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Immunotherapy with anti PD-L1 monoclonal antibodies is an innovative cancer treatment, used in non-small cell lung cancer (NSCLC). This antibody inhibits checkpoints inhibitors to restore the anti-tumour immune response by preventing the binding between PD-1/PD-L1. The administration of this treatment is conditional on the assessment of PD-L1 expression on tumour biopsies. However, the use of biopsies to identify PD-L1 expression can be problematic as the heterogeneity of the tumour may lead to differences in expression depending on the site of extraction. Moreover, as PD-L1 expression varies with time and exposure to treatment, the multiplication of invasive procedures such as biopsies for treatment follow-up is not ideal. It is therefore necessary to look for biomarkers to better identify patients likely to respond to the treatment but also to monitor this therapy to prevent resistance. Radiolabelled antibodies are a rapidly developing diagnostic method which combines antibody targeting with the sensitivity of positional emission tomography (PET) imaging. In this work, we radiolabelled an anti-PDL1 antibody with zirconium-89, a radioisotope whose physical half-life is compatible with the pharmacokinetics of monoclonal antibodies. We studied the biological properties of this radiolabelled antibody in vitro and in vivo in a syngeneic murine NSCLC model expressing PD-L1. In this mouse model, with and without treatment, we also studied the survival of the animals and the evolution of the tumour and its microenvironment using histological sections (TIM-3). With a radiochemical purity (RCP) higher than 95%, [89Zr]DFO-anti-PDL1 was correctly radiolabelled. The immunoreactivity (96%) showed that the antibody was not damaged by the radiolabelling procedure. This [89Zr]DFO-anti-PDL1 was injected into healthy mice and lung-cancer grafted mice. PET imaging was performed 24h, 48h, 72h and 168h after injection. A pharmacokinetic (PK) model was developed to describe the distribution of the tracer. It was used to estimate the different inter-compartmental transfer constants and a better imaging time at 125h. A blocking study was used to verify the in vivo specificity of the radiotracer. Using modelling, the PK parameters of the organs were estimated and extrapolated in humans using allometric equations. This allowed us to calculate a dosimetry of 132 µSv/MBq. Treatment of NSCLC in the mouse model revealed an increase in TIM-3 over time highlighting its potential role in immunotherapy escape. The results obtained seem encouraging for the development of a method to assess PD-L1 expression by imaging in NSCLC using immunoPET. However, the dosimetry of 132 µSv/MBq remains a significant barrier to its use, although the value found remains low compared to other zirconium-89 labelled antibodies., L'immunothérapie par anticorps monoclonaux anti PD-L1 est un traitement innovant du cancer, utilisé notamment dans le cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC). Cet anticorps permet d'inhiber les checkpoints inhibiteurs afin de restaurer la réponse immunitaire antitumorale en empêchant la liaison entre PD-1/PD-L1. L'administration de ce traitement est conditionnée par l'évaluation de l'expression de PD-L1 sur des biopsies de tumeurs. L'utilisation de biopsie pose cependant un problème dans l'exhaustivité du résultat obtenu pour cette expression qui va être lié au site d'extraction sur une tumeur potentiellement hétérogène vis à vis de PD-L1. De plus, l'expression de PD-L1 variant avec le temps et l'exposition au traitement, la multiplication d'actes invasifs tels que des biopsies pour un suivi de traitement n'est pas idéale. Il paraît donc nécessaire de rechercher des biomarqueurs afin de mieux identifier les patients susceptibles de répondre au traitement, suivre l'évolution de cette thérapie et ainsi contribuer à prévenir les résistances. Les anticorps radiomarqués sont des outils en plein essor permettant d'allier le ciblage d'un anticorps et la sensibilité de l'imagerie par tomographie par émission de positions (TEP). Dans ces travaux, nous avons réalisé le radiomarquage d'un anticorps anti-PDL1 avec du zirconium-89, radioisotope dont la période physique est compatible avec la pharmacocinétique des anticorps monoclonaux. Nous avons étudié les propriétés biologiques de cet anticorps radiomarqué in vitro et in vivo dans un modèle de CPNPC murin syngénique exprimant PD-L1. Dans ce modèle murin, avec et sans traitement, nous avons également étudié la survie des animaux ainsi que l'évolution de la tumeur et de son microenvironnement à l'aide de coupes histologiques (TIM-3). Avec une pureté radiochimique (PRC) supérieure à 95%, le [89Zr]DFO-anti-PDL1 a été correctement radiomarqué. L'immunoréactivité (96%) a montré que l'anticorps n'a pas été endommagé par la procédure de radiomarquage. Ce [89Zr]DFO-anti-PDL1 a été injecté chez des souris saines et dans le modèle de CPNPC. L'imagerie TEP a été réalisée 24h, 48h, 72h et 168h après l'injection. Un modèle pharmacocinétique (PK) a été développé afin de décrire la distribution du traceur. Il a permis d'estimer les différentes constantes de transferts intercompartimentales et un meilleur temps d'imagerie à 125h. Une étude de blocage a permis de vérifier la spécificité in vivo du radiotraceur. À l'aide de la modélisation, les paramètres PK des organes ont été estimés et extrapolés chez l'homme à l'aide d'équations allométriques. Ceci nous a permis de calculer une dosimétrie de 132 µSv/MBq. Le traitement du CPNPC dans le modèle murin a révélé une augmentation de TIM-3 au cours du temps soulignant son rôle potentiel dans les échappements aux traitements par immunothérapie. Les résultats obtenus semblent encourageants concernant la mise en place d'une méthode d'évaluation de l'expression de PD-L1 par imagerie dans le CPNPC en utilisant l'immunoTEP. La dosimétrie de 132 µSv/MBq reste cependant un frein conséquent à son utilisation bien que la valeur retrouvée reste faible en comparaison des autres anticorps marqués au zirconium-89.

The self- or informant-reported subjective cognitive decline (SCD) is a topic of interest in Alzheimer’s disease (AD). The main aim of this thesis was to (1) contribute to a better understanding of the cognitive and brain correlates of both SCD measures across the AD clinical continuum, and (2) determine the impact of recruitment setting in Subjective Cognitive Decline (SCD) patients. Our results indicate an association between higher self-reported SCD and higher neurodegeneration in SCD patients, and an association between higher informant-reported SCD and lower cognitive performances or increased amyloid deposition over 2-year follow-up in this group. Moreover, our results indicate that SCD patients from memory clinics seem at higher risk of developing AD. In Mild Cognitive Impairment (MCI) and demented patients, and especially in patients with MMSE, Le déclin cognitif subjectif (DCS) rapporté par une personne (auto-rapporté) ou son proche (hétéro-rapporté) fait l’objet d’un intérêt croissant dans le cadre de la maladie d’Alzheimer (MA). Le double objectif de cette thèse était de contribuer à une meilleure compréhension des corrélats cognitifs et cérébraux des deux mesures de DCS dans l’ensemble du continuum clinique de la MA, et de déterminer l’impact du type de recrutement chez les patients SCD (pour Subjective Cognitive Decline). Nos résultats indiquent que l’augmentation du DCS auto-rapporté chez les patients SCD est associée à une plus forte neurodégénérescence. De plus, un plus haut niveau de DCS hétéro-rapporté chez ces patients est associé à une diminution des performances cognitives et prédit l’augmentation des dépôts amyloïdes corticaux dans les deux ans. Les patients SCD recrutés en consultation mémoire semblent plus vulnérables à la pathologie. Chez les patients MCI (pour Mild Cognitive Impairment) et déments (ou les patients avec un MMSE

Immunotherapies with monoclonal antibodies targeting the PD-1/PD-L1 (programmed cell death protein 1/programmed cell death-ligand 1) immune checkpoint pathway have significantly improved the management of advanced non-small cell lung cancer (NSCLC). In NSCLC patients, high PD-L1 expression determined by immunohistochemistry (IHC) on tumor biopsies has been identified as a predictive biomarker for therapeutic efficacy. However, patients with PD-L1+ tumors can fail anti-PD-1/anti-PD-L1 immunotherapies, while patients with PD-L1- tumors can experience objective responses. The IHC assessment of PD-L1 expression suffers from several limitations that might contribute to the discrepancies observed in treatment response. Notably, a single biopsy cannot reflect the spatio-temporal heterogeneity of PD-L1 expression within and across lesions of a patient. Positron emission tomography (PET) with radiolabeled antibodies targeting PD-L1 (immunoPET) appears as a promising approach to evaluate the patient tumor PD-L1 status, complementing the conventional IHC procedures. PET imaging provides a non-invasive, quantitative and real-time assessment of PD-L1 expression within all the patient lesions (primary tumor and metastases). Therefore, PD-L1 PET imaging may be used to better predict and monitor NSCLC patient responses to anti-PD-1/anti-PD-L1 immunotherapies. Ideally, anti-PD-L1 PET radioligands should rapidly diffuse into tumors while being quickly cleared from the blood. As a result, PET images with high tumor-to-background contrast could be obtained within only hours after radioligand administration, enabling same-day imaging and reducing radiation burden for the patient.The objective of this PhD thesis was to design and evaluate anti-PD-L1 radioligands with optimized pharmacokinetic (PK) properties for immunoPET imaging of PD-L1 expression. To this purpose, two new ligand formats were developed from the anti-PD-L1 IgG antibody C4. A smaller Fab C4 fragment (« fragment antigen binding ») was derived from the full-length IgG C4. An IgG C4 with two mutations (H310A/H435Q) on its Fc domain was also engineered. These mutations were introduced to suppress the interaction between the double mutant IgG C4 and the neonatal Fc receptor (FcRn), which is responsible for the extended serum half-life of IgGs. The in vivo PK and biodistribution of the 89Zr-labeled IgG C4, IgG C4 (H310A/H435Q) and Fab C4 were compared by longitudinal PET/computed tomography (CT) imaging in PD-L1+ and PD-L1- human NSCLC preclinical models. The three C4 radioligands effectively and specifically detected PD-L1 expression in subcutaneous PD-L1+ NSCLC xenografts. Compared with the parental IgG C4, the Fab C4 fragment and the double mutant IgG C4 demonstrated a faster PK in vivo, with best-contrast PET images obtained at earlier time points after injection. Besides, for each C4 radioligand, human organ absorbed doses extrapolated from murine biodistribution data revealed a favorable dosimetry for potential clinical uses. Eventually, the inhibitor of bromodomain and extraterminal domain (BET) proteins JQ1 was identified as a negative regulator of in vitro PD-L1 expression in several human NSCLC cell lines. The feasibility of detecting variations of tumor PD-L1 expression in response to a specific treatment (e.g. JQ1) by PD-L1 PET imaging with the new 89Zr-Fab C4 and 89Zr-IgG C4 (H310A/H435Q) radioligands remains to be explored.; Les immunothérapies avec des anticorps monoclonaux ciblant les points de contrôle immunitaire PD-1/PD-L1 (« programmed cell death protein 1 »/« programmed cell death-ligand 1 ») ont grandement amélioré la prise en charge des patients souffrant de cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC) avancé. Chez ces patients, une forte expression de PD-L1 mesurée par immunohistochimie (IHC) sur une biopsie tumorale a été identifiée comme un biomarqueur prédictif de l’efficacité thérapeutique. Cependant, tous les patients avec des tumeurs PD-L1+ ne répondent pas aux immunothérapies anti-PD-1/anti-PD-L1, tandis que certains patients avec des tumeurs PD-L1- y répondent. L’analyse IHC anti-PD-L1 ne permet pas de capturer l’hétérogénéité spatio-temporelle de l’expression de PD-L1 au sein des différentes tumeurs du patient, ce qui pourrait contribuer à sa valeur prédictive limitée. L’utilisation de la tomographie par émission de positons (TEP) avec des anticorps radiomarqués ciblant PD-L1 (immunoTEP) apparait comme une approche prometteuse pour évaluer le statut PD-L1 tumoral du patient, en complément des méthodes d’IHC conventionnelles. La TEP offre la possibilité de quantifier en temps réel et de manière non invasive l’expression de PD-L1 dans l’ensemble des tumeurs du patient (tumeur primitive et métastases). L’imagerie TEP de PD-L1 pourrait ainsi être utilisée pour mieux prédire et surveiller l’efficacité des immunothérapies anti-PD-1/anti-PD-L1 chez les patients souffrant de CPNPC. Idéalement, les radioligands anti-PD-L1 utilisés pour la TEP doivent diffuser rapidement dans les tumeurs tout en étant vite éliminés du sang, afin d’obtenir des images avec un fort contraste tumeur sur bruit à des temps courts post-injection. L’examen TEP peut alors être réalisé quelques heures seulement après l’administration du radioligand anti-PD-L1, limitant la lourdeur du protocole clinique et la dosimétrie du patient.L’objectif de cette thèse a été d’explorer différentes stratégies permettant d’améliorer les propriétés pharmacocinétiques (PK) des radioligands utilisés pour l’imagerie immunoTEP de PD-L1. Pour cela, deux nouveaux formats de ligand ont été produits à partir de l’anticorps IgG C4 anti-PD-L1. Un fragment Fab C4 (« fragment antigen binding ») a été dérivé de l’anticorps entier. Un anticorps C4 doublement muté (H310A/H435Q) sur son domaine Fc a également été développé. Ces mutations ont été introduites dans le but de supprimer l’interaction entre l’IgG C4 mutant et le récepteur Fc néonatal (FcRn), responsable de la demi-vie plasmatique prolongée des IgGs. La PK et la biodistribution in vivo de l’IgG C4, de l’IgG C4 mutant et du fragment Fab C4, radiomarqués au 89Zr, ont été comparées par imagerie TEP/tomodensitométrie (TDM) longitudinale dans des modèles précliniques de CPNPC humain PD-L1+ et PD-L1-. Les trois radioligands C4 ont été capables de détecter efficacement et spécifiquement l’expression de PD-L1 dans les xénogreffes sous-cutanées de CPNPC PD-L1+. Le fragment Fab C4 et l’IgG C4 mutant ont tous deux montré une PK accélérée in vivo en comparaison de l’IgG C4 parental, avec l’obtention des images TEP de meilleur contraste tumeur sur bruit à des temps plus courts post-injection. Par ailleurs, l’analyse dosimétrique effectuée à partir des données de biodistribution murine des trois radioligands C4 a révélé des valeurs de dose acceptables pour une éventuelle utilisation clinique. Enfin, l’inhibiteur des protéines à bromodomaine et domaine extraterminal (BET) JQ1 a été identifié comme régulant négativement l’expression de PD-L1 in vitro dans plusieurs lignées cellulaires humaines de CPNPC. La possibilité de détecter les variations d’expression tumorale de PD-L1 en réponse à un traitement (par ex. JQ1) par imagerie TEP avec les nouveaux radioligands 89Zr-Fab C4 et 89Zr-IgG C4 mutant développés reste à explorer.

Personalized medicine refers to the adaptation of medical treatment to the individual characteristics of each diseaseand each patient. In oncology, this adaptation depends in particular on the prognosis of the disease in order to adapt a treatmentto the severity of the cancer. Medical imaging, represented in particular by the CT scan and the PET scan, allows the extraction andanalysis of morphological and functional characteristics of the cancer, called "radiomics", but also of the patient's characteristics,called "anthropometrics". The objective of this work was to explore the use of radiomic and anthropometric parameters inmultimodal imaging for the exploration of prognostic factors in oncology.For the anthropometric side, we developed and evaluated a software, named "Anthropometer3D", allowing themeasurement of muscle, lean, fat, visceral adipose tissue and subcutaneous adipose tissue masses in a multi-slice and automaticway from PET/CT scans and showed the prognostic value of subcutaneous adipose tissue for stage IV lung cancers treated withimmunotherapy and of muscle mass for lung cancers treated with radio-chemotherapyFor the radiomic side, we have developed and evaluated algorithms for the automatic segmentation and classification ofoncological PET/CT scans and developed a software, named "Oncometer3D", for the extraction of tumor activity, fragmentation,dispersion and massiveness characteristics from PET scans. We showed that one fragmentation parameter, the volume to totaltumor area ratio, was an independent prognostic factor in diffuse large-cell B-cell lymphoma and that several morphological tumorparameters correlated with circulating tumor DNA in B-cell hemopathies.In conclusion, medical imaging participates in the global evaluation of cancer from a macroscopic point of view byallowing a radiomic analysis centered on the tumor but also anthropometrically centered on the patient. Improved prognosticationusing these two approaches could lead to better therapeutic management of patients.

Simultaneous PET/MRI is a dynamic research field of both medical and preclinical domains. The ability of integrated systems to acquire the highly complementarity MR morphological and PET functional data in a single examination paves the way to innovative applications. The hereby document presents a series of experimentations dealing with the performance evaluation and the experimental in vivo capacities of such a device. Physical measurements were implemented based on international standards or inspired by articles of reference. The evaluated system consists of a compact SiPM-based PET subsystem fully integrated in a 7 T preclinical MRI based on the dry magnet technology. Experimentations showed the high sensitivity and the high counting rates capability of the system. No major distortion of data was observed during simultaneous scans. The third part of the manuscript exposes the fine tuning of the system and its accessories. The extit{in vivo} experimentations performed during this work confirmed both the interest and compatibility of this prototype for several applications., La tomographie par émission de positon (TEP) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) sont deux modalités hautement complémentaires de l’imagerie médicale et préclinique. L’IRM permet de rendre compte avec précision de la morphologie des organes grâce à son fort contraste tissulaire et à sa haute résolution spatiale. La TEP offre quant à elle la possibilité de suivre le trajet d’un composé radiomarqué dans l’organisme et de quantifier de façon absolue la radioactivité contenue par les tissus sains et pathologiques. Le couplage entre la TEP et l’IRM permet d’envisager l’acquisition simultanée de ces deux types de données, ouvrant de nouvelles perspectives en recherche et en imagerie diagnostique.Ces travaux de thèse ont été menés au sein du projet IMAPPI, dont l’objectif était de développer un prototype de TEP/IRM simultanée pour l'imagerie du petit animal. Les études de recherche et développement menées en collaboration avec le constructeur ont permis d'optimiser les performances physiques de cet appareil. Une évaluation de ses performances a été menée indépendamment du constructeur. L'absence d'altération majeure des données lors des acquisitions simultanées a également été vérifiée.En outre, les travaux ont permis de mettre en œuvre le réglage fin de l’imageur et de ses accessoires, et la validation de son utilisation in vivo chez l’animal dans le cadre d’études biologiques incluant l’imagerie cardiaque dynamique, la biocinétique de composés radiomarqués, ou encore la localisation de l’hypoxie cellulaire.

Medical imaging is a very important tool for the diagnosis of numerous diseases. The positron emission tomography (PET scan) is one of the most employed technique for its high sensibility, but the very short lifetime of the radionuclide used implies a very fast synthesis of the radioactive tracer.1,2 Optical imaging (OI) avoids the use of radioactive elements, but its limited sensibility in deep tissues can hamper its in vivo application. In order to obtain more modular probes depending on the need of the biologist (in vitro or in vivo studies), the development of new bimodal tracers is becoming an important research axis. In this context, new bimodal BODIPY-based molecules (fluorescent) that could be labelled by 11C (PET) have been synthesized. The different structures were conjugated to oestradiol to target the tumour cells of breast cancer. In vivo studies are being carried out to evaluate the biodistribution of the [13C]-labelled molecules. In parallel, their modification in photosensitizers for the production of singlet oxygen has also been considered for potential applications in the field of photodynamic therapy. On the other hand, several BODIPY-based photosensitizers have been synthesized and evaluated in a photooxygenation reaction, and their application to other types of reaction are in progress.; L’imagerie médicale est un outil très important pour le diagnostic de nombreuses maladies. La tomographie par émission de positons (TEP scan) est l’une des techniques les plus employées de par sa forte sensibilité, mais le très court temps de demi-vie du radionucléide utilisé implique une synthèse rapide du traceur radioactif. L’imagerie optique (IO) évite l’utilisation d’éléments radioactifs, mais sa sensibilité limitée dans les tissus profonds peut entraver son application in vivo. Afin d’obtenir des sondes plus modulables en fonction du besoin du biologiste (études in vitro ou in vivo), le développement de nouveaux traceurs bimodaux est devenu un axe de recherche important. Dans ce contexte, de nouvelles molécules bimodales à base de BODIPY (fluorescentes), pouvant être marquées au 11C, ont été synthétisées. Celles-ci ont été conjuguées à des dérivés d’oestradiol pour cibler les cellules tumorales du cancer du sein. Des études in vivo pour évaluer la biodistribution des molécules marquées au 13C sont en cours. En parallèle, leur transformation en photosensibilisateurs pour la production d’oxygène singulet a été également envisagée pour une potentielle application dans le domaine de la thérapie photodynamique. D’autre part, plusieurs photosensibilisateurs à base de BODIPY ont été synthétisés et évalués dans une réaction de photooxygénation, et leur application à d’autres types de réactions est actuellement en cours.

Subclinical psychoaffective symptoms of anxiety and depression are common in the elderly and are associated with an increased risk of developing dementia and progressing from a pre-dementia stage to a dementia stage. However, they could also be symptoms associated with dementia and could be a clinical manifestation of the underlying pathology. The aim of this thesis was to contribute towards a better understanding of the links between anxiety and depressive symptoms and Alzheimer's disease (AD) hallmarks, including cognitive, structural, functional and molecular modifications, both in normal aging and during the course of this pathology. Our results show that higher anxiety symptoms are associated with lower grey matter volume in cognitively healthy elderly subjects, but only in women. This same association is present in all Subjective Cognitive Decline (SCD) participants recruited from the general population, and shows an increased vulnerability to age-related neurodegenerative diseases such as dementia. In Subjective Cognitive Decline (SCD) subjects, high depressive symptoms are associated with greater amyloid load in the brain, and thus an increased risk of developing AD, while in amyloid-positive Mild Cognitive Impairment (MCI) and AD subjects, they are related to better cognition and awareness of their cognitive deficits. Psychoaffective symptoms thus seem to have an evolving role during the transition from normal aging to pathological aging; they first manifest a brain vulnerability, then an underlying pathology and a risk of developing AD, and then are a marker of preservation in patients with cognitive decline (MCI and AD).; Les symptômes psychoaffectifs anxieux et dépressifs infra-cliniques sont fréquents chez les personnes âgées et sont associés à un risque accru de développer une démence et de progresser d’un stade prédémentiel à un stade démentiel. Cependant, ils pourraient également être des symptômes associés à une démence, et pourraient constituer une manifestation clinique de la pathologie sous-jacente. L’objectif de cette thèse était de contribuer à une meilleure compréhension des liens entre symptômes anxieux et dépressifs et les modifications cognitives et cérébrales structurales, fonctionnelles et moléculaires typiques de la maladie d’Alzheimer (MA), à la fois dans le vieillissement normal et au cours de cette pathologie. Nos résultats montrent que des symptômes anxieux élevés sont associés à un volume de substance grise plus bas chez les sujets âgés cognitivement sains, et ce uniquement chez les femmes. Cette même association est présente chez les sujets Subjective Cognitive Decline (SCD) recrutés dans la population générale, et montre une vulnérabilité accrue aux maladies neurodégénératives liées à l’âge, telles que les démences. Chez les SCD ayant consulté pour leur déclin cognitif subjectif, des symptômes dépressifs élevés sont associés à une charge amyloïde plus importante dans le cerveau, et donc à un risque accru de développer une MA, tandis que chez les sujets Mild Cognitive Impairment (MCI) et MA amyloïde positifs, ils sont liés à une meilleure cognition et conscience de ses propres troubles. Les symptômes psychoaffectifs semblent donc avoir un rôle évolutif au cours du passage du vieillissement normal au vieillissement pathologique, d’abord manifestation d’une vulnérabilité cérébrale, puis manifestation d’une pathologie sous-jacente et d’un risque de développement de MA, ils sont au contraire un marqueur de préservation chez les patients présentant un déclin cognitif (MCI et MA).

PET radiotracers are useful tools in neuropharmacology to explore receptors coupled to G proteins. One of the their highly coveted properties is measuring the synaptic levels of endogenous neurotransmitter. To date, no radiotracer has been validated for this application. If the development of the first dopaminergic radiotracers could show their sensitivity to the release of dopamine during pharmacological challenge with amphetamines, the receptor ligand model showed its limits. In other words, certain phenomena hitherto unexplained by the model have been observed in vivo. Hypotheses have been formulated using in vitro data to rethink this model. They indicate in particular the existence of 2 types of binding sites on the receptors coupled to the G proteins. An agonist binds to the high affinity sites located on the functional receptors coupled to the G proteins. An antagonist binds to the low affinity sites located on both receptors coupled and not coupled to G proteins. It would suggest that the agonist property is more favorable for ensuring sensitivity to the endogenous neurotransmitter due to its competition on the same sites as the latter. To date, the majority of PET radiotracers are antagonist. This could explain the large number of failures to show their sensitivity to endogenous neurotransmitters. In this work, we show how the status of PET agonist radiotracer rethinks neuropharmacology through a review of the literature. In addition, preclinical experiments carried out with the new 5-HT1A agonist radiotracer, [18F]F13640, have shown unprecedented sensitivity to the release of serotonin, while its antagonist counterparts indicated contrasted results. These elements underline the importance of comparing the imagery of agonist and antagonist radiotracers. It also promotes the development of [18F]F13640 and agonist radiotracers to add a functional approach to pharmacology in PET imaging; Les radiotraceurs en TEP sont des outils de neuropharmacologie pour l’exploration des récepteurs couplés aux protéines G. L’une de leurs applications souhaitée est la mesure des taux de neurotransmetteurs endogènes dans la synapse. Aucun radiotraceur n’est validé pour mesurer indirectement les taux basal de neurotransmetteur. Si le développement des premiers radiotraceurs dopaminergiques a pu montrer leur sensibilité à la libération de dopamine lors de défi pharmacologique aux amphétamines, le modèle ligand récepteur a montré ses limites. Autrement dit, certains phénomènes jusque-là inexpliqués par le modèle sont été observés in vivo. Des hypothèses ont été formulées à l’aide des données obtenues in vitro pour repenser ce modèle. Elle indiquent notamment l’existence de 2 types de sites de liaison sur les récepteurs couplés au protéines G. Un agoniste se lie aux sites de haute affinité situés sur les récepteurs fonctionnels couplés aux protéines G. Un antagoniste se fixe sur les sites de basse affinité présents à la fois sur les récepteurs couplés et non couplés aux protéines G. Il semblerait que la propriété agoniste du radiotraceur soit plus favorable pour assurer une sensibilité au neurotransmetteur endogène de par sa compétition sur les même sites que ce dernier. A ce jour, la majorité des radiotraceurs TEP sont antagonistes. Cela pourrait expliquer le nombre important d’échec pour montrer leur sensibilité aux neurotransmetteur endogène. Dans ce travail de thèse, nous montrons en quoi le statut de radiotraceur agoniste TEP repense la neuropharmacologie au moyen d’une revue de la littérature. Par ailleurs, les expériences précliniques avec le nouveau radiotraceur agoniste 5-HT1A, le [18F]F13640, montrent de façon inédite sa sensibilité à la libération de sérotonine alors que ses homologues antagonistes indiquent des résultats plus contrastés. Ces éléments montrent l’importance de comparer l’imagerie des radiotraceurs agonistes et antagonistes. Ils promeuvent le développement du [18F]F13640 et des radiotraceurs agonistes pour alimenter l’approche fonctionnelle de la pharmacologie en TEP

PET radiotracers are useful tools in neuropharmacology to explore receptors coupled to G proteins. One of the their highly coveted properties is measuring the synaptic levels of endogenous neurotransmitter. To date, no radiotracer has been validated for this application. If the development of the first dopaminergic radiotracers could show their sensitivity to the release of dopamine during pharmacological challenge with amphetamines, the receptor ligand model showed its limits. In other words, certain phenomena hitherto unexplained by the model have been observed in vivo. Hypotheses have been formulated using in vitro data to rethink this model. They indicate in particular the existence of 2 types of binding sites on the receptors coupled to the G proteins. An agonist binds to the high affinity sites located on the functional receptors coupled to the G proteins. An antagonist binds to the low affinity sites located on both receptors coupled and not coupled to G proteins. It would suggest that the agonist property is more favorable for ensuring sensitivity to the endogenous neurotransmitter due to its competition on the same sites as the latter. To date, the majority of PET radiotracers are antagonist. This could explain the large number of failures to show their sensitivity to endogenous neurotransmitters. In this work, we show how the status of PET agonist radiotracer rethinks neuropharmacology through a review of the literature. In addition, preclinical experiments carried out with the new 5-HT1A agonist radiotracer, [18F]F13640, have shown unprecedented sensitivity to the release of serotonin, while its antagonist counterparts indicated contrasted results. These elements underline the importance of comparing the imagery of agonist and antagonist radiotracers. It also promotes the development of [18F]F13640 and agonist radiotracers to add a functional approach to pharmacology in PET imaging, Les radiotraceurs en TEP sont des outils de neuropharmacologie pour l’exploration des récepteurs couplés aux protéines G. L’une de leurs applications souhaitée est la mesure des taux de neurotransmetteurs endogènes dans la synapse. Aucun radiotraceur n’est validé pour mesurer indirectement les taux basal de neurotransmetteur. Si le développement des premiers radiotraceurs dopaminergiques a pu montrer leur sensibilité à la libération de dopamine lors de défi pharmacologique aux amphétamines, le modèle ligand récepteur a montré ses limites. Autrement dit, certains phénomènes jusque-là inexpliqués par le modèle sont été observés in vivo. Des hypothèses ont été formulées à l’aide des données obtenues in vitro pour repenser ce modèle. Elle indiquent notamment l’existence de 2 types de sites de liaison sur les récepteurs couplés au protéines G. Un agoniste se lie aux sites de haute affinité situés sur les récepteurs fonctionnels couplés aux protéines G. Un antagoniste se fixe sur les sites de basse affinité présents à la fois sur les récepteurs couplés et non couplés aux protéines G. Il semblerait que la propriété agoniste du radiotraceur soit plus favorable pour assurer une sensibilité au neurotransmetteur endogène de par sa compétition sur les même sites que ce dernier. A ce jour, la majorité des radiotraceurs TEP sont antagonistes. Cela pourrait expliquer le nombre important d’échec pour montrer leur sensibilité aux neurotransmetteur endogène. Dans ce travail de thèse, nous montrons en quoi le statut de radiotraceur agoniste TEP repense la neuropharmacologie au moyen d’une revue de la littérature. Par ailleurs, les expériences précliniques avec le nouveau radiotraceur agoniste 5-HT1A, le [18F]F13640, montrent de façon inédite sa sensibilité à la libération de sérotonine alors que ses homologues antagonistes indiquent des résultats plus contrastés. Ces éléments montrent l’importance de comparer l’imagerie des radiotraceurs agonistes et antagonistes. Ils promeuvent le développement du [18F]F13640 et des radiotraceurs agonistes pour alimenter l’approche fonctionnelle de la pharmacologie en TEP

Last October, the nuclear medicine departments were informed of the closure of the chromium-51 production line for clinical use. This radionuclide has different diagnostic indications in nephrology and hematology. It was therefore essential to set up alternative exploration protocols to overcome this production stoppage.Chromium-51 EDTA has been replaced by technetium-99m DTPA for the determination of glomerular filtration rates. Sodium chromate was substituted by sodium pertechnetate for the determination of globular volumes. A retrospective analysis of the chromium-51 data was performed followed by a prospective study, from January to December 2019 for technetium tracers.One hundred and forty-four patients were included in the study. Forty-two EDTA-The study carried out shows that there is no significant difference between the results obtained with chromium-51 and technetium tracers. As a result, clinical activity was maintained in good conditions.

Les masses kystiques latérales du cou (MKLC) bénignes et malignes sont difficiles à différencier cliniquement. L’utilité des modalités d’imagerie et de prélèvement doit être clarifiée. Une revue rétrospective de cas entre 2010 et 2016. Les données d’imagerie ont été récoltées et plusieurs variables propres à la masse furent analysées. Les rapports de cytoponction à l’aiguille fine (CAAF), de la biopsie au trocart (BT) et des examens extemporanés (EE) ont été analysés. La sensibilité, la spécificité, la valeur prédictive positive (VPP) et la valeur prédictive négative (VPN) pour prédire la malignité ont été calculées pour toutes les variables comparées entre les masses kystiques bénignes et malignes. Aucune variable d’imagerie n’a pu différencier les masses kystiques bénignes de malignes. La sensibilité de la CAAF est plus basse que celle de la BT (59% vs 83%; p=0.036) et de l’EE (59% vs 93%; p=0.01). L’EE a une meilleure VPN que la CAAF (92% vs 40%; p, Benign and malignant lateral cystic neck masses (LCNM) are difficult to distinguish clinically. The usefulness of imaging and sampling modalities in clarifying the diagnosis remains unclear. Retrospective review of cases between 2010 and 2016. Imaging data was reviewed and the variables pertaining to the mass were assessed including the following: size, nodal level, fat stranding, extracapsular spread, calcifications, vascularity, necrosis and standardized uptake value. Sampling reports of fine-needle aspiration (FNA), core-needle biopsy (CNB) and frozen section (FS) were also assessed. Sensitivity, specificity, positive predictive value (PPV) and negative predictive value (NPV) for predicting malignancy were calculated for all variables and compared between benign and malignant cystic neck masses. Ultrasound was used in 47.2% and CT-Scan in 90.5% of patients. No variables on imaging could definitely differentiate benign from malignant LCNM. FNA had a lower sensitivity then CNB (59% vs 83%; p=0.036) and FS (59% vs 93%; p=0.01). FS had a better NPV when compared to FNA (92% vs 40%; p

Traumatic brain injury (TBI) is a major public health problem for which there is currently no treatment. TBI leads to neuroinflammation, mainly originating from microglial activation. Both microglia and the neuroinflammation are increasingly incriminated in the occurrence of white matter injuries (WMI). Positron emission tomography (PET) imaging appears as a promising method to visualize its activation following TBI. The translocator protein (TSPO) is used to target microglia activation. In this context, we explored microglial activation using in vivo PET imaging and cell analysis in a mild TBI mice model in which we already demonstrated microglial activation through rt-qPCR on brain cell sorting microglia. After a craniotomy, a controlled cortical impact was performed onto adult male mice. PET was performed with [18F]FEPPA, a TSPO specific radiotracer, on TBI, sham-operated and non-operated mice. Mean Standard Uptake Value (SUV) were analyzed on both hemispheres and 7 brain regions. Immunostainings were processed on mice brain slices and microglial and endothelial cells culture. Brain immune TSPO expressing cells were analyzed by flow cytometry after TBI. ROI quantification of [18F]FEPPA did not reveal any difference after TBI, except SUVmean in the amygdala at day 14 (sham-operated versus TBI, p

Subclinical psychoaffective symptoms of anxiety and depression are common in the elderly and are associated with an increased risk of developing dementia and progressing from a pre-dementia stage to a dementia stage. However, they could also be symptoms associated with dementia and could be a clinical manifestation of the underlying pathology. The aim of this thesis was to contribute towards a better understanding of the links between anxiety and depressive symptoms and Alzheimer's disease (AD) hallmarks, including cognitive, structural, functional and molecular modifications, both in normal aging and during the course of this pathology. Our results show that higher anxiety symptoms are associated with lower grey matter volume in cognitively healthy elderly subjects, but only in women. This same association is present in all Subjective Cognitive Decline (SCD) participants recruited from the general population, and shows an increased vulnerability to age-related neurodegenerative diseases such as dementia. In Subjective Cognitive Decline (SCD) subjects, high depressive symptoms are associated with greater amyloid load in the brain, and thus an increased risk of developing AD, while in amyloid-positive Mild Cognitive Impairment (MCI) and AD subjects, they are related to better cognition and awareness of their cognitive deficits. Psychoaffective symptoms thus seem to have an evolving role during the transition from normal aging to pathological aging; they first manifest a brain vulnerability, then an underlying pathology and a risk of developing AD, and then are a marker of preservation in patients with cognitive decline (MCI and AD)., Les symptômes psychoaffectifs anxieux et dépressifs infra-cliniques sont fréquents chez les personnes âgées et sont associés à un risque accru de développer une démence et de progresser d’un stade prédémentiel à un stade démentiel. Cependant, ils pourraient également être des symptômes associés à une démence, et pourraient constituer une manifestation clinique de la pathologie sous-jacente. L’objectif de cette thèse était de contribuer à une meilleure compréhension des liens entre symptômes anxieux et dépressifs et les modifications cognitives et cérébrales structurales, fonctionnelles et moléculaires typiques de la maladie d’Alzheimer (MA), à la fois dans le vieillissement normal et au cours de cette pathologie. Nos résultats montrent que des symptômes anxieux élevés sont associés à un volume de substance grise plus bas chez les sujets âgés cognitivement sains, et ce uniquement chez les femmes. Cette même association est présente chez les sujets Subjective Cognitive Decline (SCD) recrutés dans la population générale, et montre une vulnérabilité accrue aux maladies neurodégénératives liées à l’âge, telles que les démences. Chez les SCD ayant consulté pour leur déclin cognitif subjectif, des symptômes dépressifs élevés sont associés à une charge amyloïde plus importante dans le cerveau, et donc à un risque accru de développer une MA, tandis que chez les sujets Mild Cognitive Impairment (MCI) et MA amyloïde positifs, ils sont liés à une meilleure cognition et conscience de ses propres troubles. Les symptômes psychoaffectifs semblent donc avoir un rôle évolutif au cours du passage du vieillissement normal au vieillissement pathologique, d’abord manifestation d’une vulnérabilité cérébrale, puis manifestation d’une pathologie sous-jacente et d’un risque de développement de MA, ils sont au contraire un marqueur de préservation chez les patients présentant un déclin cognitif (MCI et MA).

This work focused on the development of versatile platforms for fluorine-18 labelling. The first platform contained a sultone moiety which was converted to [18F]fluorosulfonate by ring opening with [18F]fluoride. The sultone was coupled to 2-nitroimidazolyl ligands to obtain radiotracers for hypoxia PET imaging. A series of compounds were synthesized in order to compare their performance in PET imaging. Among them, [18F]FLUSONIM displayed high tumor/background ratios after a short delay post-injection on different animal models (rabdomyosarcoma, glioblastoma and melanoma). The second platform was based on a boratrane structure, that was able to captur [18F]fluoride in aqueous medium to form zwiterionic [18F]monofluoroborate.; Les travaux de thèse ont porté sur le développement de deux plateformes de radiomarquage polyvalentes pour faciliter l’incorporation du fluor-18, un isotope de choix pour l’imagerie TEP (Tomographie par Emission de Positons). La première plateforme comporte une structure sultone conduisant à un [18F]fluorosulfonate par ouverture du cycle avec le [18F]fluorure. Celle-ci a été valorisée par le couplage avec des ligands 2-nitroimidazoliques pour former un agent d’imagerie TEP spécifique de l’hypoxie. Une série de dérivés caractérisés par des propriétés d’hydrophilie différentes a été synthétisée afin de comparer leur efficacité en imagerie. Parmi ces dérivés, le [18F]FLUSONIM a révélé dans différents modèles précliniques tumoraux (rhabdomyosarcome, tumeurs cérébrales et mélanome) des ratios tumeur sur bruit de fond inégalés jusqu’à présent, et ce à des temps très précoces post-injection. La deuxième plateforme est de nature boratrane. Celle-ci est capable de réagir avec le [18F]fluorure en milieu physiologique pour former un [18F]monofluoroborate zwitterionique facile à séparer du précurseur boratrane.

Positron emission tomography (PET) is a nuclear imaging modality that has a prominent place in the neurodegenerative dementias diagnosis. After a reconstruction step, the most widely used radiopharmaceutical tracer, the 18F-FDG, provides a volume mapping of brain metabolism. The scintigraphic argument for dementia is based on the finding of a relative hypo-metabolism of one particular region of interest (ROI) to another, usually its contralateral symmetric. However, some case studies are very difficult to interpret with the naked eye, mainly at an early stage of the disease’s development. Until now, the development of (semi-)automatic tools for direct comparison of ROIs has been limited by the lack of statistical knowledge of the reconstructed data ; the main methods already developed preferring to use large databases to evaluate the reconstruction through a dissimilarity score compared to a group of control patients. In this thesis, we propose a new, fully integrated methodology, from reconstruction to assistance in the diagnosis of dementia. Based on the reconstruction of confidence intervals, the proposed approach allows 1/ direct access to information on the statistical variability of the data, 2/ reconstruction of qualitatively and quantitatively convincing images to facilitate the reading of the examination by the physician, 3/ provision of a risk score for the patient to be affected by a neurodegenerative dementia. The results obtained with the latter are comparable with tools validated in clinical routine, except that this method does not require any other information than PET acquisition data itself.; La tomographie par émission de positons (TEP) est une modalité d’imagerie nucléaire qui possède une place de choix dans la démarche diagnostique des démences neuro-dégénératives. Le traceur radiopharmaceutique le plus utilisé, le 18F-FDG, permet d’obtenir une cartographie volumique du métabolisme cérébral. L’argument scintigraphique de démence repose sur la mise en lumière d’un hypo-métabolisme relatif d’une région d’intérêt (ROI) particulière par rapport à une autre, habituellement son symétrique controlatéral. Certains cas d’étude sont cependant très difficiles à interpréter à l’oeil nu, principalement à un stade précoce d’évolution de la maladie. Jusqu’à présent, le développement d’outils (semi-)automatiques de comparaison directe de ROIs s’est vu limité par la méconnaissance de la statistique que suivent les données reconstruites ; les principales méthodes déjà mises au point préférant alors utiliser d’imposantes bases de données pour évaluer la reconstruction à analyser à travers un score de dissimilarité par rapport à un groupe de contrôles. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthodologie entièrement intégrée allant de la reconstruction d’images d’activité à l’aide au diagnostic de démences. Basée sur la reconstruction d’intervalles de confiance, l’approche proposée permet 1/ d’accéder directement à une information sur la variabilité statistique des données, 2/ de reconstruire des images qualitativement et quantitativement probantes pour faciliter la lecture de l’examen par le médecin nucléaire, 3/ de fournir un score de risque du patient d’être atteint de démence neuro-dégénérative. Les résultats obtenus avec cette dernière sont comparables avec des outils validés en routine clinique, sans nécessiter aucune autre information que les seules données d’acquisiton TEP.

Positron emission tomography (PET) is a nuclear imaging modality that has a prominent place in the neurodegenerative dementias diagnosis. After a reconstruction step, the most widely used radiopharmaceutical tracer, the 18F-FDG, provides a volume mapping of brain metabolism. The scintigraphic argument for dementia is based on the finding of a relative hypo-metabolism of one particular region of interest (ROI) to another, usually its contralateral symmetric. However, some case studies are very difficult to interpret with the naked eye, mainly at an early stage of the disease’s development. Until now, the development of (semi-)automatic tools for direct comparison of ROIs has been limited by the lack of statistical knowledge of the reconstructed data ; the main methods already developed preferring to use large databases to evaluate the reconstruction through a dissimilarity score compared to a group of control patients. In this thesis, we propose a new, fully integrated methodology, from reconstruction to assistance in the diagnosis of dementia. Based on the reconstruction of confidence intervals, the proposed approach allows 1/ direct access to information on the statistical variability of the data, 2/ reconstruction of qualitatively and quantitatively convincing images to facilitate the reading of the examination by the physician, 3/ provision of a risk score for the patient to be affected by a neurodegenerative dementia. The results obtained with the latter are comparable with tools validated in clinical routine, except that this method does not require any other information than PET acquisition data itself.; La tomographie par émission de positons (TEP) est une modalité d’imagerie nucléaire qui possède une place de choix dans la démarche diagnostique des démences neuro-dégénératives. Le traceur radiopharmaceutique le plus utilisé, le 18F-FDG, permet d’obtenir une cartographie volumique du métabolisme cérébral. L’argument scintigraphique de démence repose sur la mise en lumière d’un hypo-métabolisme relatif d’une région d’intérêt (ROI) particulière par rapport à une autre, habituellement son symétrique controlatéral. Certains cas d’étude sont cependant très difficiles à interpréter à l’oeil nu, principalement à un stade précoce d’évolution de la maladie. Jusqu’à présent, le développement d’outils (semi-)automatiques de comparaison directe de ROIs s’est vu limité par la méconnaissance de la statistique que suivent les données reconstruites ; les principales méthodes déjà mises au point préférant alors utiliser d’imposantes bases de données pour évaluer la reconstruction à analyser à travers un score de dissimilarité par rapport à un groupe de contrôles. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthodologie entièrement intégrée allant de la reconstruction d’images d’activité à l’aide au diagnostic de démences. Basée sur la reconstruction d’intervalles de confiance, l’approche proposée permet 1/ d’accéder directement à une information sur la variabilité statistique des données, 2/ de reconstruire des images qualitativement et quantitativement probantes pour faciliter la lecture de l’examen par le médecin nucléaire, 3/ de fournir un score de risque du patient d’être atteint de démence neuro-dégénérative. Les résultats obtenus avec cette dernière sont comparables avec des outils validés en routine clinique, sans nécessiter aucune autre information que les seules données d’acquisiton TEP.

Sleep changes are a major feature of the ageing process, and sleep disturbances are increasingly recognized as a risk factor for cognitive decline and Alzheimer’s disease (AD). However, the brain mechanisms underlying this association are still unclear. The objective of this thesis was to deepen our understanding about brain structural, functional and molecular correlates of the main objective sleep changes in ageing, and to assess the potential links with cognitive performance. Our results demonstrate that the fragmentation of the first sleep cycles and the alteration of slow wave activity, are associated with reduced gray matter metabolism, perfusion and/or volume in fronto-cingulate and hippocampal areas. Moreover, sleep-disordered breathing and rapid eye movement sleep microstructure alterations were related to increased amyloid burden respectively in the posterior cingulate cortex and precuneus, or more widespread neocortical areas. However, associations with cognitive performance remained subtle or inexistent, suggesting early and asymptomatic associations between sleep and brain changes. Therefore, sleep may contribute to resilience processes and may help to cope with early neuropathological changes in AD. These results support the need to screen and treat sleep disturbances in older adults, before the onset of the first cognitive signs, in order to slow cognitive decline.; La qualité du sommeil se modifie avec l’âge, et les troubles du sommeil seraient associés au déclin cognitif et à un risque accru de développer une maladie d’Alzheimer (MA). Cependant, les mécanismes cérébraux sous-tendant cette association restent mal compris. L’objectif de cette thèse était de contribuer à une meilleure compréhension des corrélats cérébraux structuraux, fonctionnels et moléculaires des principales modifications objectives du sommeil dans le vieillissement, et d’explorer les liens avec les performances cognitives. Nos résultats montrent que les altérations des premiers cycles de sommeil et de l’activité à ondes lentes sont associées à un hypométabolisme, une hypoperfusion et/ou une diminution du volume de substance grise au niveau des aires fronto-cingulaires et hippocampiques. De plus, la présence d’un syndrome d’apnées obstructive du sommeil et l’altération de la microstructure du sommeil paradoxal étaient significativement associés à une augmentation de la charge amyloïde, respectivement au niveau du cortex cingulaire postérieur et du précunéus, ou de manière plus diffuse. En revanche, les liens avec la cognition restaient subtils voire absents, certaines modifications cérébrales étant asymptomatiques. Ainsi, le sommeil pourrait être un facteur de résilience face aux premières altérations neuropathologiques de la MA. Ces résultats supportent la nécessité de dépister et traiter les pathologies du sommeil dans le vieillissement, avant l’apparition des premiers déficits cognitifs, dans l’espoir de ralentir le déclin cognitif.