Os receptores dos hormônios da tireóide (TRs) são fatores de transcrição envolvidos na diferenciação celular, metabolismo e funções fisiológicas da maioria dos tecidos. Muitos estudos mostram que diversos efeitos farmacológicos mediados pelos TRs podem ser benéficos na farmacoterapia, especialmente aqueles mediados pelo TR que podem ser úteis em condições médicas importantes como obesidade, hipercolesterolemia e diabetes. Além disso, a descoberta que o TR é a isoforma predominante no coração, mediando a maioria dos efeitos cardiovasculares prejudiciais, estimulou a pesquisa por ligantes seletivos para o TR que poderiam ser utilizados em quadros clínicos importantes com perfil de segurança aceitável. Foi realizado um estudo das relações quantitativas entre a estrutura e atividade (QSAR) de um conjunto de compostos com atividade biológica descrita para TR e TR, que gerou modelos de Holograma QSAR com elevada consistência interna e externa, apresentando bom poder de correlação e predição das propriedades biológicas. Também foi realizado um minucioso estudo de triagem virtual, que propiciou a seleção de 7 compostos que foram adquiridos para terem suas atividades biológicas avaliadas. Ensaios de transfecção e gene repórter foram estabelecidos e utilizados na avaliação da atividade biológica dos compostos selecionados pelo ensaio virtual. Finalmente, um ensaio utilizando ressonância plasmônica de superfície (SPR) foi desenvolvido e utilizado para avaliar a atividade agonista desses compostos, e que pode ser útil para avaliar a atividade de novos ligantes. A técnica de SPR também foi empregada em um cuidadoso estudo da interação do TR com seus correguladores, que incluiu estudos cinéticos e termodinâmicos, propiciando a determinação das taxas cinéticas e parâmetros termodinâmicos para a interação do complexo TR-T3 com peptídeos derivados de dois de seus correguladores. Os resultados obtidos são relevantes e devem ser considerados no planejamento de futuros experimentos utilizando o LBD de TR e agonistas. / The thyroid hormone receptors (TRs) are transcriptional factors involved in cell differentiation, development, metabolism and physiological function of most tissues. Many lines of evidence show that several pharmacological actions of TRs might be beneficial in medical therapy, specially those mediated by TR that target important medical conditions like obesity, hypercholesterolemia and diabetes. Additionally, the findings that TR is the predominant isoform in the heart and mediates most of the TRs deleterious cardiovascular effects, stimulated the research for selective TR ligands which could address important medical needs with an acceptable safety profile. In this PhD thesis, studies of the quantitative structure-activity relationships (QSAR) of a dataset of compounds with reported biologic activity for both TR and TR were performed, and statistically significant Hologram QSAR models with good predictive ability for untested compounds were created. In parallel, a careful virtual screening procedure was executed, leading to the selection of 7 compounds which were purchased for the evaluation of their biological activities. Cell transfection and reporter gene assays were developed, validated and used to evaluate the biological activities of these compounds. Finally, a surface plasmon resonance (SPR) assay was developed and used to assess the agonistic activity of these compounds. The SPR technique was also employed in a careful study of the interaction between the ligand binding domain of TR and peptides derived from its coregulators, which included the determination of the kinetic and thermodynamic parameters for this interaction. The results suggest that flexibility plays an important role in the interaction between the receptor and its coregulators, and point out important aspects of experimental design that should be addressed when using TR LBD and its agonists. Furthermore, the methodology described here may be useful for the identification of new TR ligands.

Eletrônica utilizando polímero em substituição ao silício é uma área de pesquisa recente com perspectivas econômicas promissoras. Compósitos de polímeros com partículas metálicas apresentam interessantes propriedades elétricas, magnéticas e ópticas e têm sido produzidos por uma grande variedade de técnicas. Implantação iônica de metais utilizando plasma é um dos métodos utilizados para obtenção desses compósitos condutores. Neste trabalho é realizada implantação de íons de ouro de baixa energia em PMMA utilizando plasma. O PMMA tem grande importância tecnológica sendo largamente utilizado como resiste em litografias por feixe de elétrons, raios-X, íons e deep-UV. Como resultado da implantação iônica de baixa energia em PMMA há formação de uma camada nanométrica de material condutor. Esse novo material, denominado compósito isolante-condutor, permite criar micro e nanodispositivos através de técnicas largamente utilizadas em microeletrônica. Medidas elétricas são realizadas in situ em função da dose de íons metálicos implantada, o que permite um estudo das propriedades de transporte desses novos materiais, que podem ser modeladas pela teoria da percolação. Simulações utilizando o programa TRIDYN permitem obter a profundidade e o perfil da implantação dos íons. São mostradas caracterizações importantes tais como Microscopia Eletrônica de Transmissão, Microscopia de Varredura por Tunelamento, Espalhamento de Raios-X a Baixos Ângulos, Difração de Raios-X e Espectroscopia UV-vis. Essas técnicas permitem visualizar e investigar o caráter nanoestruturado do compósito metal-polímero. Ainda como parte deste projeto, as camadas condutoras formadas no polímero são caracterizadas quanto à manutenção das suas características de elétron resiste. / Electronics using polymers instead of silicon is a recent research area with promising economic perspectives. Polymer with metallic particles composites presents interesting electrical, magnetic and optical properties and they have been produced by a broad variety of techniques. Metal ion implantation using plasma is one of the used methods to obtain conductor composites. In this work it is performed low energy gold ion implantation in PMMA by using plasma. PMMA has great technological importance once it is broadly used as resist in electron-beam, X-ray, ion and deep UV lithography. As a result of low energy ion implantation in PMMA, a nanometric conducting layer is formed. This new material, named insulator-conductor composite, can allow the creation of micro and nanodevices through well known microelectronics techniques. Electrical measurements are performed in situ as a function of metal ions implanted dose, which allows the investigation of electrical transport of these new materials, which can be modeled by the percolation theory. Simulations using TRIDYN computer code provide the prediction of depth profile of implanted ions. Important characterizations are showed such as Transmission Electron Microscopy, Scanning Tunneling Microscopy, Small Angle X-Ray Scattering, X-Ray Diffraction and UV-vis Spectroscopy. These techniques allow to visualize and to investigate the nanostructured character of the metal-polymer composite. Still as a part of this project, the conducting layers formed are characterized in relation to the maintenance of their characteristics as electron-beam resist.

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Tuberculosis affects millions of people worldwide every year. The current treatment for TB is divided into a regimen of both first- and second-line drugs, where first-line treatments are more tolerated and require shorter treatment lengths. With rising levels of resistance, alternative treatment regimes are urgently needed to fight this disease. Ethionamide, a second-line drug is administered as a prodrug which is activated in vivo by the enzyme EthA, which is in turn regulated by EthR. The disruption of the action of EthR could lead to novel therapeutics which could enhance the efficacy of ethionamide, and raise it to a first-line treatment. The work reported in this thesis examines the elaboration of three chemical scaffolds using fragment-based approaches to develop novel inhibitors capable of disrupting the EthR-DNA interaction. The first scaffold, 5-(furan-2-yl)isoxazole was investigated by fragment-merging approaches and produced compounds with the best of these having a KD of 7.4 uM. The second scaffold, an aryl sulfone was elaborated using fragment-merging strategies. This led to several modifications of the fragment, leading to several variants with KDs around 20 uM. With both of these series the affinity could not be improved below 10 uM and due to the synthetic complexity a further scaffold was prioritised. The third scaffold was explored was a 4-(4-(trifluoromethyl)phenyl)piperazine using fragmentgrowing from the NH of the piperazine to probe deeper into the EthR binding pocket. In addition to this, SAR around the 4-(trifluoromethyl)phenyl group was assessed to explore the interactions with EthR. These modifications led to compounds with nanomolar IC50s. A range of compounds were then screened by REMAssay to determine the boosting effect on ethionamide, and this identified compounds with up to 30 times boosting in the ethionamide MIC. The final chapter examines a concept where compounds were designed to exploit the dimeric nature of EthR by linking two chemical warheads with a flexible linker. These compounds are examined using mass spectrometry to investigate the stoichiometry of the interaction to provide insight into the binding of these extended compounds and exploring an alternative strategy to inhibit EthR. The work in this thesis demonstrated the successful use of fragment-based approaches for development of novel EthR inhibitors which showed significant ethionamide boosting effects.

Eletrônica utilizando polímero em substituição ao silício é uma área de pesquisa recente com perspectivas econômicas promissoras. Compósitos de polímeros com partículas metálicas apresentam interessantes propriedades elétricas, magnéticas e ópticas e têm sido produzidos por uma grande variedade de técnicas. Implantação iônica de metais utilizando plasma é um dos métodos utilizados para obtenção desses compósitos condutores. Neste trabalho é realizada implantação de íons de ouro de baixa energia em PMMA utilizando plasma. O PMMA tem grande importância tecnológica sendo largamente utilizado como resiste em litografias por feixe de elétrons, raios-X, íons e deep-UV. Como resultado da implantação iônica de baixa energia em PMMA há formação de uma camada nanométrica de material condutor. Esse novo material, denominado compósito isolante-condutor, permite criar micro e nanodispositivos através de técnicas largamente utilizadas em microeletrônica. Medidas elétricas são realizadas in situ em função da dose de íons metálicos implantada, o que permite um estudo das propriedades de transporte desses novos materiais, que podem ser modeladas pela teoria da percolação. Simulações utilizando o programa TRIDYN permitem obter a profundidade e o perfil da implantação dos íons. São mostradas caracterizações importantes tais como Microscopia Eletrônica de Transmissão, Microscopia de Varredura por Tunelamento, Espalhamento de Raios-X a Baixos Ângulos, Difração de Raios-X e Espectroscopia UV-vis. Essas técnicas permitem visualizar e investigar o caráter nanoestruturado do compósito metal-polímero. Ainda como parte deste projeto, as camadas condutoras formadas no polímero são caracterizadas quanto à manutenção das suas características de elétron resiste. / Electronics using polymers instead of silicon is a recent research area with promising economic perspectives. Polymer with metallic particles composites presents interesting electrical, magnetic and optical properties and they have been produced by a broad variety of techniques. Metal ion implantation using plasma is one of the used methods to obtain conductor composites. In this work it is performed low energy gold ion implantation in PMMA by using plasma. PMMA has great technological importance once it is broadly used as resist in electron-beam, X-ray, ion and deep UV lithography. As a result of low energy ion implantation in PMMA, a nanometric conducting layer is formed. This new material, named insulator-conductor composite, can allow the creation of micro and nanodevices through well known microelectronics techniques. Electrical measurements are performed in situ as a function of metal ions implanted dose, which allows the investigation of electrical transport of these new materials, which can be modeled by the percolation theory. Simulations using TRIDYN computer code provide the prediction of depth profile of implanted ions. Important characterizations are showed such as Transmission Electron Microscopy, Scanning Tunneling Microscopy, Small Angle X-Ray Scattering, X-Ray Diffraction and UV-vis Spectroscopy. These techniques allow to visualize and to investigate the nanostructured character of the metal-polymer composite. Still as a part of this project, the conducting layers formed are characterized in relation to the maintenance of their characteristics as electron-beam resist.

L’hépatite allo-immune post-greffe de moelle osseuse (GMO) est très mal définie. Le premier objectif de notre thèse était d’identifier, par analyse sérologique du protéome, les antigènes (Ag) cibles d’auto-anticorps (Ac) présents dans le sérum de patients. Cinq patients, ayant reçu une GMO, ont développé des troubles hépatiques à l’arrêt du traitement immunosuppresseur, avec des signes histologiques ressemblant à ceux des hépatites auto-immunes (HAI). Avant et pendant l’épisode hépatique, des serums ont été testés sur des immunoblots réalisés avec des protéines nucléaires, cytosoliques, microsomiques et mitochondriales obtenues à partir d’homogénat de foie de rat, séparées par électrophorès bi-dimensionnelle et transférées sur membrane de nitro-cellulose. Après digestion trypsique, les protéines d’intérêt, marquées uniquement ou plus intensément par les sérums en phase d’hépatite, étaient identifiées par spectrométrie de masse MALDI-TOF/TOF et nanoHPLC LTQ-Orbitrap®. Un nombre total de 103 protéines antigéniques a été identifié, parmi lesquelles 12 sont reconnues par les sérums de 3 patients. A l’issue de cette première description immunologique des hépatites allo-imunes post-GMO, nous formulons des hypothèses physiopathologiques permettant d’expliquer l’évolution d’un mécanisme allo-immun vers une réaction auto-immune. En outre, nous recommandons la réduction très progressive des doses d’immunosuppresseur après GMO.La protéine hnRNP A2/B1 est une cible des anticorps anti-nucléaires (AAN) dans le lupus érythémateux disséminé (LED), la polyarthrite rhumatoïde (PR) et l’HAI. Dans la deuxième partie de la thèse, le but était de caractériser les interactions Ag-Ac en fonction de la pathologie, en utilisant la résonance plasmonique de surface par imagerie (SPRi). Trente-neuf peptides chevauchants de 17 acides aminés, couvrant l’ensemble de l’isoforme B1 de la protéine humaine, ont été immobilisés à la surface d’un prisme. Les interactions entre les peptides immobilisés et les sérums de 8 patients de chaque pathologie et de donneurs sains (D) ont été étudiées en temps réel. Les constantes de vitesse de dissociation koff, calculées pendant la phase de dissociation des complexes Ag-Ac formés, reflètent la stabilité de ces complexes.Plusieurs interactions significatives ont été observées : i) avec une stabilité élevée entre P55-70 et les sérums d’HAI par rapport aux contrôles (p= 0.003); ii) avec une faible stabilité entre P118-133 et P262-277 et les serums de LED, P145-160 et les sérums de PR par rapport aux serums D (p=0, 006; p=0,002; p=0,007). Le peptide P55-70 est donc un biomarqueur potentiel dans l’HAI. Les courbes d’interaction et les koff observés après la formation de complexes avec des anticorps anti-IgG et anti-IgM d’une part, et le traitement des sérums par des nucléases d’autre part, montrent que : i) les IgM sont majoritaires et ii) des acides nucléiques, présents ou non selon la maladie auto-immune, participent aux interactions entre les anti-hnRNP B1 et le peptide AA55-70 ainsi qu’entre les autres peptides et les sérums témoins, et contribuent à la stabilité des complexes Ag-Ac. Les résultats de nos travaux et les innovations technologiques en spectrométrie de masse et en SPR permettent d’envisager la mise au point de nouveaux tests pour le suivi des patients atteints d’hépatites auto et allo-immunes. / Alloimmune hepatitis following bone marrow transplantation (BMT) is poorly characterized. The first goal of this thesis was to identify antigens (Ag) targets of autoantibodies (auto-Ab) in sera from patients, using serological proteome analysis. Five patients who received an allogeneic BMT developed liver dysfunctions with histological features suggestive of autoimmune hepatitis (AIH) after the withdrawal of immunosuppressive therapy. Before and during the onset of hepatic dysfunction, sera were tested on immunoblots performed with cytosolic, microsomal, mitochondrial and nuclear proteins from rat liver homogenate, resolved by two-dimensional electrophoresis and transferred onto nitrocellulose membranes. After tryptic digestion, antigenic targets were identified by two tandem mass spectrometry techniques: MALDI-TOF/TOF and nanoHPLC LTQ Orbitrap®. A total of 103 different proteins were identified. Twelve of them were recognized by sera from three patients. This is the first immunological description of hepatitis occurring after BMT, enabling a discussion of the mechanisms that transform an alloimmune reaction into an autoimmune response. Any decision to withdraw immunosuppression after allogeneic BMT should be made with caution and hepatic parameters monitored systematically.Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP) A2/B1 is a target for antinuclear autoantibodies in systemic lupus erythematosus (SLE), rheumatoid arthritis (RA), and autoimmune hepatitis (AIH). In the second part of the thesis, the goal was to characterize Ag-Ab interactions as a function of pathology, using surface plasmon resonance imagery (SPRi). Sera from 8 patients from each pathology and healthy donors (D) were passed across a SPRi surface containing 39 overlapping peptides of 17 mers covering the human hnRNP B1. Interactions involving the immobilised peptides were followed in real time and dissociation rate constants koff for each interaction were calculated. koff values reflect the stability of the complex. Several significant interactions were observed: i) high stability (lower koff values) between P55-70 and the AIH sera compared to controls (p= 0.003); ii) lower stability (higher koff values) between P118-133 and P262-277 and SLE sera, P145-160 and RA sera compared to controls (p=0.006, p=0.002, p=0.007). These results indicate that P55-70 of hnRNP B1 is a potential biomarker for AIH in immunological tests.The binding curves and koff values observed after the formation of complexes with anti-IgM and anti-IgG antibodies and after nuclease treatment of the serum indicate that i) IgM isotypes are prevalent and ii) circulating nucleic acids, present or absent according to the autoimmune disorders, participate in the interaction between anti-hnRNP B1 and P55-70 and also between controls and the peptides studied and are involved in antigen-antibody stability. Results from our work as well as promising innovations in mass spectrometry and SPR technologies lead us to consider the development of new tests, usable in monitoring patients with auto and alloimmune liver diseases.

Les biocapteurs sont des outils de détection et d'analyse puissants qui ont été largement utilisés dans les domaines de la santé, de la recherche biomédicale et de l’environnement. Cependant, différents biocapteurs utilisent différents transducteurs qui varient par la nature des substrats utilisés et par la chimie de surface. Tous ces paramètres peuvent avoir un effet sur les réactions biomoléculaires aux interfaces et conduire à des variations de la mesure de la constante de dissociation Kd. Dans ce contexte, ce travail de thèse visait à comparer trois techniques différentes : biopuce avec une détection par fluorescence, biocapteur à fluorescence par champ évanescent et biocapteur par résonance de plasmon de surface (SPR). Ces trois techniques ont été comparées pour la détermination de la constant de dissociation de l'hybridation de l'ADN. Pour la biopuce à fluorescence classique, le substrat est une lame de verre et la mesure est effectuée à la fin de l'expérience. Dans le cas du biocapteur à fluorescence à champ évanescent, le polystyrène est le substrat et une détection en temps réel est réalisée. La SPR est réalisée sur un film d'or mince. C'est une technique en temps réel et sans marquage. Les deux techniques basées sur la fluorescence nécessitent de marquer les cibles avec un fluorophore avant la mesure. Un facteur important déterminant la performance de l'analyse est la chimie de surface du capteur. Ici, nous avons optimisé la chimie de la surface de l'or pour le greffage d'ADN modifié thiol. Nous avons étudié deux méthodes de nettoyage: la solution de piranha et le plasma d'oxygène, dans le but d'obtenir une surface d'or propre sans oxydation de l'or. Ensuite, nous avons optimisé les paramètres lors de la mesure SPR comme par exemple la structure interfaciale du capteur, la force ionique .... Enfin, ces trois techniques ont été utilisées pour mesurer la constante de formation du duplex ADN/ADN. Les résultats ont montré que les Kd sont du même ordre de grandeur pour les trois techniques. De plus, pour les trois techniques, une augmentation de la densité de sonde de surface a entraîné une baisse d’affinité telle que mesurée. / Biosensors are powerful detection and analysis tools that have been widely applied in pharmaceuticals, healthcare, biomedical research, and environmental monitoring. However different biosensors use different transducers and therefore different substrates and surface chemistries. All of these parameters may have an effect on the biomolecular reactions at the interface and lead to a deviation in dissociation constant Kd measurements. In this context, this PhD work aimed at comparing three different techniques: fluorescent microarray, evanescent field fluorescence biosensor and surface plasmon resonance (SPR) biosensor, to determine DNA hybridization Kd. For the classical fluorescence microarray, the substrate is a glass slide and the detection is performed at the end of the experiment. In the case of evanescent field fluorescence biosensor, polystyrene is the substrate and it permits a real-time detection. SPR is performed on thin gold film. It is a real-time and a label-free technique. The two fluorescent based techniques require to label the targets with fluorescent dyes prior to the measurements. One important factor determining the performance of the analysis is the surface chemistry of the sensor chip. Herein, we have optimized gold surface chemistry for thiol modified DNA grafting. We studied two cleaning methods: piranha solution and oxygen plasma, aiming at obtaining a clean gold surface without oxidation of the gold. Then, we optimized SPR assay parameters such as interfacial structure of sensor chip, ionic strength... After, these three techniques were used to measure the DNA hybridization Kd. The results showed that the Kds measured are similar for the three techniques. In addition, increasing surface probe density resulted in an increase of Kd of DNA hybridization.

La présence de bactéries dans le sang, un milieu normalement stérile, peut avoir des conséquences graves voire fatales pour l’organisme atteint. Afin de diagnostiquer au plus tôt cette infection, appelée bactériémie, et ainsi administrer le traitement adéquat, il est nécessaire d’identifier les microorganismes isolés à partir du sang. Mais, la nature complexe de ce fluide biologique, associée à la faible charge bactérienne, parfois inférieure à 1 UFC par millilitre de sang ont des conséquences sur les méthodes pouvant être utilisées pour l’identification des bactéries. La plupart d’entre elles ont donc recours à une première étape, l’hémoculture, au cours de laquelle les microorganismes présents dans le prélèvement sanguin de volume important (20-30 mL) vont se multiplier. Leur croissance est facilitée par la dilution du sang dans des milieux de culture dédiés à cette étape particulière. C’est seulement ensuite que l’identification peut débuter. Elle nécessite encore entre 2 et 48 heures et parfois plus, selon les moyens à disposition et les microorganismes impliqués. Réduire considérablement le temps nécessaire à l’identification aurait pourtant des retombées bénéfiques à l’échelle du patient mais aussi plus globalement en réduisant les coûts associés à cette infection et en limitant la pression de sélection exercée par l’emploi d’antibiotiques à large spectre.Au cours de ce travail, l’évaluation d’une stratégie basée sur l’identification des bactéries lors de leur multiplication dans le milieu d’hémoculture est donc proposée. Elle repose sur l’observation en temps réel et sans marquage par Résonance Plasmonique de Surface par imagerie (SPRi) des interactions entre les bactéries et des ligands déposés à la surface d’un capteur. Dans un premier temps, des ligands alternatifs aux anticorps parmi lesquels figurent les aptamères, des protéines de l’immunité innée et la vancomycine sont testés. Suite à cette étude, les anticorps ont été retenus pour poursuivre ce travail. Leur emploi n’est cependant pas dénué de difficultés lorsqu’il s’agit de détecter spécifiquement Staphylococcus aureus, choisi comme l’un des modèles expérimentaux. En effet, la présence de protéine A chez cette bactérie est à l’origine d’interférences sur les immunoglobulines. Différentes stratégies pour s’affranchir de ces effets ont été évaluées, comme le clivage enzymatique des anticorps ou l’emploi d’anticorps de poule pour lesquels la protéine A n’a pas d’affinité. Ces essais aboutissent à des résultats encourageants en milieu de culture simple. L’ajout de sérum humain au milieu a soulevé de nouveaux problèmes pour la détection de cette bactérie. Les résultats montrent qu’en interagissant avec des constituants de l’échantillon sanguin, dont les anticorps, S. aureus devient indétectable par une biopuce à anticorps. Une discussion des moyens possibles pour lever cette inhibition est ensuite proposée. Des expériences de détection d’une autre bactérie, Salmonella enterica sérovar Enteritidis pour laquelle nous disposons d’un anticorps hautement affin et spécifique ont alors été entreprises afin de conclure sur l’employabilité du dispositif dans des conditions proches d’une hémoculture. Des interférences affectant différentiellement les anticorps selon leur point isoélectrique ont ainsi été mises en évidences et l’implication de l’anticoagulant (polyanéthole sulfonate de sodium, SPS) présent dans les milieux d’hémoculture a été démontrée. La résolution partielle de ce problème a finalement permis la détection de 1 UFC.mL-1 de sang dans 32 mL au total démontrant ainsi la possibilité de détecter spécifiquement une bactérie dans des conditions proches d’une hémoculture. / The presence of bacteria in the blood, a normally sterile environment, can cause dramatic consequences for an organism. In order to diagnose this infection, called bacteremia, the identification of the microorganism present in blood must be performed. Furthermore, proper diagnosis enables the administration of a suitable antibiotic therapy. Blood complexity as well as the low bacterial load, usually lower than 1 CFU.mL-1, make the diagnosis of this infection quite challenging. Indeed, most identification methods begin only after the blood culture turns positive due to their insufficient sensitivity. For this they require incubation of a large blood sample volume (20 – 30 mL) in specific culture media that allows bacterial growth above their detection limit. Therefore, its increases considerably the time of diagnosis, which usually takes between 2 and 48 hours and sometimes even more time after blood culture positivity depending on the method and the microorganism present in blood. A reduction of the time required for identification would have a positive impact for both the patient and the healthcare systems by reducing selective pressure on resistant bacteria and hospitalization costs by giving proper treatment faster.In this work, the evaluation of a new strategy based on the identification of bacteria during their multiplication in the blood culture is presented. This method is based on Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) which enables real time and label-free measurements of interactions occurring between bacteria and specific probes. Alternative ligands like aptamers, innate immune proteins and vancomycin have been tested. Following this study antibodies have been chosen as the major specific probes in this work. Nonetheless, the presence of the staphylococcal protein A leads to false-positive results in all immunoglobulin G (IgG). Enzymatic cleavage to remove the constant fragment of antibody where protein A interacts and the use of chicken antibodies (IgY) for which protein A has no affinity have been evaluated. Both methods allow to get rid of protein A interactions in pure culture media. But the presence of human serum in the media results in the total loss of signal. Our results show that interactions between blood components and staphylococcal proteins exposed at the bacterial surface, including the interactions between protein A and circulating antibodies, are responsible for this phenomenon. Solutions to alleviate this inhibition are discussed and tested. Detection experiments of another bacterial model, Salmonella enterica serovar Enteritidis in blood culture media are presented. The crucial role played by the anticoagulant Sodium Polyanethole Sulfonate in non-specific interactions on antibodies is demonstrated. These interactions leading to a total loss of specificity for some antibodies are influenced by the isoelectric point (pI) of the probes which interact with this anionic compound and then attract blood components. After the partial resolution of this issue, we show the feasibility of detecting less than one bacteria per blood milliliter in a total volume of 32 milliliters, conditions close to real blood culture.

Ce travail vise à utiliser des surfaces d'alumine nanostructurées pour guider la croissance et l'organisation de particules métalliques (Ag, Au et AgxAu1-x), et à les tester en tant que substrats SERS-actifs robustes et réutilisables. Nous avons utilisé la spectrophotométrie pour la caractérisation des propriétés optiques résultantes, l'ellipsométrie spectroscopique pour l'extraction des indices optiques et la microscopie électronique en transmission pour les caractérisations structurales. La diffusion Raman exaltée de surface (SERS) a été utilisée pour la détection de molécules de bipyridine adsorbées sur la surface des échantillons, en collaboration avec l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes. Nous étudions d'abord des systèmes de nanoparticules monométalliques et bimétalliques afin de comprendre les modes de croissance de telles assemblées. Nous montrons que des arrangements différents de nanoparticules bimétalliques sont obtenus selon la séquence de dépôt utilisée et qu'un alliage est obtenu à l'issue de recuits ex situ sous vide. Les propriétés optiques en champ proche et lointain de nanoparticules d'alliage AgxAu1-x noyées dans une matrice d'Al2O3 sont comparées numériquement à celles des métaux purs, par la méthode de calcul des différences finies dans le domaine temporel. Les résultats indiquent que l’amplification du champ pour les nanoparticules de métal pur est plus élevée que pour les nanoparticules d’alliage. Enfin, les expériences SERS menées sur un système dichroïque de nanoparticules d’Ag plus ou moins couplées montrent que l'on peut obtenir un signal SERS intense avec des nanoparticules recouvertes. / The aim of this work is to use nanostructured alumina surfaces to guide the growth and to optimize the organization of metallic particles (Ag, Au and AgxAu1-x), and to test those systems as reusable SERS-active substrates. We used spectrophotometry to characterize the resulting optical properties, spectroscopic ellipsometry for the determination of the optical index and transmission electron microscopy for the structural characterizations. Surfaced-enhanced Raman spectroscopy (SERS) was used for the detection of adsorbed bipyridine molecules on the sample surface, in collaboration with the Institut des Matériaux Jean Rouxel at Nantes. We first study systems consisting of monometallic and bimetallic nanoparticles in order to understand the growth modes of such particle assemblies. A particular attention is paid to the influence of the sequential deposition of Au and Ag on the structural and optical properties. We show that different arrangements of bimetallic nanoparticles are obtained according to the deposition sequence used and that an alloy is obtained after ex situ annealing under vacuum. The near-field and far-field optical properties of AgxAu1-x nanoparticle alloys embedded in an alumina matrix are compared numerically by the finite difference time domain method, with those of pure metal nanoparticles. Our results indicate that pure metal nanoparticles exhibit a greater field enhancement than alloy nanoparticles. Finally, SERS experiments conducted with a dichroic system made of coupled Ag nanoparticles show that an intense SERS signal can be obtained with coated nanoparticles.

Ce mémoire présente l'étude d'un capteur chimique à fibre optique à gradient d'indice inversé basé sur la résonance de plasmons de surface. Des dispositifs optiques à prisme ou mettant en jeu des fibres optiques classiques en silice utilisant cette technique de mesure sont déjà commercialisés. L'objectif de notre travail a été de caractériser théoriquement et expérimentalement un nouveau type de fibre optique permettant d'accroître les performances de ce capteur et d'en simplifier l'instrumentation. Un état de l'art des capteurs à plasmons de surface est présenté. Les structures basées sur une fibre optique (unimodale, multimodale) font l'objet d'une présentation détaillée mettant en évidence les caractéristiques des montages employés ainsi que leurs performances respectives. Nous avons cherché à déterminer le profil d'indice de réfraction du cœur de la fibre rendant les angles d'incidence à l'interface cœur-gaine quasiment égaux quels que soient les rayons se propageant dans la fibre. Ceci a été réalisé en utilisant une source lumineuse ponctuelle monochromatique positionnée dans l'axe et à une distance définie de l'entrée de la fibre. Le profil idéal présente un gradient d'indice inversé très proche d'un profil parabolique inversé pour lequel l'indice est minimal au centre du cœur de la fibre. Une description des caractéristiques de cette fibre comprenant l'étude de la propagation des rayons a été réalisée. Le phénomène de plasmon de surface est ensuite décrit, de manière générale puis ses conditions d'excitation dans la fibre employée sont étudiées. Une étude expérimentale et théorique a été menée sur les paramètres les plus influents du capteur (nature et épaisseur du métal, position de la source ...). La présentation de deux applications pratiques (détection de traces de toluène dans un milieu aqueux et étude en temps réel du mécanisme de formation d'une monocouche auto-assemblée) montre les champs d'applications du dispositif optique simple développé.