Littérature scientifique sur le sujet « Shifting nitroxides »

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

Ce travail porte sur le développement de sondes peptidiques pour le suivi de la protéolyse par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) et pour l'imagerie in vivo par résonance magnétique rehaussée de l’effet Overhauser (OMRI). Plus précisément, ce travail étudie pour la première fois une famille d’agents d’imagerie appelée « nitroxyde à déplacement de raies spectrales » spécifique d’activités enzymatiques. L'activité protéolytique, entraînant un décalage de 5 G dans les constantes de couplages hyperfins, permet une quantification individuelle des espèces substrat et produit par RPE et une excitation sélective par OMRI. Trois substrats ont été élaborés, montrant une spécificité enzymatique pour l’élastase du neutrophile (NE) (MeO-Suc-Ala-Ala-Pro-Val-Nitroxyde & Suc-Ala-Ala-Pro-Val-Nitroxyde), et pour la chymotrypsine et la cathepsine G (Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-Nitroxyde). Les constantes enzymatiques ont montré de bonnes valeurs avec globalement, Km = 28 ± 25 µM et kcat = 19 ± 3 s-1. Ex vivo, l’utilisation des substrats NE en OMRI a révélé un contraste élevé dans les lavages broncho-alvéolaires de souris sous stimulus inflammatoire. Les rehaussements de signaux IRM sont en corrélation avec la sévérité de l’inflammation. L'irradiation à la fréquence RPE de 5425,6 MHz a permis d'accéder à la bio-distribution des substrats in vivo et pourrait ainsi servir d’outil diagnostic. Les perspectives à moyen terme de ce travail reposent sur le développement de l’OMRI à très faibles champs magnétiques en vue d’une application chez l’homme
This work focuses on substrate-based probes for proteolysis monitoring by Electron Paramagnetic Resonance spectroscopy (EPR) and for in vivo imaging by Overhauser-enhanced Magnetic Resonance (OMRI). More precisely, this work investigates for the first time a family of MRI agents named “line-shifting nitroxide” specific for proteolytic activities. Proteolytic action results in a shift of 5 G in EPR hyperfine coupling constants allowing individual quantification of substrate and product species by EPR and selective excitation by OMRI. Three substrates were worked out, showing enzymatic specificity for neutrophil elastase (MeO-Suc-Ala-Ala-Pro-Val-Nitroxide & Suc-Ala-Ala-Pro-Val-Nitroxide), and for Chymotrypsin/Cathepsin G (Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-Nitroxide). Enzymatic constants were remarkably good with globally Km = 28 ± 25 µM and kcat = 19 ± 3 s-1. Ex vivo, the use of NE substrates in OMRI revealed a high contrast in bronchoalveolar lavages of mice under inflammatory stimulus. MRI signal enhancements correlate with the severity of inflammation. Irradiation at the RPE frequency of 5425.6 MHz provided access to the bio-distribution of substrates in vivo and could thus serve as a diagnostic tool. The medium-term perspectives of this work are based on the development of OMRI with very low magnetic fields for human application