d'une sonde fluorescente non invasive, la 2-aminopurine (2Ap), placée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS. Notre résolution temporelle permet de résoudre entièrement les dynamiques locales de quenching et d'anisotropie de la 2Ap. Les composantes liées au quenching statique et quenching collisionnel ont été discriminées et révèlent les degrés d'empilement / encombrement locaux de la boucle. L'effet du repliement de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc a été étudié par CID et par LID à 266 nm. La protéine nue présente un interessant shéma de fragmentation autour du Tryptophane (Trp), exalté par la complexation avec le zinc, au prix une perte de spécificité pour le reste du spectre. Un seul fragment LID a été identifié, un mécanisme de sa formation est proposé.

In this thesis resonance energy transfer between perylene and fluorescein in tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB) solution was studied. The influence of addition of native or modified sodium hyaluronate on resonance energy transfer was also investigated. The addition of native sodium hyaluronate supports energy transfer at lower fluorescein concentrations and the addition of modified sodium hyaluronate influences the maximal value of energy transfer effectivity. Strong influence on the critical micelle concentration (CMC) values with the addition of sodium hyaluronate during CMC of TTAB determination was investigated. The data indicates not only micelles formation, but also formation of aggregates of sodium hyaluronate with TTAB. Aggregation numbers of TTAB with addition of native and modified sodium hyaluronate by the quenching of pyrene by cetylpyridinium chloride (CPC) was investigated. The addition of sodium hyaluronate into the solution of TTAB changes the average mean aggregation number. Solute exchange between micelles of TTAB and the influence of addition of modified sodium hyaluronate on this exchange was also investigated. No solute exchange between micelles in TTAB and in TTAB with added modified sodium hyaluronate was discovered during this experiment.

This work focuses on examination of hyaluronan-sulfactant aggregates in term of determination of aggregate number. The value of critical micellar concentration (CMC) cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) in three different solvents (water, phosphate buffer and physiological solution). Next the effect of the native hyaluronan supplement on the value of CMC was examined. It wasfound out that the solvent has the biggest effect on the value of CMC whilst the hyaluronan supplement affects CMC only a little. The aggregate number (Nagg) CTAB and the effect of the native hyaluronan supplement were determined out by means of fluorescence quenching. Pyrene was used as a fluorescence probe. Iodine and cetylpyridinium chloride (CPC) were used as quenchers. Sulfactant was dissolved in three different solvents (water, phosphate buffer and physiological solution). Not only the hyaluronan supplement but also the used solvent has the strong effect on the value of the aggregate number. When using 10mM CTAB dissolved in physiological solution the value of Nagg was 119 ± 4 while the value was half in buffer. Then we found out that in most cases the hyaluronan supplement reduces the value of the aggregate number.