Les mécanismes physiopathologiques liés aux maladies neurodégénératives restent encore largement méconnus. Deux processus semblent être particulièrement en cause dans les phénomènes de neurodégénérescence : la neurotoxicité par afflux massif de calcium due à une activation excessive des récepteurs NMDA (GluN) et la neurotoxicité par déstabilisation du cytosquelette du neurone par le biais de la phosphorylation anormale de la protéine tau. L'imagerie moléculaire par le biais de la tomographie par émission de positons (TEP) et de radiotraceurs, en étudiant les mécanismes moléculaires in vivo, permet de détecter et quantifier ces phénomènes. Ce travail a eu pour objet d'étudier un dérivé de la mémantine, un antagoniste des GluN se fixant sur un site intra-canal accessible uniquement lorsque ces récepteurs sont activés ce qui en fait donc un vecteur d'imagerie intéressant pour étudier leur activation. Nous avons mis au point la synthèse d'un nouveau radiotraceur dérivé de la mémantine : la [18F]-FNM (Fluoroéthylnormémantine). Il s'agit d'une synthèse par substitution nucléophile d'un groupement tosylate par du [18F], suivie d'une hydrolyse acide. Cette synthèse est reproductible avec un rendement de 10%, son activité spécifique est > 355 GBq/µmol. Chez le rat, le traceur passe la barrière hémato-encéphalique et sa distribution cérébrale est bien corrélée avec la localisation des GluN (r=0.622, p<0.0001). Sa cinétique de fixation (40 minutes) est compatible avec son utilisation en TEP. En ce qui concerne les tauopathies, la protéine tau stabilise l'organisation microtubulaire. Lors d'une phosphorylation anormale, l'interaction avec les microtubules diminue et les protéines tau vont s'accumuler en formant des Paires de Filaments en Hélice (PHF). Nous avons optimisé la radiosynthèse de l' [18F]-AV1451 ciblant les PHF. Notre rendement de synthèse est de 30% et l'activité spécifique du traceur > 10 GBq/µmol. Nous avons réalisé des autoradiographies sur des coupes de cerveaux atteints de tauopathie et nous avons constaté la capacité du traceur à différencier les coupes saines des coupes malades. La production de cet outil dans notre centre va nous permettre d'étudier la présence de PHF chez le marmouset, un primate particulièrement intéressant dans l'étude du vieillissement. Nous avons donc réalisé la synthèse de deux radiotraceurs innovants : la [18F]-FNM et le [18F]-AV1451, les synthèses sont reproductibles et les rendements compatibles avec des productions de doses en recherche pré-clinique et clinique. / The pathophysiological mechanisms associated with neurodegenerative diseases remain largely unknown. Two processes appear to be particularly involved in the phenomena of neurodegeneration: neurotoxicity induced by massive influx of calcium caused by excessive activation of NMDA receptors (GluN) and neurotoxicity by destabilization of neuron cytoskeleton through abnormal protein tau phosphorylation. Molecular imaging through positron emission tomography (PET) and radiotracers, by studying the molecular mechanisms in vivo, allows to detect and quantify these phenomena. This work was intended to study a memantine derivative, a GluN antagonist. We chose to develop a ligand that selectively binds to the ion channel in the open and active state which therefore makes it an interesting vector to study their overactivation. We have developed the synthesis of a new memantine analogue radiotracer: the [18F]-FNM (Fluoroéthylnormémantine). This is a synthesis by nucleophilic substitution of a tosylate with [18F], followed by acid hydrolysis. This synthesis is reproducible with a yield of 10%, its specific activity was> 355 GBq / µmol. In rats, the tracer cross the blood-brain barrier and brain distribution correlates well with the location of GluN (r = 0.622, p <0.0001). The binding kinetics (40 minutes) is compatible with its use in PET. Regarding tauopathies, the tau protein stabilizes microtubule organization. During abnormal phosphorylation, interaction with microtubules and tau proteins decreases and tau will accumulate to form Paired helical Filament (PHF). We optimized the radiosynthesis of [18F] AV1451 targeting 3 tau PHF. Our yield of synthesis is 30% and the specific activity of the tracer> 10 GBq / µmol. We made autoradiography on brains sections and have shown tracer ability to differentiate healthy and pathological slices. This tool will allow us to study the presence of PHF in marmosets, a particularly interesting primate in the study of aging. So we performed the synthesis of two innovative radiotracers: the [18F]-FNM and [18F]-AV1451, syntheses are reproducible and yields compatible with doses manufacturing in pre-clinical and clinical research.

La tomographie par émission de positons (TEP) est une modalité d’imagerie nucléaire puissante, permettant des mesures fonctionnelles non-invasive dans les cellules, les animaux et les humains avec une haute sensibilité et résolution. Les exosomes sont des vésicules extracellulaires de 30 à 120 nm qui peuvent transférer leur contenu cytoplasmique entre cellules, mais comprendre leurs cheminements in vivo reste un défi. Les hydrogels thermosensibles à base de chitosane ont été développés et sont sous optimisation pour diverses applications telles que l'embolisation des vaisseaux sanguins, l'administration de médicaments, l’'administration de lymphocytes et la réparation du cartilage et des disques intervertébraux. Il y a un besoin urgent de suivi in vivo à court terme pour évaluer la rétention des hydrogels et des exosomes. Le Hexadécyl-4- [18F]-fluorobenzoate ([18F]HFB) est un radiotraceur lipophile à longue chaîne qui est retenu dans les membranes cellulaires et les biomatériaux. Le but de ce travail était d'automatiser la radiosynthèse de [18F]HFB pour marquer des exosomes et des hydrogels. La radiosynthèse et la purification de [18F]HFB ont été réalisées en utilisant le synthétiseur de chimie commercial IBA Synthera®. [18F]HFB a été préparé via substitution du précurseur d’ammonium quaternaire par [18F]F-. Après une première purification via une cartouche C18, [18F]HFB a été élué avec de l'acétonitrile et purifié par HPLC. [18F]HFB a ensuite été reformulé dans une solution de DMSO (10%) après élimination du solvant HPLC sous azote, filtré et dilué dans une solution saline stérile. [18F]HFB a été obtenu en rendement radiochimique allant de 15 à 45% (corrigé pour désintégration), en haute pureté radiochimique et chimique, et dans un temps de synthèse total de 60 minutes. Les exosomes n'ont pas été marqués avec succès. Cependant, les hydrogels de chitosane ont démontré un marquage élevé, avec une stabilité du complexe >90%, même après 8 heures d’incubation en solution saline. La TEP avec [18F]HFB d'exosomes et de biomatériaux présente une approche novatrice pour déterminer leur distribution in vivo. / Positron emission tomography (PET) is a powerful nuclear imaging modality allowing for non-invasive functional measures in cells, animals and humans with high sensitivity. Exosomes are 30-120 nm extracellular vesicles that can transfer their cytoplasmic contents between cells, however, understanding where exosomes traffic in the body remains a challenge. Chitosan-based thermosensitive hydrogels have been developed and are currently under optimization for various applications such as blood vessel embolization, drug delivery, lymphocyte delivery systems, and cartilage and intervertebral disc repair. There is an urgent need for in vivo, short term follow-up of such procedures to assess the retention of hydrogels and exosomes at the site of injection. Hexadecyl-4-[18F]fluorobenzoate ([18F]HFB) is a long chain lipophilic radiotracer that has been reported to be retained within cell membranes or biomaterials. The aim of this work was to automate the radiosynthesis of [18F]HFB for labeling exosomes and chitosan-based hydrogels. The radiosynthesis and purification of [18F]HFB was done using the commercial IBA Synthera® chemistry synthesiser with the R&D IFP-cassette and HPLC module. As previously reported, [18F]HFB was prepared by [18F]F- substitution of the trimethyl ammonium triflate precursor in DMSO. After removal of unreacted [18F]F- and DMSO via a C18 light cartridge, [18F]HFB was eluted with acetonitrile and purified by semi-prep C18 HPLC. [18F]HFB was then reformulated in DMSO (10%) solution after removal of the HPLC solvent from the radioactive product peak under nitrogen, filtered, and diluted in sterile saline. [18F]HFB was obtained in radiochemical yield (isolated after HPLC and evaporation) ranging from 15 – 45% (decay-corrected), high radiochemical and chemical purities, and within a total synthesis time of 60 mins. Exosomes were not successfully labeled. However, high labeling efficiency was observed with the chitosan hydrogels displaying a stability >90%, even after 8 hours incubation in saline. PET imaging with [18F]HFB of exosomes and biomaterials presents a novel approach to determining their in vivo distribution.

Plusieurs maladies rénales et cardiovasculaires présentent une altération de l’expression des récepteurs de type 1 de l'angiotensine (AT1R) et sont traitées par le candésartan ou le losartan. Le radiomarquage de cette famille de molécules développé au sein de notre laboratoire a démontré une liaison spécifique pour les AT1R rénaux chez les rats et les cochons. Le [11C]méthyl-candésartan présente une cinétique supérieure à celle du [11C]méthyl-losartan. Néanmoins, la présence d’un radiométabolite hydrophobe, interférant avec le signal TEP du traceur d’origine, rend la quantification des AT1R complexe. Le [18F]fluoropyridine-losartan est un antagoniste qui possède une affinité de liaison élevée ainsi que peu de métabolites radiomarqués dans les reins de rats. Cependant, sa faible activité molaire ne permet pas de visualiser les niveaux d’AT1R myocardiques présents en faible densité. Le but de cette recherche est de développer les radiosynthèses automatisées d'analogues 18F-fluoropyridinés du candésartan et du losartan en très hautes puretés et activités molaires et d'évaluer l'efficacité du [18F]fluoropyridine-candésartan comme traceur TEP sélectif aux AT1R. Le [18F]fluoropyridine-candésartan et le [18F]fluoropyridine-losartan ont été synthétisés via la cycloaddition de Huisgen catalysée au cuivre(I) entre le 2-[18F]fluoro-3-(pent-4-yn-1-yloxy)pyridine ([18F]FPyKYNE) et un dérivé azidé du candésartan ou du losartan. Le [18F]FPyKYNE est préalablement obtenu par radiofluoration de NO2PyKYNE puis purifié par HPLC, empêchant ainsi la formation de sous-produits nitropyridinés. Après optimisation, les traceurs sont obtenus avec un rendement radiochimique de 11% et des activités molaires (>380 GBq/μmol), des puretés chimiques et radiochimiques (>97%) très élevées. Les tests de contrôle de qualité complet du [18F]fluoropyridine-losartan permettant son utilisation dans des études cliniques futures ont aussi été développés. Le fluoropyridine-candésartan a révélé une affinité élevée (Ki=5,9 nM) dans des membranes exprimant les AT1R, comparable au fluoropyridine-losartan (Ki=5,6 nM) mais inférieure à celle du candésartan (Ki=0,4 nM). Des études d’ultrafiltration ont démontré que le [18F]fluoropyridine-candésartan se lie fortement aux protéines plasmatiques (99,3%). La liaison spécifique aux AT1Rs a été confirmée ex vivo par biodistribution. Une réduction significative (-86%) de la captation dans le cortex rénal de rats prétraités (candésartan ou losartan) est constatée. Des résultats similaires sont obtenus in vitro par autoradiographie avec co-incubation en présence de losartan. La présence de métabolites radiomarqués a été évaluée ex vivo dans du plasma et dans les reins d’animaux témoins ou prétraités (candésartan ou losartan) par HPLC. Le [18F]fluoropyridine-candésartan a été métabolisé en composés radiomarqués hydrophiles, affichant une interférence minimale sur la liaison rénale aux AT1R avec 82% de traceur inchangé dans les reins 20 min après injection. Les images TEP/TC dynamiques du [18F]fluoropyridine-candésartan, acquises pendant 60 min, ont révélé des accumulations élevées et éliminations lentes dans le cortex rénal et le foie avec des rapports tissu-sang élevés. La spécificité de liaison aux AT1R a été démontrée par le blocage des sites de liaison avec du losartan 20 min après l'injection (réductions des rapports tissu-sang dans le cortex rénal (-84%) et dans le foie (-93%)). Aucun changement n'a été observé dans les reins de rats prétraités avec l'antagoniste des AT2R PD123,319, confirmant la sélectivité de liaison pour les AT1R. Les radiosynthèses reproductibles automatisées, les propriétés de liaison ainsi que la stabilité in vivo font du [18F]fluoropyridine-candésartan et du [18F]fluoropyridine-losartan des radiotraceurs potentiels permettant l’imagerie TEP des AT1R dans plusieurs maladies cardiovasculaires ou rénales, offrant ainsi la possibilité de suivre la progression de ces maladies dans des études longitudinales mais aussi de mieux guider la thérapie. / Numerous renal and cardiovascular diseases exhibit alterations in the Angiotensin type 1 receptor (AT1R) levels that are treated with candesartan or losartan. Our previous radiolabeled derivatives of these drugs displayed specific binding for renal AT1R in rats and pigs. [11C]Methyl-candesartan exhibited superior kinetics than [11C]methyl-losartan, but a hydrophobic radiometabolite interfered with the PET signal and AT1R quantification. High binding affinity, full antagonistic efficacy and minimal interference of labeled metabolites in rat kidneys were observed with [18F]fluoropyridine-losartan. However, the tracer’s low molar activity prevented visualization of low-density myocardial AT1R. The aim of this research was to develop automated radiosyntheses of 18F-fluoropyridinated analogs of candesartan and losartan in very high purities and molar activities and to evaluate [18F]fluoropyridine-candesartan efficacy as a selective AT1R PET tracer. [18F]Fluoropyridine-candesartan and [18F]fluoropyridine-losartan were synthesized via the copper(I)-catalyzed Huisgen cycloaddition between 2-[18F]fluoro-3-(pent-4-yn-1-yloxy)pyridine ([18F]FPyKYNE) and an azido-derivative of candesartan or losartan, respectively, followed by acid deprotection and C18-HPLC purification. [18F]FPyKYNE was obtained by radiofluorination of NO2PyKYNE and purified by silica-gel HPLC, preventing the formation of nitropyridinated by-products in the second step. The reaction parameters and purifications were optimized to provide tracers in 11% radiochemical yield with very high molar activities (>380 GBq/μmol), chemical and radiochemical purities (>97%). Full quality control testing of [18F]fluoropyridine-losartan was performed to validate its safe use in future clinical studies. The binding and pharmacokinetic properties of the novel [18F]fluoropyridine-candesartan were evaluated in vitro and ex/in vivo in male Sprague-Dawley rats. Competition binding assays in AT1R-expressing membranes revealed a high affinity of fluoropyridine-candesartan (Ki=5.9 nM), which is similar to fluoropyridine-losartan (Ki=5.6 nM) but lower than candesartan (Ki=0.4 nM). [18F]Fluoropyridine-candesartan bound strongly to plasma proteins (99.3%) as assessed by ultrafiltration. Specific binding was confirmed by ex vivo biodistribution 20 min after tracer injection, with a significant uptake reduction (-86%) in the AT1R-rich kidney cortex of pretreated (candesartan or losartan) rats and by in vitro autoradiography with losartan co-incubation. Radiolabeled metabolites in plasma and kidneys of control and pretreated (candesartan or losartan) animals were analyzed by column-switch HPLC. [18F]Fluoropyridine-candesartan was mainly metabolized to radiolabeled hydrophilic compounds, displaying minimal interference on renal AT1R binding with 82% of unchanged tracer in the kidneys at 20 min post-injection. Dynamic PET/CT images of [18F]fluoropyridine-candesartan, acquired for 60 min at baseline, revealed high accumulation and slow clearance from the kidney cortex and liver with high tissue-to-blood ratios. Binding specificity for AT1R was demonstrated with marked reductions in kidney-cortex (-84%) and liver (-93%) tissue-to-blood ratios at 20 min post-injection, when blocking with losartan. No change was observed in kidneys of rats pre-treated with the AT2R antagonist PD123,319, confirming binding selectivity for AT1 over AT2 receptors. The favorable binding properties and in vivo stability of [18F]fluoropyridine-candesartan support further studies to validate its potential as AT1R PET radioligand. The reproducible automated radiosyntheses developed in my research will allow innovative in-vivo PET imaging of AT1R-expression in several diseases, offering the possibility to follow disease progression in longitudinal studies and guide therapy.

Les récepteurs de l'adrénomédulline sont fortement exprimés dans les capillaires alvéolaires humains et fournissent une cible moléculaire pour l'imagerie de la circulation et de l'embolie pulmonaire. Au cours des années précédentes, le dérivé DFH12 marqué au 99mTc (PulmoBind) a démontré son potentiel en tant qu'agent d'imagerie SPECT de l'hypertension pulmonaire dans des études cliniques de phase I et II. L’objectif principal de mon projet est de développer le nouvel analogue DFH17 pour l’imagerie TEP des récepteurs de l'adrénomédulline via la méthode de l’Al18F. Pour atteindre cet objectif, un système d’élution semi-automatique a été conçu pour produire l’Al18F concentré directement dans le vial de réaction. En utilisant des tests de complexation avec le chélateur NOTA, des conditions optimales ont été trouvées pour le radiomarquage du DFH17 avec l’Al18F. La combinaison du rapport Al/DFH17 1:3 dans l'éthanol 50% a permis de produire le [18F]AlF-DFH17 avec des puretés radiochimiques et chimiques élevées. Les études TEP avec le [18F]AlF-DFH17 ont démontré un rapport élevé poumon-bruit de fond ainsi qu’une grande stabilité in vivo chez le rat, le chien et le primate. Des captations différenciées dans les poumons des trois espèces ont aussi été détectées par imagerie TEP et leurs différences ont été associées à des variations de la composant RAMP2. Compte tenu de l’importante captation pulmonaire, de la stabilité in vivo et de la dosimétrie favorable, le nouveau dérivé [18F]AlF-DFH17 est un excellent candidat potentiel en tant que traceur TEP des récepteurs adrénomédulline humains. L’expression des récepteurs AT1 de l’angiotensine II est altérée dans plusieurs maladies cardiovasculaires et rénales, telles la défaillance cardiaque, rénale et l’hypertension ainsi que dans certains cancers. Auparavant, le dérivé [11C]méthyl-Candesartan a démontré un potentiel comme agent d'imagerie TEP de l'AT1R rénal mais une proportion élevée du signal TEP correspondait à une liaison non-spécifique d'un radiométabolite hydrophobe. Dans ce travail, l’objectif principal est de développer le nouveau dérivé [18F]fluorobenzyl-Candesartan en utilisant le 4[18F]fluoroiodobenzène ([18F]FIB) avec un profil métabolique et de biodistribution potentiellement meilleurs. Pour atteindre cet objectif, des paramètres réactionnels de fluorination tels que le solvant, la quantité de précurseur, le catalyseur et la température ont été optimisés permettant la radiosynthèse du [18F]FIB avec des rendements et pureté élevés. Ensuite, le couplage du [18F]FIB au dérivé alcyne-trityl-Candesartan a été évalué en utilisant la réaction de Sonogashira suivie d'une détritylation acide. Suite à l’étude de plusieurs conditions de couplage, le rendement de radioconversion a été légèrement augmenté en utilisant le catalyseur Pd(PPh3)4/CuI et K2CO3 comme base. Les meilleures conditions de fluorination et de couplage ont été automatisées pour le module de synthèse Synthra® RNPlus Research. La production du [18F]FB-Candesartan été atteinte avec de faibles rendements et activités molaires en raison de la formation d’impuretés ayant des structures et temps de rétention par HPLC similaires à ceux de notre traceur. Des études supplémentaires afin d'améliorer le rendement, la purification par HPLC et l'activité molaire se sont avérées infructueuses pour l’instant. D’autres expériences devront être effectuées à cette fin. En conclusion, l'utilisation de la réaction de Sonogashira pour produire le [18F]FB-Candersartan avec des rendements et des activités molaires élevées s'est avérée difficile. / Adrenomedullin receptors are highly expressed in human alveolar capillaries and provide a molecular target for imaging the integrity of pulmonary microcirculation. In previous years, the 99mTc-labeled DFH12 derivative (PulmoBind) demonstrated its potential as a SPECT imaging agent of pulmonary hypertension in phase I and II clinical trials. In this work, we aimed to develop a NOTA-derivatized adrenomedullin analog (DFH17), radiolabeled with aluminum fluoride ([18F]AlF), for PET imaging of pulmonary microcirculation. To achieve this goal, highly concentrated [18F](AlF)2+ was produced from purified 18F using a semi-automatic system. Using inexpensive complexation assays with NOTA, optimal conditions at each step of the process were determined facilitating the radiolabeling optimization of DFH17. Furthermore, combining the Al-to-DFH17 1:3 ratio in 50% ethanol as co-solvent, allowed [18F]AlF-DFH17 production in high radiochemical and chemical purities. PET/CT and biodistribution demonstrated high [18F]AlF-DFH17 lung-to-background ratio and in vivo stability in rats, dog and primate. Contrasted inter-species uptake in the lungs associated with variations of RAMP2 were also detected by PET imaging. Considering high lung uptake, in vivo stability and favorable dosimetry observed in the monkey, the novel AM derivative [18F]AlF-DFH17 exhibits an excellent potential as a PET tracer of human AM receptors. Alterations of the expression levels of AT1R has been linked to cardiac and renal diseases, such as cardiac and renal failures, hypertension and some type of cancers. Previously, [11C]methyl-Candesartan displayed potential for PET imaging of AT1Rs, but a high proportion of PET signal corresponded to non-specific binding from a 11C-labeled hydrophobic metabolite. In this work, the main objective was to develop the novel derivative [18F]fluorobenzyl-Candesartan, with potentially better metabolic profile and biodistribution, using 4-[18F]fluoroidobenzene ([18F]FIB) as prosthetic group. To pursue this goal, radiofluorination parameters such as solvent, amount of precursor, type of catalyst and temperature were optimized to reliably synthesize [18F]FIB in high yield and purity. Coupling of [18F]FIB to the alkyne-trityl-Candesartan was evaluated using the Sonogashira cross-coupling reaction followed by an acid deprotection. After studying several Pd-cross-coupling conditions, the radioconversion yield was slightly increased by means of a Pd(PPh3)4/CuI catalyst and K2CO3 as base in DMF. Therefore, the best reaction conditions for [18F]FIB fluorination and its coupling to alkyne-Candesartan followed by an acid hydrolysis, was fully automated for Synthra® RNPlus Research synthesis module. In general, the synthesis of [18F]FB-Candesartan was achieved in low yields and molar activities due to the formation of structurally-close by-product(s) with similar HPLC retention time. Additional studies to further improve the yield, HPLC purification and molar activity (MA) have been unsuccessful. Other experiments will need to be performed to this end. In conclusion, the use of Sonogashira cross-coupling reaction to produce [18F]FB-Candesartan in high yields and molar activities was found to be challenging.