Dissertations / Theses on the topic 'Sonde IRM'

Le cuivre échangeable, principalement lié à l'albumine sérique humaine (HSA) dans le sang, est un biomarqueur potentiel pour des maladies comme celles de Wilson et d’Alzheimer. Aucune méthode spécifique pour le détecter in vivo n'existant à ce jour, cette thèse présente des avancées dans la conception de sondes IRM (imagerie par résonance magnétique) responsives au CuII via deux approches : les agents de contraste (AC) de type q et τR, intégrant chacun un complexe de gadolinium et un ligand spécifique du CuII. Une partie de la thèse est dédiée à la synthèse et à l’étude de ligands adaptés à ces deux approches avec une affinité et une sélectivité suffisantes pour le CuII : des dérivés du motif peptidique ATCUN pour les sondes de type q et des α-pyridyl-thiosemicarbazones pour les sondes de type τR. L'autre partie porte sur leur association avec des agents IRM et leur caractérisation. Les sondes étudiées ont validé le principe des deux approches, bien que des optimisations restent nécessaires. Une relaxivité accrue de presque 400% a été observée pour l'AC de type q, DO3A-pyrGH, en présence de CuII, et une augmentation faible, mais notable pour les sondes τR en présence simultanée de CuII et de HSA
Exchangeable copper, which is primarily bound to human serum albumin (HSA) in the blood, is a potential biomarker for diseases such as Wilson's and Alzheimer's. To date, there is no specific method for its detection in vivo. This thesis presents progress in the design of CuII-responsive MRI (magnetic resonance imaging) probes through two approaches: q-based and τR-based contrast agents (CAs), each containing a gadolinium complex and a CuII-specific ligand. One part of the work is dedicated to the development of ligands adapted to these two approaches, with sufficient CuII-affinity and selectivity: derivatives of the peptidic ATCUN motif for q-based probes and α-pyridyl thiosemicarbazones for τR-based probes. The other part focuses on their incorporation into MRI CAs and their characterization. The probes studied proved the principle of both approaches, although optimizations are still needed. An increase in relaxivity of nearly 400% was observed for the q-based CA, DO3A-pyrGH, in the presence of CuII, and a small but notable increase for τR-type probes in the simultaneous presence of CuII and HSA

Dans notre société, la lombalgie est une pathologie fréquente représentant un vrai problème de santé publique au coût important et en constante augmentation.
Il est maintenant largement admis que la dégénérescence du disque intervertébral (DIV) est la principale cause de lombalgie. Cette dégénérescence est un processus complexe caractérisé par des changements biochimiques et structuraux intervenant dans les différents tissus du DIV. Aujourd'hui, seuls des traitements médicaux symptomatiques de la lombalgie sont disponibles et il n'existe pas de traitement spécifique de la dégénérescence discale.
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique reconnue comme un outil non invasif et totalement atraumatique de diagnostic chez l'homme. L'IRM permet de caractériser la morphologie et la physiologie d'un être vivant à partir des modifications de l'état de l'eau dans ses tissus. De part la composition du DIV (principalement de l'eau) l'IRM s'avère être particulièrement adaptée à l'étude du DIV sain ou dégénératif, ainsi qu'à sa régénération dans le cadre de l'évaluation de l'efficacité d'un traitement.
Les objectifs de ce projet ont d'abord été de développer un protocole d'IRM in vivo du DIV chez le lapin, capable de différencier des DIV sains et pathologiques et de mettre en évidence différents stades de dégénérescence discale. Ce protocole a ensuite permis d'évaluer l'efficacité de nouvelles techniques de réparation discale développées par la société Abbott Spine SA.
En parallèle de ce travail chez le lapin, l'IRM in vivo du DIV de souris a été développée, dans le but d'utiliser des modèles transgéniques de pathologies articulaires et d'étudier leur impact sur le DIV.

L’objectif principal du projet concerne l’étude sous contrôle IRM de nouveaux transducteurs HIFU pour la thérapie. Le premier sous-projet vise la caractérisation d’une sonde HIFU pour le traitement des varices et l’optimisation des paramètres de tir en fonction de la profondeur de la veine dans le tissu. Des mesures acoustiques avec un hydrophone ont confirmé la création d’une ligne de focalisation. Une étude ex vivo utilisant des veines humaines excisées a été réalisée avec l’IRM de température haute résolution afin d’établir des paramètres d'efficacité et de sécurité. La deuxième partie est une étude de sonde sectorielle pour le traitement du cancer de la prostate. La méthode utilisée actuellement par Ablatherm a été comparée avec la méthode sectorielle, en alternant les deux secteurs de la sonde. Les résultats montrent que la forme et les dimensions de la lésion sont les mêmes, avec un gain de temps est de 20%. Troisièmement nous avons étudié une sonde à focalisation dynamique pour le traitement du cancer de la prostate. La validation in vitro et in vivo a été effectuée. Des points focaux distants de 32 à 69mm de la sonde ont été obtenus et des séquences décrivant des lignes, des tranches et des volumes ont été testées. Les cartes de température et de dose thermique montrent que la stratégie de sonication est adéquate pour induire une dose létale homogène de la forme désirée, ce qui permet un traitement mieux adapté en fonction l’anatomie de chaque patient. L’IRM nous a permis de mesurer de façon non-invasive et en temps réel la température au sein des tissus soumis au tir ultrasonore et de visualiser le volume détruit ainsi que les tissus adjacents
The main objective of the project concerns the study of new HIFU transducers for therapy using MRI guidance. The first sub-project aims the characterization of a HIFU probe for the treatment of the varices and the optimization of the shooting parameters according to the vein depth in the tissue. Acoustic measurements with a hydrophone were carried out in order to confirm the creation of a focalization line. An ex-vivo study using human excised veins was realized using high resolution MRI temperature control in order measure efficiency and security parameters. The second part is a study of a sector switching probe for prostate cancer treatment. The method used by Ablatherm was compared with the sector switching method, by alternating the two sectors of the probe. Results show that the lesion shape and the dimensions are the same for the two methods, but the time saving is 20% for the sector switching probe. A dynamic focalization probe for the prostate cancer treatment was studied for the last experimental part. In vitro and in vivo validation was carried out. Focal points at several distances (between 32 mm and 69 mm with respect to the probe) were obtained and sequences describing lines, splits and volumes were tested. The temperature and thermal dose maps show that the sonication strategy is adequate for inducing a homogenous lethal dose of the desired form. A treatment better adapted to the anatomy of each patient can be performed with this technique. The MRI allowed us to measure in a non-invasive manner and in real time the temperature within tissues subject to ultrasonic shooting and to visualize both the ablated volume and the adjacent tissues

L’objectif principal du projet concerne l’étude sous contrôle IRM de nouveaux transducteurs HIFU pour la thérapie. Le premier sous-projet vise la caractérisation d’une sonde HIFU pour le traitement des varices et l’optimisation des paramètres de tir en fonction de la profondeur de la veine dans le tissu. Des mesures acoustiques avec un hydrophone ont confirmé la création d’une ligne de focalisation. Une étude ex vivo utilisant des veines humaines excisées a été réalisée avec l’IRM de température haute résolution afin d’établir des paramètres d'efficacité et de sécurité. La deuxième partie est une étude de sonde sectorielle pour le traitement du cancer de la prostate. La méthode utilisée actuellement par Ablatherm a été comparée avec la méthode sectorielle, en alternant les deux secteurs de la sonde. Les résultats montrent que la forme et les dimensions de la lésion sont les mêmes, avec un gain de temps est de 20%. Troisièmement nous avons étudié une sonde à focalisation dynamique pour le traitement du cancer de la prostate. La validation in vitro et in vivo a été effectuée. Des points focaux distants de 32 à 69mm de la sonde ont été obtenus et des séquences décrivant des lignes, des tranches et des volumes ont été testées. Les cartes de température et de dose thermique montrent que la stratégie de sonication est adéquate pour induire une dose létale homogène de la forme désirée, ce qui permet un traitement mieux adapté en fonction l’anatomie de chaque patient. L’IRM nous a permis de mesurer de façon non-invasive et en temps réel la température au sein des tissus soumis au tir ultrasonore et de visualiser le volume détruit ainsi que les tissus adjacents
The main objective of the project concerns the study of new HIFU transducers for therapy using MRI guidance. The first sub-project aims the characterization of a HIFU probe for the treatment of the varices and the optimization of the shooting parameters according to the vein depth in the tissue. Acoustic measurements with a hydrophone were carried out in order to confirm the creation of a focalization line. An ex-vivo study using human excised veins was realized using high resolution MRI temperature control in order measure efficiency and security parameters. The second part is a study of a sector switching probe for prostate cancer treatment. The method used by Ablatherm was compared with the sector switching method, by alternating the two sectors of the probe. Results show that the lesion shape and the dimensions are the same for the two methods, but the time saving is 20% for the sector switching probe. A dynamic focalization probe for the prostate cancer treatment was studied for the last experimental part. In vitro and in vivo validation was carried out. Focal points at several distances (between 32 mm and 69 mm with respect to the probe) were obtained and sequences describing lines, splits and volumes were tested. The temperature and thermal dose maps show that the sonication strategy is adequate for inducing a homogenous lethal dose of the desired form. A treatment better adapted to the anatomy of each patient can be performed with this technique. The MRI allowed us to measure in a non-invasive manner and in real time the temperature within tissues subject to ultrasonic shooting and to visualize both the ablated volume and the adjacent tissues

Le caractère particuliaire permet de combiner plusieurs techniques de détection pour une meilleure fiabilité des résultats (imageries de fluorescence par résonance magnétique) ou d'effectuer plusieurs actions différentes mais complémentaires (diagnostic et thérapie). Sur ce dernier point, la plupart des travaux portent sur des nanoparticules à base d'or ou d'oxyde de fer. Une alternative originale aux nanoparticules dejà étudiées, pour combiner diagnostic et thérapie, pourrait concerner des nanoparticules hybrides à base d'oxyde de gadolinium : Gd203@SiOx[fluo]. Ces particules peuvent être détectées à la fois par luminescence grâce aux fluorophores organiques liés au réseau de polysiloxane enrobant le coeur et par des méthodes magnétiques, attendu que le gadolinium est largement utilisé comme agent de crontraste en IRM. De plus, son isotope 157 est cartaérisé par une forte section efficace de capture des neutrons, ces particules d'oxyde de gadolnium apparaissent comme un substitut très prometteur aux agents neutrophages actuellement utilisé en neutronthérapie. Les études ont montrées que ces nanoparticules pouvaient être suivis par des techniques d'imagerie optique et par résonance magnétique ; en in vitro, où les nanoparticules hybrides se sont relevées être des marqueurs cellulaire ; en in vivo, où, grâce à des modifications de la couche externe, ces nanoparticules ont pu être injectées par voie intraveineuse et dont leur suivis n'a pas révélé d'accumulation indésirable. Il ressort également de cette étude que les nanoparticules de Gd203@SiOx permettent d'améliorer la thérapie par capture neutronique

Ce travail expose deux stratégies pour le développement de nouveaux agents de contraste pour le diagnostic par IRM rehaussée par l’effet Overhauser.Le premier thème de ce travail est consacré au développement d’une sonde radicalaire, de type nitroxyde, capable de modifier sa signature RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) en fonction d’une activité enzymatique. Cette modification, due à un changement conformationnel, a permis une irradiation microonde sélective de la sonde libérée par protéolyse. Cette particularité a pu être appliquée à l’IRM rehaussée par l’effet Overhauser et une amélioration du contraste de l’image de 1200% in vitro a été observée après hydrolyse enzymatique. Du fait de contraintes techniques, une amélioration du contraste de 600% a été obtenue in vivo alors que de nos jours,les agents de contraste les plus courants en clinique, basés sur des complexes de GdIII, améliorent le contraste de l’image d’environ 50 %. Le second thème aborde la synthèse et l’étude physico-chimique d’alcoxyamines, précurseurs de nitroxydes, pour le diagnostic par IRM rehaussée par l’effet Overhauser. Le point clé de cette approche repose sur l’activation de ces molécules afin de libérer rapidement le nitroxyde in situ. Les résultats de monoactivation chimique étant encourageants, la double activation chimique de ces nouvelles alcoxyamines a permis d’abaisser drastiquement le temps de demi-vie de l’une d’entre elles pour obtenir des valeurs compatibles avec des applications en diagnostic. Un pseudo-peptide sélectif de la chymotrypsine a également été greffé,ce qui a permis d’aboutir à une alcoxyamine modèle qui permettra de valider le concept de diagnostic recherché
This work promotes two strategies for the development of new contrast agents for the diagnosis by Overhauser enhanced MRI. Two approaches have therefore been addressed.The first approach is devoted to the development of a nitroxide-type spin label, which is capable to change its EPR (Electron Paramagnetic Resonance) signature upon a non-radical enzymatic activity. This modification, due to a conformational change, allowed us to perform a selective microwave irradiation of the probe released by proteolysis. This feature was applied to Overhauser enhanced MRI and of the image after enzymatic hydrolysis of 1200% in vitro has been obtained. Due to technical hindrances, a contrast enhancement of 600% has been obtained in vivo, while nowadays, the most common clinical contrast agent, based on GdIII complex, improve image contrast around a value of 50%.The second topic deals with the synthesies and the physico-chemical study of alkoxyamines, as nitroxide precursors, for the diagnosis by MRI enhanced by the Overhauser effect. The key point of this approach is based on the activation of these molecules to quickly release the nitroxide in situ. Encouraged by the results of chemical monoactivation, we performed the double chemical activation of these new alkoxyamines to drastically reduce the half-life time of one of them to obtain values compatible with diagnostic applications. A selective pseudo-peptide of chymotrypsin has also been grafted, which allowed us to achieve an alkoxyamine model that will validate our concept of diagnosis

Ce travail expose deux stratégies pour le développement de nouveaux agents de contraste pour le diagnostic par IRM rehaussée par l’effet Overhauser.Le premier thème de ce travail est consacré au développement d’une sonde radicalaire, de type nitroxyde, capable de modifier sa signature RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) en fonction d’une activité enzymatique. Cette modification, due à un changement conformationnel, a permis une irradiation microonde sélective de la sonde libérée par protéolyse. Cette particularité a pu être appliquée à l’IRM rehaussée par l’effet Overhauser et une amélioration du contraste de l’image de 1200% in vitro a été observée après hydrolyse enzymatique. Du fait de contraintes techniques, une amélioration du contraste de 600% a été obtenue in vivo alors que de nos jours,les agents de contraste les plus courants en clinique, basés sur des complexes de GdIII, améliorent le contraste de l’image d’environ 50 %. Le second thème aborde la synthèse et l’étude physico-chimique d’alcoxyamines, précurseurs de nitroxydes, pour le diagnostic par IRM rehaussée par l’effet Overhauser. Le point clé de cette approche repose sur l’activation de ces molécules afin de libérer rapidement le nitroxyde in situ. Les résultats de monoactivation chimique étant encourageants, la double activation chimique de ces nouvelles alcoxyamines a permis d’abaisser drastiquement le temps de demi-vie de l’une d’entre elles pour obtenir des valeurs compatibles avec des applications en diagnostic. Un pseudo-peptide sélectif de la chymotrypsine a également été greffé,ce qui a permis d’aboutir à une alcoxyamine modèle qui permettra de valider le concept de diagnostic recherché
This work promotes two strategies for the development of new contrast agents for the diagnosis by Overhauser enhanced MRI. Two approaches have therefore been addressed.The first approach is devoted to the development of a nitroxide-type spin label, which is capable to change its EPR (Electron Paramagnetic Resonance) signature upon a non-radical enzymatic activity. This modification, due to a conformational change, allowed us to perform a selective microwave irradiation of the probe released by proteolysis. This feature was applied to Overhauser enhanced MRI and of the image after enzymatic hydrolysis of 1200% in vitro has been obtained. Due to technical hindrances, a contrast enhancement of 600% has been obtained in vivo, while nowadays, the most common clinical contrast agent, based on GdIII complex, improve image contrast around a value of 50%.The second topic deals with the synthesies and the physico-chemical study of alkoxyamines, as nitroxide precursors, for the diagnosis by MRI enhanced by the Overhauser effect. The key point of this approach is based on the activation of these molecules to quickly release the nitroxide in situ. Encouraged by the results of chemical monoactivation, we performed the double chemical activation of these new alkoxyamines to drastically reduce the half-life time of one of them to obtain values compatible with diagnostic applications. A selective pseudo-peptide of chymotrypsin has also been grafted, which allowed us to achieve an alkoxyamine model that will validate our concept of diagnosis

Depuis ces 15 dernières années, les modèles animaux qui miment les pathologies humaines sont devenus incontournables pour comprendre les mécanismes biologiques et les pathologies humaines ainsi que pour évaluer de nouvelles voies thérapeutiques. La volonté
d'étudier ces modèles au cours du temps a stimulé le développement d'instruments dédiés aux études in vivo chez le petit animal. Pour aller plus loin dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques, le grand défi actuel est de pouvoir coupler simultanément
plusieurs de ces méthodes. Dans ce cadre, la combinaison des techniques magnétiques et radioactives reste un challenge des plus intéressants mais aussi des plus délicats à réaliser techniquement. C'est pourquoi nous proposons de coupler les techniques magnétiques à la sonde radiosensible b-MicroProbe développée dans le groupe IPB et qui s'est révélée être une alternative aux mesures TEP. Dans ce contexte, le travail de thèse a consisté à étudier la faisabilité de ce couplage d'un point de vue physique, par simulation et par des caractérisations expérimentales. Puis, la mise en place d'un protocole biologique a été effectuée sur la base d'études pharmacocinétiques. Les expériences menées ont montré la possibilité d'utiliser la sonde pour des mesures radioactives sous champ magnétique intense
simultanément à l'acquisition d'images anatomiques. Parallèlement, nous avons cherché à améliorer la quantification du signal radioactif grâce à l'utilisation d'un fantôme voxelisé de cerveau de rat. Enfin, l'émergence des modèles transgéniques nous a conduit à reproduire des études pharmacocinétiques chez la souris et à développer des fantômes voxelisés de souris.

Ce travail de thèse est consacré à la corrélation entre propriétés structurales à l’échelle atomique et propriétés magnétiques de multicouches (Pt=CotCo)3=PttP t=IrMn à anisotropie d’échange perpendiculaire. Ces multicouches sont utilisées dans le domaine de l’électronique de spin. Une attention particulière a été portée à la caractérisation nanostructurale de l’interface Co=IrMn, cette interface jouant un rôle prédominant dans le phénomène d’anisotropie d’échange, caractérisée par le champ d’échange HE. L’étude structurale, réalisée principalement en sonde atomique tomographique a permis de révéler la structure des multicouches étudiées dont certaines couches sont d’épaisseur sub-nanométrique. Les résultats des mesures magnétiques ont montré que l’insertion d’une couche mince (spacer) de Pt à l’interface Co=IrMn augmente les valeurs de HE pour la multicouche dont l’épaisseur des couches de Co est tCo= 0,4 nm, mais diminue HE lorsque tCo= 0,6 nm. Les analyses nanostructurales montrent qu’en l’absence du spacer et pour tCo=0,4 nm, les atomes d’Ir et de Mn diffusent dans toute l’épaisseur de la couche de Co sur laquelle repose la couche IrMn alors que pour tCo= 0,6 nm la diffusion de ces atomes est beaucoup plus réduite. Quelle que soit l’épaisseur de la couche de Co, la présence du spacer réduit très fortement la diffusion d’Ir et de Mn, montrant ainsi que le spacer agit comme une barrière de diffusion. Pour tCo=0,4 nm, l’ajout du spacer, en limitant très fortement l’interdiffusion à l’interface entraîne l’augmentation de HE. Pour tCo=0,6 nm, la diffusion étant limitée, l’ajout d’un spacer entraîne une diminution de HE en raison de l’éloignement des spins de Co et Mn
This thesis is devoted to the correlation of the structural properties at the atomic scale with the magnetic properties of (Pt=CotCo)3=PttP t=IrMn multilayers with perpendicular exchange bias. Such multilayers are used in spintronics. A particular attention has been devoted to the structural characterization of the Co=IrMn interface. This interface plays a determining role in the exchange bias phenomenon, characterized by the exchange bias field HE. Investigation at the nanostructural scale has been carried out using atom probe tomography. Magnetic measurements were performed with a SQUID magnetometer. The results of magnetic measurements show that the insertion of a Pt spacer at the Co=IrMn interface increases HE for the multilayer in which the thickness of the Co layers (tCo) is 0. 4 nm, but decreases HE for the multilayer with tCo = 0. 6 nm. Nanostructural analyses showed that in the absence of the spacer and for tCo=0. 4 nm, Ir and Mn diffuse within the whole Co layer onto which the IrMn layer was deposited, while for tCo= 0. 6 nm the Ir and Mn diffusion is much more reduced. On the other hand, whatever the thickness of the Co layer, the spacer reduces the Ir and Mn diffusion, thus acting as a diffusion barrier. Consequently, for multilayers with tCo = 0. 4 nm, the spacer limits the interdiffusion at the Co=IrMn interface, leading to an increase of HE. The Ir andMn diffusion in the Co layer being limited for the multilayer with tCo= 0. 6 nm, the spacer moves away the Co spins from the Mn spins, leading to a decrease of HE

Ce travail de thèse est consacré à la corrélation entre propriétés structurales à l'échelle atomique et propriétés magnétiques de multicouches (Pt/Co)3/Pt /IrMn à anisotropie d'échange perpendiculaire. Ces multicouches sont utilisées dans le domaine de l'électronique de spin. Une attention particulière a été portée à la caractérisation nanostructurale de l'interface Co/IrMn, cette interface jouant un rôle prédominant dans le phénomène d'anisotropie d'échange, caractérisée par le champ d'échange HE. L'étude structurale, réalisée principalement en sonde atomique tomographique a permis de révéler la structure des multicouches étudiées dont certaines couches sont d'épaisseur sub-nanométrique. Les résultats des mesures magnétiques ont montré que l'insertion d'une couche mince (spacer) de Pt à l'interface Co/IrMn augmente les valeurs de HE pour la multicouche dont l'épaisseur des couches de Co est tCo = 0,4 nm, mais diminue HE lorsque tCo = 0,6 nm. Les analyses nanostructurales montrent qu'en l'absence du spacer et pour tCo =0,4 nm, les atomes d'Ir et de Mn diffusent dans toute l'épaisseur de la couche de Co sur laquelle repose la couche IrMn alors que pour tCo = 0,6 nm la diffusion de ces atomes est beaucoup plus réduite. Quelle que soit l'épaisseur de la couche de Co, la présence du spacer réduit très fortement la diffusion d'Ir et de Mn, montrant ainsi que le spacer agit comme une barrière de diffusion. Pour tCo =0,4 nm, l'ajout du spacer, en limitant très fortement l'interdiffusion à l'interface entraîne l'augmentation de HE . Pour tCo =0,6 nm, la diffusion étant limitée, l'ajout d'un spacer entraîne une diminution de HE en raison de l'éloignement des spins de Co et Mn.

Cette thèse de doctorat traite de la conception et de l’évaluation de sondes magnétogènes et fluorogènes pour la détection in vivo d’activités enzymatiques.Des molécules capables d’acquérir un moment magnétique à partir d’un état diamagnétique et en réponse à l’action d’une enzyme seraient d’un grand intérêt pour l’imagerie moléculaire par résonance magnétique. Deux exemples de telles sondes magnétogéniques avaient été mis au point précédemment, l’un pouvant opérer en conditions physiologiques, l’autre nécessitant une acidification du milieu pour devenir paramagnétique. En préparant de nouveaux analogues du premier exemple, j’ai pu trouver une molécule dont la fragmentation a lieu trois fois plus rapidement que la molécule originale. J’ai ensuite travaillé à la conception de sondes dérivées du deuxième exemple et répondant à des activités enzymatiques ; de telles molécules permettraient de réaliser la quantification in vitro d’une activité enzymatique à des fins diagnostiques. À ce titre, j’ai participé à l’élaboration de deux preuves de concept de dispositifs dédiés à la mesure du temps de relaxation longitudinale de micro-volumes. J’ai enfin entamé le développement de nouveaux complexes s’inspirant du second exemple mais capables de fonctionner dans le milieu biologique.Le deuxième volet de mes travaux porte sur la réalisation de sondes fluorogènes précipitantes pour des activités glycosidases. Une sonde pour la leucine aminopeptidase profitant des propriétés exceptionnelles de stabilité, de luminescence et de solubilité du fluorophore ELF®-97 avaient démontré une grande efficacité pour marquer rapidement des cellules HeLa. J’ai mis au point une nouvelle architecture de sondes qui permet le ciblage de glycosidases via l’utilisation d’un tandem d’espaceurs cyclisants. Deux sondes ont été préparées, l’une pour la beta-galactosidase, l’autre pour la cellulase. La première a prouvé son bon fonctionnement pour marquer les cellules exprimant l’enzyme en bénéficiant d’une grande sensibilité. La seconde a pu être utilisée pour quantifier l’activité cellulase sécrétée par des levures, avec l’objectif d’obtenir un moyen économiquement intéressant de produire du bioéthanol à partir des déchets végétaux
This PhD thesis deals with the design and evaluation of magnetogenic and fluorogenic probes for the in vivo detection of enzyme activities.Molecules capable of switching from a diamagnetic to a paramagnetic state in response to an enzyme stimulus would be of great interest for molecular magnetic resonance imaging. Two examples of such magnetogenic probes had been designed in a previous work : one can operate in physiological conditions, whereas the other needs an acidification of the water medium to become paramagnetic. I prepared new analogues of the first probe ; one molecule displayed fragmentation three times faster than the original compound. Then I designed and synthesized probes derived from the second example and responsive to enzyme activities ; such molecules are suitable for the in vitro quantification of enzyme biomarkers for diagnosis purposes. I participated to the conception of two proofs of concept of devices dedicated to the measurement of longitudinal relaxation times in micro-volumes. Finally, I started the development of a new family of molecules inspired by the second example but able to work at the physiological pH.I also worked on precipitating fluorogenic probes for the detection of glycosidase activities. A former probe for leucine aminopeptidase, based on the exceptional characteristics of the fluorophore ELF-97 in terms of solubility, luminescence and stability, had demonstrated great efficiency to label live HeLa cells. I designed a new architecture of probes responding to glycosidases via an original tandem of selfimmolative spacers. Two probes have been prepared, one targets beta-galactosidase and the second detects cellulase. The first probe performed a fast and sensitive labelling of beta-galactosidase-expressing cells. The second molecule was employed successfully to quantify the cellulase activity secreted by yeasts, which will be useful for the high-throughput screening of yeasts capable of producing bioethanol from vegetal waste

Dans ce travail, nous exposons une méthode basée sur la détection localisée en couplage capacitif de la composante électrique du signal RMN via des micro/nano sondes spécifiquement développées. Dans la première étape de ce travail nous avons utilisé des NEMS à base de nanotube de carbone pour réaliser une détection du signal RMN à l'échelle nanométrique. En effet, grâce à un couplage électromécanique, nous avons caractérisé ces systèmes en émission de champ, déterminé expérimentalement leur fréquence de résonance et montré qu'ils sont capables de détecter un signal radiofréquence. Pour utiliser ces dispositifs en RMN, l'adaptation du champ statique B0 de l'aimant pour atteindre la valeur de la fréquence de Larmor d'un atome est nécessaire. L'excitation locale autour de ces systèmes permettra une caractérisation complète et fiable. Pour mettre en place cette excitation localisée, nous avons choisi, dans la deuxième étape de cette thèse, une sonde locale de champ électromagnétique à l'échelle micrométrique. D'abord, nous présentons des simulations autour de la microsonde, décrivant la propagation des champs électrique et magnétique injectée par la microsonde. Nous avons caractérisé la microsonde en mode collection. Nous montrons une décroissance de l'intensité du signal RMN, en fonction de la distance. Nous avons observé et modélisé démontrant ainsi que La microsonde est capable de détecter localement un signal RMN tandis que la bobine capte de façon globale. Nous présentons les premières expériences de l'utilisation de la microsonde en mode émission. Ces mesures nous fournissent un modèle qui décrit une excitation inhomogène, dûe à l'émission locale de la puissance (décroissance exponentielle de la puissance), proche de la microsonde. Une distribution des angles de basculement est répartie d'une façon inhomogène induisant une distribution des intensités du signal RMN autour de la microsonde. À la fin de cette thèse, nous avons réalisé deux expériences comme applications directes suite des études sur la caractérisation de la microsonde. La première consiste à imager un volume d'eau placé dans un bain d'huile de silicone. L'image est obtenue en déplaçant mécaniquement la microsonde et en réalisant pour chaque point une mesure de spectroscopie localisée. Dans la deuxième expérience, la microsonde est utilisée pour injecter dans ce volume d'eau des impulsions électromagnétiques et détecte à la suite le signal RMN. Notre étude sur la caractérisation de l'émission locale par une microsonde et la détection du signal radiofréquence par un NEMS à base de NTC, nous permet de proposer un nouveau type de dispositifs capable de détecter un signal RMN.

La vectorisation constitue une solution prometteuse pour l'amélioration des approches thérapeutiques et diagnostiques en oncologie. Nos travaux exploitent les micelles PFTD-PEG, qui se distinguent par leur stabilité et leur capacité à solubiliser l'oxygène. Ces micelles, décorées de chaînes pegylées, offrent une excellente biocompatibilité et une furtivité accrue vis-à-vis du système immunitaire.Le projet de thèse explore deux axes principaux. Le premier axe se concentre sur l'IRM du fluor 19, permettant un diagnostic précis avec un signal IRM contrôlé. Les micelles fluorées conçues peuvent imager les tissus biologiques in vivo et éteindre le signal IRM-¹⁹F à la demande, réduisant ainsi le bruit de fond dans les tissus non ciblés.Le second axe explore l'utilisation des micelles perfluorées comme vecteurs d'oxygène pour la thérapie photodynamique. Ces micelles solubilisent l'oxygène et encapsulent un agent photosensibilisateur pour générer des ROS cytotoxiques sous excitation lumineuse. Cette approche vise à surmonter l'hypoxie tumorale, un obstacle majeur en thérapie photodynamique, et à améliorer l'efficacité thérapeutique. En outre, l'activation d'une sonde IRM perfluorée sous illumination proche infrarouge confère à ce système une double fonctionnalité combinant thérapie et diagnostic. Ces avancées ouvrent des perspectives innovantes pour le traitement et le suivi des cancers, alliant diagnostic et thérapie de manière intégrée.La vectorisation constitue une solution prometteuse pour l'amélioration des approches thérapeutiques et diagnostiques en oncologie. Nos travaux exploitent les micelles PFTD-PEG, qui se distinguent par leur stabilité et leur capacité à solubiliser l'oxygène. Ces micelles, décorées de chaînes pegylées, offrent une excellente biocompatibilité et une furtivité accrue vis-à-vis du système immunitaire.Le projet de thèse explore deux axes principaux. Le premier axe se concentre sur l'IRM du fluor 19, permettant un diagnostic précis avec un signal IRM contrôlé. Les micelles fluorées conçues peuvent imager les tissus biologiques in vivo et éteindre le signal IRM-19F à la demande, réduisant ainsi le bruit de fond dans les tissus non ciblés.Le second axe explore l'utilisation des micelles perfluorées comme vecteurs d'oxygène pour la thérapie photodynamique. Ces micelles solubilisent l'oxygène et encapsulent un agent photosensibilisateur pour générer des ROS cytotoxiques sous excitation lumineuse. Cette approche vise à surmonter l'hypoxie tumorale, un obstacle majeur en thérapie photodynamique, et à améliorer l'efficacité thérapeutique. En outre, l'activation d'une sonde IRM perfluorée sous illumination proche infrarouge confère à ce système une double fonctionnalité combinant thérapie et diagnostic. Ces avancées ouvrent des perspectives innovantes pour le traitement et le suivi des cancers, alliant diagnostic et thérapie de manière intégrée
Current cancer research focuses on improving therapeutic and diagnostic approaches, with vectorization emerging as a promising solution. Our work utilizes PFTD-PEG micelles, characterized by their stability and oxygen solubilization capacity, for oncology applications. These micelles, decorated with pegylated chains, offer enhanced biocompatibility and increased stealth against the immune system.The thesis project explores two main areas. The first focuses on fluorine-19 MRI, enabling precise diagnostics with controlled MRI signals. The designed fluorinated micelles can image biological tissues in vivo and switch off the fluorine-19 MRI signal on demand, thus reducing background noise. in non-targeted tissues.The second area explores the use of perfluorinated micelles as oxygen carriers for photodynamic therapy. These micelles solubilize oxygen and encapsulate a photosensitizer to generate cytotoxic ROS under light excitation. This approach aims to overcome tumor hypoxia, a major obstacle in photodynamic therapy, and improve therapeutic efficacy. Additionally, the activation of a fluorinated MRI probe under near- infrared illumination grants this system dual functionality, combining therapy and diagnostics. These advancements open innovative perspectives for cancer treatment and monitoring, integrating diagnostics and therapy seamlessly

Le développement de systèmes IRM à plus haut champ magnétique statique s'est accompagné d'une interrogation légitime concernant l'effet des champs électromagnétiques RF sur les patients. L'effet peut être renforcé par l'introduction d'éléments conducteurs à l'intérieur de la bobine RF comme c'est le cas pour les capteurs endoluminaux utilisés pour l'analyse des parois digestives. Ces capteurs entraînent des risques d'échauffements locaux élevés pour le patient en raison du TAS local induit par le champ électrique RF en présence d'un fil conducteur. Ces capteurs ayant le potentiel de présenter un bénéfice pour le patient, il est nécessaire de s'affranchir de ces limitations. Le premier objectif de la thèse est le développement d'un capteur endoluminal à liaisons optiques. Un dispositif de découplage actif optique a été développé et caractérisé. Les images RMN in vitro montrent une distribution du RSB comparable au découplage classique, validant ainsi l'efficacité du découplage optique. Concernant la transmission optique du signal RMN, des travaux ont été réalisés afin de s'affranchir des contraintes liées à l'utilisation d'un guide d'onde pour la conversion électro-optique par effet Pockels. Le capteur a été rendu plus compact. En revanche, l'importance de contrôler le TAS local dans des conditions expérimentales données demeure un besoin ne s'arrêtant pas à ceux des capteurs endoluminaux. Le second objectif est donc la validation expérimentale d'une sonde électro-optique pour la mesure du champ électrique RF durant un examen IRM. Cette sonde a permis d'effectuer des mesures du champ électrique dans l'air et dans différents milieux biologiques à 3 T et 4,7 T et estimer le TAS local
The recent advancement in MRI systems and the increase of the static magnetic field strength were accompanied by a strong concern about the effect of RF electromagnetic fields on patients. The effect can be increased by the use of conductive elements inside the volume coil as in the case of endoluminal coils used to analyze digestive walls. These coils lead to an increase of the local SAR which is induced by RF electric field in the presence of the coaxial cable connecting the coil to the MR system, resulting in strong local heating. Giving that these coils have the potential to present a real benefit to the patient, it worth to overcome these limitations. Accordingly, the first objective of the thesis is the development of a fully optical endoluminal receiver coil. An optical active detuning system has been developed and characterized. The NMR images show a signal-to-noise ratio distribution similar to that obtained with conventional detuning techniques, thus validating the efficiency of the optical detuning. Concerning the electro-optical conversion and the optical transmission of the NMR signal, experiments were performed to overcome constraints related to the use of waveguide for electro-optical conversion by Pockels effect. Moreover, the importance of monitoring global and local SAR during MRI exams remains a need which is not limited only to the endoluminal coils. The second objective of the thesis is then the experimental validation of an electro-optical probe for real-time measurements of RF electric field. This probe can measure the RF electric field in air and in biological media at 3 T and 4.7 T MRI systems and allows the estimation of the local SAR

Ce manuscrit détaille l’ensemble des travaux de recherches effectués au cours de mes trois années de thèse. Après un chapitre général portant sur les principes de la chimie supramoléculaire, et quelques unes de ces applications, nous nous sommes focalisés sur l’utilisation des propriétés de molécules cages (cryptophanes et hémicryptophanes) pour aller vers la conception de sondes en imagerie médicale. Nous évoquons successivement le cheminement vers la synthèse d’un hémicryptophane apte à complexer le Gadolinium(III), pour une utilisation en tant qu’agent de contraste en IRM du proton, puis à l’élaboration de cryptophanes hydrosolubles adaptés à la RMN et l’IRM du 129Xe. Cette thèse s’achève sur la synthèse d’un nouvel hémicryptophane fonctionnalisé pour former des complexes avec le Terbium(III) et l’Europium(III) dont les propriétés de fluorescence sont prometteuses
This book details all the research work that has been done during three years of Ph-D. After a chapter dedicated to the general principles of supramolecular chemistry, and some of its applications, we focalise on the use of cage-shapes molecules (cryptophanes and hemicrypto-phanes) in order to build probes for biological imaging. We successively mention the way toward the synthesis of a hemicryptophane able to complex Gadolinium(III), to use it it as a proton-MRI contrast agent, then toward the elaboration of hydrosoluble cryptophanes adapted to 129Xe NMR and MRI. This PhD manuscript ends with the synthesis of a new hemicryptophane functionnalized to form complexes with Terbium(III) and Europium(III), whose fluorescence properties are promising

L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est une technique d'imagerie médicale largement répandue dans les milieux hospitaliers pour le diagnostic de pathologies. Elle repose classiquement sur la détection du proton (IRM 1H) et permet de visualiser des tissus en profondeur avec une très bonne résolution temporelle et spatiale. Cependant, cette méthode souffre encore de sa faible sensibilité. Une des solutions consiste en l'introduction et la détection de xénon hyperpolarisé. En effet, le xénon est un gaz non toxique, très sensible à son environnement chimique et adapté pour l'IRM. Cependant, il n'est spécifique d'aucun récepteur biologique et nécessite des molécules particulièrement adaptées pour son encapsulation. La détection de cibles spécifiques se fait par des biosondes constituées de molécules cages fonctionnalisées par une antenne de reconnaissance d'un récepteur spécifique. Le xénon vient s'encapsuler dans cette molécule hôte et permet la localisation de la cible biologique. Parmi les molécules cages répertoriées dans la littérature, les cryptophanes présentent la plus forte affinité connue pour le xénon et sont donc les plus prometteuses. Les cryptophanes sont constitués de deux unités de type cyclotribenzylène reliées entre elles par trois chaînes pontantes. Ils ont été synthétisés pour la première fois par l'équipe d'A. Collet au Collège de France au début des années 1980. L'objectif de cette thèse a été de synthétiser et de fonctionnaliser de nouveaux cryptophanes.

Cette thèse traite de molécules à base de Fe(II) capables d’un passage de spin sous l’action d’un analyte en solution, utilisées dans le domaine de l’imagerie moléculaire, notamment l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique). Depuis plusieurs années, la communauté scientifique autour de l’IRM a pris conscience de deux problématiques importantes : la faible sensibilité de l’IRM et la toxicité des agents de contrastes utilisés pour l’améliorer. Notre équipe répond à ces deux problématiques en développant des sondes magnétogènes spécifiques à un analyte biologique et supposées moins toxiques. Dans ce but, l’élaboration d’une méthodologie fiable permettant le greffage d’unités sulfonates en périphérie de complexes de coordination, et offrant un gain de solubilité et de compatibilité avec les milieux biologiques, a été réalisé. Puis, elle a été appliquée à un système de sonde déjà établi dans l’équipe afin d’augmenter son pH d’activation. En élargissant ces unités décoratives en périphérie a d’autre fonctions, une série de dérivés a été synthétisé, afin d’en extraire une tendance dans les performances d’activation du système en milieu acide.Dans le but de trouver un système de sonde s’activant à pH physiologique, deux complexes ont été synthétisés, portant des motifs d’activation nouveaux. La caractérisation poussée et l’étude d’activation de ces complexes ont offert de nouvelles données précieuses à équipe dans sa compréhension des concepts moléculaires et leur optimisation.La biocompatibilité in cellulo des systèmes développés a été explorée par l’étude de leur toxicité et de leur pénétration cellulaire. Un projet d’activation enzymatique dans l’estomac de rats, et première tentative de preuve de concept in vivo de l’équipe, a pu être initié. Les manipulations préliminaires s’avèrent prometteuses pour la suite du projet.Enfin, l’écart de signal IRM des objets chimiques synthétisés, écart entre la sonde avant rencontre avec son analyte et après, sont inédits dans le domaine. Ces résultats sont encourageants pour le développement d’une sonde suffisamment sensible pour permettre l’application à des expériences d’imagerie moléculaire de routine
This thesis deals with Fe(II) based molecules capable of a spin switch by interacting with an analyte in solution, which are used in the field of molecular imaging, in particular MRI (Magnetic Resonance Imaging). For several years now, the scientific community around MRI has become aware of two important issues: MRI’s low sensitivity and the toxicity of the contrast agents used to improve it. Our team responds to these two drawbacks by developing magnetogenic probes that are specific to a biological analyte and supposedly less toxic.For that purpose, the development of a reliable methodology allowing the incorporation of sulfonate units on the periphery of coordination complexes, offering a solubility and compatibility increase in biological media, was carried out. Then it was applied to a probe system already established in the team in order to increase its pH of activation. By expanding these peripheral decorative units to other functional groups, a series of derivatives have been synthesized, in order to extract a trend in the activation performance of the system in acidic conditions.With the aim of finding a system operating at physiological pH, two complexes were synthesized, carrying new activation motifs. The extensive characterization and activation studies of these complexes provided valuable data for the team in its understanding and optimization of the probe’s design.The in cellulo biocompatibility of the developed systems has been explored by studying their toxicity and their cellular absorption.An enzymatic activation project in the stomach of laboratory animals (rat), and the team's first in vivo proof of concept attempt, has been initiated. The preliminary manipulations are promising for the rest of the project. Finally, the difference in the MRI signal of the synthesized chemical objects, the difference between the probe before its encounter of the analyte and after, is unprecedented in the field. These results are encouraging for the development of a probe sensitive enough to allow application to routine molecular imaging experiments

Ce travail présente la synthèse de nouvelles sondes radicalaires sensibles à l’activité enzymatique. Ces sondes, appelées «nitroxydes à shift», sont synthétisées dans le but de développer des nouvelles méthodes de détection de l’activité enzymatique par RPE, mais également pour une application en diagnostic par IRMO. Ces nitroxydes pourraient alors constituer une alternative intéressante aux agents de constrates à base de gadolinium. La première partie est consacrée à l’optimisation de la voie de synthèse du nitroxyde à shift libre, intermédiaire de synthèse crucial. Le rendement a donc été amélioré à 13 % contre 2 % sur 10 étapes de synthèse. La seconde partie se concentre sur la synthèse de différentes sondes radicalaires à partir du nitroxyde à shift libre. La synthèse de nitroxydes adaptés au développement d’une nouvelle méthode analytique pour la détection de lipases par RPE est décrite. Des sondes adaptées à la détection précoce de maladies pulmonaires été préparées : l’une est actuellement utilisée pour le développement de l’IRM à champ terrestre, et l’autre a permis de développer le premier exemple de détection d’une maladie par IRMO in vivo. Finalement, ce manuscrit décrit la synthèse de la première famille de nitroxydes à shift prometteurs pour le diagnostic précoce de cancers par IRMO
This work presents the synthesis of new radical probes to investigate enzymatic activity. Those probes, named “shifting nitroxides”, are synthesized to develop new methods for the detection of enzymatic activity using EPR, but also for an application in diagnosis by OMRI. The shifing nitroxides could then be an efficient alternative to the gadolinium based contrast agents. The first part focused on the optimization of the synthesis of the free shifting nitroxyde, a key synthetic intermediate. The yield has been improved from 2 to 13 % over ten synthetic steps. The second part is devoted to the synthesis of several nitroxides based probes from the free shifting nitroxide. Thus, this manuscript describes the synthesis of nitroxydes suitable for the detection of lipases by EPR spectroscopy. Other probes have been synthesized for the early detection of pulmonary inflammations: one is currently used for the development of earth’s magnetic field MRI, and the other has been used to develop the first example of in vivo detection of a disease by OMRI. Finally, the synthesis of the first family of shifting nitroxydes recognized by UPA is also described. These probes are then promising for the early diagnosis of cancers using OMRI

L'IRM offre de nombreux avantages qui en font un outil d'imagerie attractif en comparaison avec d'autres modalités d'imagerie préclinique complémentaires telles que l'imagerie optique, la micro-tomographie aux rayons X (μ-scanner ou μ-CT), la micro- Tomographie par Emission de Positons (μ-TEP), l'échographie ultrasonore ou l'imagerie par photoluminescence et fluorescence. La nature tridimensionnelle de l'IRM sur une grande région d'intérêt en combinaison avec un contraste endogène tissulaire inégalé et qui est réalisable avec une résolution micrométrique en font un outil d'imagerie de haute importance en recherche biomédicale et plus particulièrement si l'on tient compte de la diversité des sources de contraste tissulaire possibles. Cependant, la principale limitation de lIRM reste sa sensibilité relativement faible et sa productivité réduite à un seul examen à la fois. L'objectif principal de ce travail de thèse a été le développement d'un ensemble de méthodologies en Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), dédiées à des études sur des modèles expérimentaux. Une grande partie de nos efforts a été consacrée aux travaux suivants:-au développement et à l'optimisation d'instrumentations dédiées,-à la mise en place de protocoles IRM efficaces, L'ensemble de nos travaux a visé à surmonter tant les contraintes expérimentales rencontrées que celles liées a notre installation IRM. Particulièrement, l'amélioration d'images ex vivo et in vivo a été obtenu lors d'études précliniques utilisant des modèles animaux de la maladie d'Alzheimer. Les résultats obtenus ont été atteints logiquement et progressivement à partir d'expérimentations ex vivo et in vivo. La première étape a été consacré à l'amélioration de la composante clé en amont de la chaîne d'acquisition: la sonde RMN, également appelée résonateur radiofréquence (RF). Nous avons mené notre travail sur les trois aspects expérimentaux suivants: Conception et réalisation de sondes dédiées à l'imagerie in vivo de la souris tant pour l'étude du corps entier que pour l'IRM de la tête, - Développement et mise en oeuvre de sondes et d'instrumentation permettant l'acquisition simultanée de plusieurs cerveaux de souris ex vivo afin d'augmenter la productivité et l'efficacité de notre scanner, -Conception et réalisation d'un ensemble d'antennes spécialement adapté à l'imagerie directe de coupes de tissues histologiques de différentes tailles ainsi qu'a la mise au point des protocoles correspondants à la préparation des échantillons. Dans le chapitre d'introduction (chapitre 1), nous décrivons l'ensemble des outils et protocoles de caractérisation des sondes RMN conçues et réalisées pour les besoins de nos études. Cette caractérisation systématique effectuée aussi pour les antennes RMN commerciales du laboratoire a permis d'établir une étude comparative de leurs performances. Dans le chapitre 2, nous avons étudié des résonateurs RF homogènes avec une attention particulière pour les résonateurs de type cage d'oiseau. Après examen de leurs principaux avantages et des limites de chaque structure (passe-bas et passe-haut), nous détaillons les étapes pratiques nécessaires pour concevoir une antenne cage d'oiseau de type passe-haut dédiée à l'imagerie corps entier de souris. A titre d'exemple, nous présentons des séries d'images par IRM, illustrant l'excellente couverture RF et permettant l'identification (dans notre cas, de façon qualitative) des propriétés pharmacocinétiques d'agents de contraste nouvellement conçus [etc...]
The overarching goals of this work are to develop a set of magnetic resonance (MR) imaging methodologies to help study experimental models in the biomedical research. MRI offers a combination of attributes making it appealing as an imaging tool in biomedical research compared to other complementary preclinical imaging modalities such as optical imaging, micro-computed tomography, micro-Positron emission tomography or ultrasound bio-microscopy. The three-dimensional nature of MRI over a large region of interest and the unrivaled endogenous tissue contrast achievable in micrometric resolution make it a very important tool in biomedical research. This is particularly important with the expanding potentials of tissue contrast mechanism it can offer. However, one of the major limitations is its relative low sensitivity and slow throughput. A large part of our efforts have been dedicated to improve the MRI instrumentation and protocols to overcome some of these limitations around the existing MRI scanner in order help better screen both in vivo and ex vivo transgenic mouse models, -the most studied animal model of human diseases. This was assessed in our work with a particular focus on experimental models of Alzheimer’s disease.The description of our work and results build logically and incrementally from in vivo to ex vivo experimental set up starting with tackling the improvement of the first component of the acquisition chain: the MRI probe, also termed radiofrequency (RF) resonator or coil. The scope of the work expands from probes enabling in vivo whole mouse body to headonlyMRI as well as multiple ex vivo sample imaging in order to achieve higher throughput to dedicated instrumentation and set up for direct MR imaging of histology sections. In the introductory chapter (Chapter 1), we describe the set of tools and protocol that enable the characterization of each MRI probe used in our study. The systematic characterization for both existing commercial MRI coils and the one we develop in-house during this work allow for direct comparison of their performance. In chapter 2, we investigate the homogeneous RF resonators dedicated for in vivo studies with a particular focus on birdcage resonators. After examining the main advantages and limitations between low and high pass structures, we introduce the practical steps required to design a high pass birdcage structure aimed at whole mouse body imaging. Examples of serial imaging illustrate the excellent RF coverage of the whole mouse body in order to screen qualitatively the pharmacokinetic properties of newly designed contrast agents. For mouse head imaging, we aimed to increase the coil sensitivity relative to an existing commercial coil by reducing the geometry structure to closely fit the region of interest. The resulting gain in filling factor achieved without compromising the overall homogeneity of the RF field covering the brain region lead to 10% gain in Signal-to- Noise Ratio (SNR) or an equivalent 20% reduction in imaging time [etc...]

This work concerns the development and characterization of molecular probes that respond to a chemical analyte in a liquid sample by turning from a diamagnetic to a paramagnetic state (off-on mode).With the aim of designing these tools, we focused on iron(II) chelates of bicyclic bispidines as they promised, among others, sufficient probe stability, even in competitive media like water. This manuscript describes new robust synthetic protocols for their large-scale preparation. Synthesized bispidine-iron(II) complexes were thoroughly characterized in solution (1D/2D NMR, MS, UV-Vis, CV) and in the solid state (X-ray and SQUID). In particular, I report here the first diamagnetic, low spin examples thereof, as well as pairs of structurally related diamagnetic-paramagnetic chelates. It now enables the design of responsive probes for various (bio)-chemical targets (including enzyme biomarkers), accessible by one-step functionalization of a key synthetic intermediate with suitable trigger moieties. The first two such probes are described herein, which respond to the presence of a particular kind of anion or a change in the pH.In addition in the course of my work, the unprecedented radioactive iron(II) (Fe-59 isotope) complex of a model water-insoluble ligand was prepared and used in an initial biodistribution study in mice. This original protocol can now be directly adapted to virtually all iron(II)-based probe candidates. Furthermore, the relaxivity data obtained for model MRI-silent and MRI-active chelates, in conjunction with the in vivo behavior of the active form in mice, bode well for a creation of an MRI probe functioning in a true off-on mode.Methodologies and molecular designs described herein enable the development of solution-operating magnetogenic molecular probes, which until now have not been synthesized. The availability of such tools would open up numerous perspectives for technological, environmental and biomedical applications.

Les possibilités offertes par les applications en médecine des nanoparticules sont l’un des facteurs essentiels des progrès médicaux attendus pour ce XXIème siècle. Ainsi, le domaine de l’imagerie médicale est aussi touché par cette évolution technologique. Ce présent travail a consisté à élaborer des sondes théranostiques à base de nanoparticules d’oxydes de fer (SPIO) et de nanotubes de titanate (TiONts) pour l’imagerie multimodale (magnétique/nucléaire ou magnétique/optique) et possédant aussi un effet thérapeutique (hyperthermie/PDT ou radiosensibilisation/PDT).Les nanotubes de titanate de cette étude, d’une longueur moyenne d’environ 150 nm, ont été obtenus par synthèse hydrothermale selon la méthode de Kasuga. Ces nanotubes présentent un diamètre extérieur de l’ordre de 10 nm et une cavité interne de 4 nm. Les nanoparticules d’oxydes de fer ont quant à elles été synthétisées par méthode de co-précipitation "Massart". Ces nanoparticules d’oxydes de fer de structure spinelle possèdent des cristallites de 9 nm de diamètre et présentent un comportement superparamagnétique mis en évidence par des mesures FC/ZFC. Pour préparer ces nanoparticules à recevoir des molécules d’intérêt biologique, deux ligands possédant des fonctions organiques plus réactives (APTES : NH2 et PHA : COOH) ont été greffés à la surface de ces deux types de nanoparticules. La présence de l'un ou l'autre a été mise en évidence par différentes techniques d’analyses (XPS, IR, zêtamétrie). La quantité de molécules greffées a été déterminé par ATG, elle est dans tous les cas d’environ 5 molécules/nm2. Dans un premier temps, les nanotubes de titanate ont été fonctionnalisés par un agent macrocyclique (0,2 DOTA/nm2). Après radiomarquage à l’indium 111, les TiONts – DOTA[In] ont été injectés dans des souris Swiss mâle nude pour connaître leur biodistribution en imagerie SPECT/CT. Les images obtenues et le comptage de la radioactivité dans chaque organe ont montré qu’au bout d’une heure, les nanotubes se situent dans les poumons et dans l’urine. Ensuite, les nanotubes sont progressivement éliminés pour n’être plus présents que dans les urines à 24 heures. Ces mêmes agents chélatants ont été greffés à la surface des SPIO pour la création de sondes multimodales IRM/SPECT ou IRM/TEP. En parallèle de cette étude, un fluorophore (phtalocyanine de zinc, ZnPc) a été greffé à la surface des nanoparticules. Le nanohybride SPIO – Pc synthétisé possède les propriétés requises pour être une sonde utilisable en imagerie bimodale IRM/IO grâce à sa longueur d’émission vers 670 nm et sa relaxivité de l’ordre de 70 L.mmolFe3O4-1.s-1. De plus, les nanohybrides ont été fonctionnalisés par du PEG pour les rendre furtifs, biocompatibles et stables. La toxicité de certains de ces nanohybrides a été évaluée avec le modèle in vivo zebrafish. Les nanohybrides étudiés n’ont pas présenté de toxicité, n’ont pas perturbé l’éclosion et n’ont pas provoqué de malformations sur les larves des zebrafish
The new implementations of nanoparticles in the medical field are one of the essential factors of the medical progress expected at the beginning of this XXIst century. Thus, the domain of the medical imaging is also affected by this technological evolution. This work consisted in developing theranostic probes with iron oxides nanoparticles (SPIO) and titanate nanotubes (TiONts) for multimodal imaging (magnetic/nuclear or magnetic/optical) and also possessing a therapeutic effect (hyperthermia/PDT or radiosensitization/PDT).The titanate nanotubes of this study have an average length of about 150 nm and were obtained by Kasuga's hydrothermal synthesis. These nanotubes present an outside diameter of about 10 nm and an intern cavity of 4 nm. On the other hand, iron oxides nanoparticles were synthesized by soft chemistry ("Massart" method). These spinel-like iron oxides nanoparticles have a crystallite size of 9 nm in diameter and exhibit a superparamagnetic behavior which was highlighted by FC / ZFC measurements.To get these nanoparticles ready to receive molecules of biological interest, two linkers of more reactive organic functions (APTES: NH2 or PHA: COOH) were grafted to the surface of these two types of nanoparticles. Their presence was shown by different techniques (XPS, IR, UV-vis). The amount of grafted linkers was determined by TGA and in all cases this amount is close to 5 molecules/nm2. First, titanate nanotubes were coated by a macrocyclic chelating agent (0.2 DOTA/nm2). After radiolabelling with indium 111, the TiONts – DOTA[In] nanohybrids were injected in Swiss nude mice and observed by SPECT/CT imaging to characterize their biodistribution. The SPECT/CT images and the radioactivity measured in each organ showed that after one hour, nanotubes are located in lungs and in urine. Then, the nanotubes are gradually eliminated and are only found in urines after 24 hours. The same macrocyclic agent was grafted to the SPIO’s surface for the creation of multimodal probes MRI/SPECT or MRI/PET. Alongside this study, a fluorophore (Zinc phthalocyanine) was also grafted to the surface of nanoparticles. The synthesized SPIO – Pc nanohybrid has the required properties of bimodal imaging MRI/OI probe thanks to his emission wavelength around 670 nm and its relaxivity is about 70 L.mmolFe3O4-1.s-1. Furthermore, nanohybrids were coated by PEG to make them stealth, biocompatible and stable.In this study, the toxicity of most nanohybrids was evaluated by the in vivo zebrafish model. The studied nanohybrids did not present any toxicity, hatching disruption or malformation on zebrafish larvae

Les microorganismes constituent la plus grande diversité du monde vivant. Ils jouent un rôle clef dans tous les processus biologiques grâce à leurs capacités d’adaptation et à la diversité de leurs capacités métaboliques. Le développement de nouvelles approches de génomique permet de mieux explorer les populations microbiennes. Dans ce contexte, les biopuces à ADN représentent un outil à haut débit de choix pour l'étude de plusieurs milliers d’espèces en une seule expérience. Cependant, la conception et l’analyse des biopuces à ADN, avec leurs formats de haute densité actuels ainsi que l’immense quantité de données à traiter, représentent des étapes complexes mais cruciales. Pour améliorer la qualité et la performance de ces deux étapes, nous avons proposé de nouvelles approches bioinformatiques pour la conception et l’analyse des biopuces à ADN en environnements parallèles. Ces approches généralistes et polyvalentes utilisent le calcul haute performance (HPC) et les nouvelles approches du génie logiciel inspirées de la modélisation, notamment l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) pour contourner les limites actuelles. Nous avons développé PhylGrid 2.0, une nouvelle approche distribuée sur grilles de calcul pour la sélection de sondes exploratoires pour biopuces phylogénétiques. Ce logiciel a alors été utilisé pour construire PhylOPDb: une base de données complète de sondes oligonucléotidiques pour l’étude des communautés procaryotiques. MetaExploArrays qui est un logiciel parallèle pour la détermination de sondes sur différentes architectures de calcul (un PC, un multiprocesseur, un cluster ou une grille de calcul), en utilisant une approche de méta-programmation et d’ingénierie dirigée par les modèles a alors été conçu pour apporter une flexibilité aux utilisateurs en fonction de leurs ressources matériel. PhylInterpret, quant à lui est un nouveau logiciel pour faciliter l’analyse des résultats d’hybridation des biopuces à ADN. PhylInterpret utilise les notions de la logique propositionnelle pour déterminer la composition en procaryotes d’échantillons métagénomiques. Enfin, une démarche d’ingénierie dirigée par les modèles pour la parallélisation de la traduction inverse d’oligopeptides pour le design des biopuces à ADN fonctionnelles a également été mise en place
Microorganisms represent the largest diversity of the living beings. They play a crucial rôle in all biological processes related to their huge metabolic potentialities and their capacity for adaptation to different ecological niches. The development of new genomic approaches allows a better knowledge of the microbial communities involved in complex environments functioning. In this context, DNA microarrays represent high-throughput tools able to study the presence, or the expression levels of several thousands of genes, combining qualitative and quantitative aspects in only one experiment. However, the design and analysis of DNA microarrays, with their current high density formats as well as the huge amount of data to process, are complex but crucial steps. To improve the quality and performance of these two steps, we have proposed new bioinformatics approaches for the design and analysis of DNA microarrays in parallel and distributed environments. These multipurpose approaches use high performance computing (HPC) and new software engineering approaches, especially model driven engineering (MDE), to overcome the current limitations. We have first developed PhylGrid 2.0, a new distributed approach for the selection of explorative probes for phylogenetic DNA microarrays at large scale using computing grids. This software was used to build PhylOPDb: a comprehensive 16S rRNA oligonucleotide probe database for prokaryotic identification. MetaExploArrays, which is a parallel software of oligonucleotide probe selection on different computing architectures (a PC, a multiprocessor, a cluster or a computing grid) using meta-programming and a model driven engineering approach, has been developed to improve flexibility in accordance to user’s informatics resources. Then, PhylInterpret, a new software for the analysis of hybridization results of DNA microarrays. PhylInterpret uses the concepts of propositional logic to determine the prokaryotic composition of metagenomic samples. Finally, a new parallelization method based on model driven engineering (MDE) has been proposed to compute a complete backtranslation of short peptides to select probes for functional microarrays

Life and Culture of the Czech Republic from Foreigners´ Perspective: Research in IBM´s Environment. Diploma Thesis. Brno: Mendel University in Brno, 2016. Diploma thesis is focused on IBM Delivery Center foreigners´ opinion about life and culture in the Czech Republic. The beginning of the theoretical part mentions prior researches about life quality in the Czech Republic and the opinion of native Czech people. In addition, there are references about foreigners and their rights and obligations in the Czech law. The theoretical part concludes with explanations of essential terms of this thesis such as culture, communication, culture shock and adaptability. The practical portion of this thesis presents results from the opinion about life and culture in the Czech Republic survey. These results are then discussed in 2 different captures - European and non-European foreigners. In conclusion, the ascertained results are compared and evaluated in the end of the thesis.