Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse de doctorat : Médecine : Nancy 1 : 2000. / 2000NAN11315. Titre provenant de l'écran-titre.

La riboflavine (RF) est une vitamine essentielle pour la croissance et le développement cellulaire. Elle possède des propriétés physico-chimiques intéressantes et est internalisée dans les cellules par des transporteurs spécifiques. Le premier objectif de ce projet était de synthétiser des dérivés amphiphiles de la RF (RFA) et d'étudier leurs capacités d'auto-assemblages. Le second objectif était d'insérer les RFA dans des liposomes et d'évaluer leur efficacité de ciblage tumoral in vitro et in vivo. La préparation des différents RFA repose sur l'ajout d'un lipide en différentes positions de la RF. L’un d'eux, de type phospholipide (RfdiC14) a été capable de former des objets tridimensionnels de taille μm constitués de lamelles multicouches dont l’architecture et la dynamique sont très différentes de celles des phospholipides classiques. L’insertion de RfdiC14 dans des liposomes est efficace et n’influence pas leurs propriétés physico-chimiques. Les liposomes fonctionnalisés ont montré une internalisation cellulaire spécifique dans les lignées A431, PC3 et HUVECs. Afin de tester l’efficacité du ciblage tumoral in vivo, un analogue de RfdiC14 portant un espaceur PEG a été préparé puis inséré dans des liposomes péguylés. Grâce à un marquage adéquat (ICG et DiR), leur accumulation tumorale a été suivie par imagerie photoacoustique dans un modèle A431 et leur biodistribution évaluée par imagerie μCT/FMT dans un modèle PC3. Les résultats montrent une légère amélioration de l’accumulation tumorale dans les xénogreffes A431 et une augmentation du ciblage vasculaire dans le modèle tumoral PC3. La biodistribution globale des liposomes marqués est comparable à celle des contrôles. / Riboflavin (RF) is an essential vitamin for cell growth and development. It possesses interesting physicochemical properties and is internalized by the cells through specific transporters. The first aim of this study was to prepare amphiphile derivatives of RF (RFA) and study their auto-assembly. The second aim was to insert RFA into established drug delivery systems and test their tumour-targeting potential in vitro and in vivo. RFA were prepared by the molecule functionalization with lipid moieties in different positions. One of them, a phospholipid-like derivative (RfdiC14) was able to self-assembly in aqueous solutions into μm-sized 3D objects constituted from slightly curved multilayer lamellas. The bilayer architecture and dynamics were very different from ordinary phospholipids. In contrast, the insertion of small amount of RfdiC14 in a liposome did not influence membrane dynamics and physicochemical characteristics. RfdiC14-functionalised liposomes displayed high and specific uptake in vitro in A431, PC3 cells and HUVECs. The efficiency of RF targeting was also tested in vivo. For that purpose, liposome composition was optimized and a new RF amphiphile with a PEG spacer between RF and lipid was prepared. The tumour accumulation of the liposomes labelled with ICG was studied by photoacoustic imaging in A431 tumour model. The biodistribution of DiR labelled liposomes was accessed by combined μCT/FMT imaging in PC3 tumour model. The results show slight improvement of the tumour accumulation in A431 xenographts and the enhancement of vascular targeting in PC3 tumour model. The overall biodistribution of the RF-targeted liposomes was comparable to control.

Dans ce travail, le comportement des protéines de pois vis-à-vis de la gélification enzymatique par la transglutaminase microbienne (MTGase) a été évalué à l’état natif et après dénaturation (réduction chimique ou thermo-dénaturation). L’application finale concernait la formation de microparticules protéiques permettant d’encapsuler la riboflavine, choisie comme molécule active hydrophile modèle. Le procédé d’extraction des fractions protéiques de pois a été optimisé de manière à affecter le moins possible la structure des protéines et de récupérer des fractions natives riches en albumines (Alb) et en globulines (Glob), ou leur mélange. La mise en place des méthodes de suivi de la réaction enzymatique a permis de mettre en évidence leur complémentarité ainsi que leurs limites. Deux nouvelles méthodes de suivi de la réticulation enzymatique ont été développées. L’une basé sur la RMN permet la détermination simultanée de la quantité du fragment glutamine-lysine, produit de la réaction enzymatique, et le degré de réticulation ; l’autre méthode, basée sur les techniques de mesure de taille (SDS-PAGE et DLS), permet de visualiser les liaisons intramoléculaires. L’étude du traitement enzymatique appliqué aux fractions Alb et Glob de pois à l’état natif et dénaturé, ainsi qu’en mélange natif, a montré que la réaction enzymatique est fortement liée à la structure et à la conformation des protéines. Contrairement à la fraction Alb, la fraction Glob constitue un bon substrat pour la MTGase et la réticulation met en jeu des sous-unités constitutives des globulines différentes pour chaque condition de traitement. Néanmoins, la fraction Alb peut être utilisée en tant que booster de réaction enzymatique ce qui peut faire l’objet d’une voie innovante d’amélioration de la susceptibilité des protéines vis-à-vis de la MTGase. Le mécanisme semble basé sur un phénomène d’affinité sélective. Les bonnes propriétés mécaniques et de capacité de rétention d’eau du gel de la fraction protéique de pois totale ont été exploitées pour produire des microparticules à partir de la dispersion de la solution protéique sous forme d’émulsion suivie d’une gélification enzymatique par la MTGase. Les microparticules ont été pratiquement insolubles dans les milieux gastro-intestinaux en absence d’enzymes et lentement dégradable en présence d’enzymes. La libération de la riboflavine est gouvernée par un phénomène de diffusion en absence d’enzyme et de dégradation de support en présence d’enzymes selon des cinétiques compatibles avec des applications nutraceutiques. / In this work, pea proteins behavior toward enzymatic gelation by microbial transglutaminase (MTGase) was studied at native state and after denaturation (chemical reduction or thermal denaturation). The final application was the formation of protein microparticules to encapsulate riboflavin, chosen as hydrophilic active molecule model. The extraction process of the pea protein fractions has been optimized in such a way to minimize as possible protein denaturation and recover native fractions rich in albumin (Alb) and globulin (Glob) or a mixture of both.The setting up of the enzymatic reaction monitoring methods has brought out their complementarity as well as their limits. Two new monitoring methods of enzymatic cross-linking reaction have been developed. The first one, based on the NMR, allows to the simultaneous determination of the glutamine-lysine isopeptide bond, product of the enzymatic reaction, and the degree of crosslinking; the second method, based on size measuring techniques (SDS-PAGE and DLS), permit to view the intramolecular links. The study of enzymatic treatment applied to pea Alb and Glob at the native and denatured states, as well as thier native mixture showed that the enzymatic reaction is strongly related to the structure and conformation of proteins. Unlike Alb, the Glob fraction is a good substrate to transglutaminase and crosslinking reaction involves different subunits constituting globulins for each treatment condition. However, the Alb can be used as a booster of enzyme reaction which can be an innovative way for improving the proteins susceptibility toward transglutaminase treatment. The mechanism seems to be based on a selective affinity phenomenon. The good mechanical properties and water holding capacity of total pea proteins gel have been exploited to produce microparticles from a water-in-oil emulsion followed by enzymatic gelation. The produced microparticles were practically insoluble in gastrointestinal media in the absence of enzymes and slowly degradable in the presence of enzymes. The release mechanisms of riboflavin in digestive environments are governed by a diffusion phenomenon in the absence of enzymes and by support degradation phenomenon in the presence of enzymes according to kinetics compatible with nutraceutical applications.

Introduction : Chez les nouveau-nés prématurés, l’hyper-alimentation intraveineuse (HAIV) contribue à leur survie, mais elle est aussi une source importante de molécules oxydantes. L’absence d’une protection adéquate contre la lumière ambiante génère in vitro, via la photo-excitation de la riboflavine, du H2O2, des peroxydes organiques et un dérivé peroxydé de la vitamine C, l’ascorbylperoxyde (AscOOH). Plusieurs données du laboratoire associent l’infusion d’HAIV à des désordres lipidiques dans notre modèle animal. L’hypothèse est donc que l’AscOOH a un pouvoir oxydant et est responsable de certains des effets biologiques observés. Mes objectifs sont les suivants : 1) développer une méthode de dosage de l’AscOOH; 2) démontrer, à l’aide du modèle animal bien établi au laboratoire, des relations entre la concentration tissulaire de cette molécule et des paramètres métaboliques et l’état redox au foie et dans la circulation; et 3) confirmer l’effet physiologique de l’AscOOH dans un modèle cellulaire. Méthode : Différents étalons internes potentiels ont été testés pour le dosage de l’AscOOH par spectrométrie de masse après séparation sur HPLC (LC-MS). Les phases mobiles et conditions chromatographiques ont été optimisées. Pour l’objectif 2, des cobayes de 3 jours de vie (n=11) ont reçu par voie intraveineuse une dose d’AscOOH (entre 0 et 3,3mM). Les animaux ont été sacrifiés au 4e jour de traitement pour le prélèvement de tissus. Les concentrations tissulaires d’AscOOH ont été déterminées au LC-MS. La triglycéridémie et la cholestérolémie ont été mesurées à l’aide d’un kit commercial par spectrophotométrie. Le glutathion oxydé et réduit ont été mesurés par électrophorèse capillaire. Les relations linéaires obtenues sont exprimées par le ratio des carrés (r2), et traitées par ANOVA. Résultats : La validation du dosage de l’AscOOH par LC-MS a été réalisée. Chez les animaux, la concentration urinaire d’AscOOH par créatinine corrèle positivement avec la dose reçue, négativement avec la lipidémie, et négativement avec le redox sanguin et érythrocytaire, indiquant un milieu moins oxydé. Conclusion : La concentration urinaire d’AscOOH peut donc être un reflet de l’oxydation de l’HAIV en clinique. Nos données chez l’animal suggèrent une interaction de l’AscOOH avec le métabolisme hépatique produisant une chute de la concentration plasmatique de cholestérol et de triglycérides. Le modèle cellulaire n’a pas permis d’élucider le mécanisme moléculaire de l’action de l’AscOOH sur le métabolisme. / Introduction: Intravenous hyperalimentation (IVHA) often contributes to the survival of preterm newborns, but it is also an important source of oxidizing molecules. The lack of adequate protection from ambient light generates, in vitro, through the photo-excitation of riboflavin, H2O2, organic peroxides and a peroxidated derivative of vitamin C: ascorbylperoxide (AscOOH). Certain data from our laboratory linked the infusion of IVHA to lipid disorders in our animal model. The hypothesis is that AscOOH is an oxidant that is responsible for some of the biological effects observed. My objectives are: 1) to develop a method for quantitation of AscOOH, 2) to demonstrate, using the guinea pig model used by our laboratory, relations between the tissue concentration of this molecule and metabolic and redox parameters in the liver and plasma, and 3) to confirm the physiological effect of AscOOH in a cell culture model. Method: Different promising internal standards were tested for AscOOH quantitation by mass spectrometry after HPLC separation (LC-MS). Mobile phases and chromatography conditions have been optimized. For objective #2, 3 days old guinea pig pups (n = 11) received an intravenous dose of AscOOH (between 0 and 3.3mM). Animals were sacrificed on the 4th day of treatment for tissue gathering. Tissues AscOOH concentrations were determined by LC-MS. The triglyceride and cholesterol levels were measured by spectrophotometry using a commercial kit. The oxidized and reduced glutathione were measured by capillary electrophoresis. The linear relations obtained are expressed by the square of the correlation coefficient (r2), and processed by ANOVA. Results: The validation of the LC-MS method for AscOOH quantification has been achieved. In animals, the concentration of urinary AscOOH by creatinine correlates positively with the dose received, negatively with blood lipids, and negatively with blood and erythrocyte redox, indicating a less oxidized environment. Conclusion: The urinary AscOOH concentration may be a good indicator of the oxidation state of clinical IVHA. Our data in animals suggest an interaction between AscOOH and liver metabolism producing a drop in plasma concentration of cholesterol and triglycerides. The cell model was not able to clarify the molecular mechanism of AscOOH action on metabolism.

Introduction : Chez les nouveau-nés prématurés, l’hyper-alimentation intraveineuse (HAIV) contribue à leur survie, mais elle est aussi une source importante de molécules oxydantes. L’absence d’une protection adéquate contre la lumière ambiante génère in vitro, via la photo-excitation de la riboflavine, du H2O2, des peroxydes organiques et un dérivé peroxydé de la vitamine C, l’ascorbylperoxyde (AscOOH). Plusieurs données du laboratoire associent l’infusion d’HAIV à des désordres lipidiques dans notre modèle animal. L’hypothèse est donc que l’AscOOH a un pouvoir oxydant et est responsable de certains des effets biologiques observés. Mes objectifs sont les suivants : 1) développer une méthode de dosage de l’AscOOH; 2) démontrer, à l’aide du modèle animal bien établi au laboratoire, des relations entre la concentration tissulaire de cette molécule et des paramètres métaboliques et l’état redox au foie et dans la circulation; et 3) confirmer l’effet physiologique de l’AscOOH dans un modèle cellulaire. Méthode : Différents étalons internes potentiels ont été testés pour le dosage de l’AscOOH par spectrométrie de masse après séparation sur HPLC (LC-MS). Les phases mobiles et conditions chromatographiques ont été optimisées. Pour l’objectif 2, des cobayes de 3 jours de vie (n=11) ont reçu par voie intraveineuse une dose d’AscOOH (entre 0 et 3,3mM). Les animaux ont été sacrifiés au 4e jour de traitement pour le prélèvement de tissus. Les concentrations tissulaires d’AscOOH ont été déterminées au LC-MS. La triglycéridémie et la cholestérolémie ont été mesurées à l’aide d’un kit commercial par spectrophotométrie. Le glutathion oxydé et réduit ont été mesurés par électrophorèse capillaire. Les relations linéaires obtenues sont exprimées par le ratio des carrés (r2), et traitées par ANOVA. Résultats : La validation du dosage de l’AscOOH par LC-MS a été réalisée. Chez les animaux, la concentration urinaire d’AscOOH par créatinine corrèle positivement avec la dose reçue, négativement avec la lipidémie, et négativement avec le redox sanguin et érythrocytaire, indiquant un milieu moins oxydé. Conclusion : La concentration urinaire d’AscOOH peut donc être un reflet de l’oxydation de l’HAIV en clinique. Nos données chez l’animal suggèrent une interaction de l’AscOOH avec le métabolisme hépatique produisant une chute de la concentration plasmatique de cholestérol et de triglycérides. Le modèle cellulaire n’a pas permis d’élucider le mécanisme moléculaire de l’action de l’AscOOH sur le métabolisme. / Introduction: Intravenous hyperalimentation (IVHA) often contributes to the survival of preterm newborns, but it is also an important source of oxidizing molecules. The lack of adequate protection from ambient light generates, in vitro, through the photo-excitation of riboflavin, H2O2, organic peroxides and a peroxidated derivative of vitamin C: ascorbylperoxide (AscOOH). Certain data from our laboratory linked the infusion of IVHA to lipid disorders in our animal model. The hypothesis is that AscOOH is an oxidant that is responsible for some of the biological effects observed. My objectives are: 1) to develop a method for quantitation of AscOOH, 2) to demonstrate, using the guinea pig model used by our laboratory, relations between the tissue concentration of this molecule and metabolic and redox parameters in the liver and plasma, and 3) to confirm the physiological effect of AscOOH in a cell culture model. Method: Different promising internal standards were tested for AscOOH quantitation by mass spectrometry after HPLC separation (LC-MS). Mobile phases and chromatography conditions have been optimized. For objective #2, 3 days old guinea pig pups (n = 11) received an intravenous dose of AscOOH (between 0 and 3.3mM). Animals were sacrificed on the 4th day of treatment for tissue gathering. Tissues AscOOH concentrations were determined by LC-MS. The triglyceride and cholesterol levels were measured by spectrophotometry using a commercial kit. The oxidized and reduced glutathione were measured by capillary electrophoresis. The linear relations obtained are expressed by the square of the correlation coefficient (r2), and processed by ANOVA. Results: The validation of the LC-MS method for AscOOH quantification has been achieved. In animals, the concentration of urinary AscOOH by creatinine correlates positively with the dose received, negatively with blood lipids, and negatively with blood and erythrocyte redox, indicating a less oxidized environment. Conclusion: The urinary AscOOH concentration may be a good indicator of the oxidation state of clinical IVHA. Our data in animals suggest an interaction between AscOOH and liver metabolism producing a drop in plasma concentration of cholesterol and triglycerides. The cell model was not able to clarify the molecular mechanism of AscOOH action on metabolism.

Le cross-linking du collagène cornéen (CXL) est une cornéoplastie mini-invasive reposant surun concept biomécanique difficile à objectiver physiquement et dont les preuves del’efficacité thérapeutique sont d’interprétation complexe. Les principes, les nuances et lesrésultats du CXL sont colligés dans cette thèse afin de valider l’intérêt du modèleexpérimental choisi pour tester la pertinence de notre travail de recherche sur l’élastographiecornéenne par ondes de cisaillement.Notre cheminement expérimental a abouti au choix du modèle de CXL trans-épithélial (TCXL)assisté par iontophorèse (I-CXL), réalisé in vivo, sur oeil de lapin. Les mesuresélastographiques obtenues après euthanasie ont ainsi pu démontrer une modificationsignificative du profil d’élasticité de la cornée après CXL, testé successivement de manièredynamique et statique.Nos résultats confirment donc l’efficacité biomécanique instantanée du I-CXL et donnent uneidée plus précise de la valeur de la photo-polymérisation du tissu cornéen isolée desphénomènes liés à la cicatrisation. Les enjeux technologiques de l’élastographe cornéen paranalyse des ondes de cisaillement ont pu être définis afin de développer une stratégie de miseen oeuvre d’un système pertinent pour la pratique clinique. / Corneal collagen cross-linking (CXL) is a kind of minimaly invasive corneoplasty mainlybased on a biomechanical concept, which is very difficult to measure physically, and whichthe therapeutic efficacy understanding is complex.Principles, different protocols and resultsare summarized in this thesis in order to illustrate the usefulness of the experimental modelchosen in our experimentations about elastographic corneal shear wave imaging.The pathway of our experimental work have led to the choice of trans-epithelial CXL (TCXL)assisted by iontophoresis (I-CXL), performed in vivo, on rabbits eyes. Elastographicmeasurements we obtained after animals euthanasia have shown a significant change of thecorneal elasticity profile after CXL, successively tested in a dynamic and in a static fashion.Our results do confirm the biomechanical efficacy of the I-CXL procedure and give a moreprecise idea of the sole photo-polymerization effect by avoiding any confounding healingconcern. Technological issues for corneal elastography with shear wave imaging have beenraised in this thesis to develop a realistic strategy for the launch of a clinically useful device.