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In vivo preclinical imaging in oncology is a tool of choice to study the mechanisms thatgovern this pathology as well as for the evaluation of innovative diagnostic and therapeuticsolutions. Each imaging modality has its own strengths and limitations and that’s why thereis a real benefit to combine several modalities to collect complementary information. In thefirst part of this work, the combination of 3-D fluorescence imaging with microCT imaginghas been implemented and has been particularly relevant for the characterization ofdifferent animal models of lung cancer mimicking one or several stages from primary tumordevelopment to metastatic invasion. In a second part, we assessed the potential ofphotoacoustic imaging for non-invasive imaging of vascularization and tissue oxygenation indifferent pathophysiological contexts in mice as well as in humans, thus demonstrating itshigh translational potential. Fluorescent and photoacoustic contrast agents have been usedto increase tumor contrast and monitor changes in the level of expression of biomarkers ofinterest and the benefit provided by the use of a tumor specific marker has beendemonstrated. In parallel with biological studies, technological developments inphotoacoustic imaging have been initiated in order to improve the application potential ofthis imaging modality., L’imagerie préclinique in vivo en oncologie représente un outil de choix pour étudier lesmécanismes qui régissent cette pathologie mais également pour évaluer des solutionsdiagnostiques et thérapeutiques innovantes. Chaque modalité d’imagerie possède sespropres atouts et limites et c’est pourquoi il existe un réel bénéfice à associer plusieursmodalités pour recueillir des informations complémentaires. Dans la première partie de cetravail, la combinaison de l’imagerie de fluorescence 3-D avec l’imagerie microCT a été miseen oeuvre et s’est montrée particulièrement pertinente pour la caractérisation de différentsmodèles animaux de cancers pulmonaires représentant chacun spécifiquement une ouplusieurs étapes du développement tumoral primaire à l’invasion métastatique. Dans uneseconde partie, nous avons évalué le potentiel de l’imagerie photoacoustique pourl’imagerie non-invasive de la vascularisation et de l’oxygénation tissulaire dans différentscontextes physiopathologiques chez la souris ainsi que chez l’homme, démontrant ainsi sonfort potentiel translationnel. Des agents de contrastes fluorescents et photoacoustiques ontété utilisés pour augmenter le contraste tumoral et suivre les variations de niveaud’expression de biomarqueurs d’intérêt et le bénéfice apporté par l’utilisation d’unmarqueur présentant une spécificité tumorale a été démontré. En parallèle des étudesbiologiques, des développements technologiques en imagerie photoacoustique ont étéinitiés en vue d’améliorer le potentiel applicatif de cette modalité d’imagerie.

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