Design and synthesis of molecular nanotools for bioimaging and two-photon induced photorelease

par Eduardo Cueto Díaz

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Mireille Blanchard-Desce.

Soutenue le 16-12-2014

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec Université Bordeaux-I (1971-2013) (Etablissement d'accueil) et de Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux) (laboratoire) .

Le jury était composé de Jean-Baptiste Verlhac, Olivier Mongin.

Les rapporteurs étaient Gilles Lemercier, Isabelle Leray.

  • Titre traduit

    Conception et synthèse d’objets moléculaires nanométriques pour la bio imagerie et le photo clivage par absorption à deux photons


  • Résumé

    Dans le premier chapitre de cette thèse, nous introduisons le concept de nanodot organique (OND) comme une alternative aux quantum dots (QDs). Ces nano émetteurs «tout organique» sont préparés par synthèse bottom-up et contrôle,à l’échelle du nanoobjet, de la réponse optique par confinement du chromophore au sein d’une structure dendritique. Ceci conduit à des nanoobjets présentant une brillance exceptionnelle à un ou deux photons en faisant des composés d’intérêt majeur pour l’imagerie in vivo. Le deuxième chapitre décrit la synthèse et la caractérisation de la première famille d’OND hydrophiles. Deux types d’absorbeurs à deux photons ont été sélectionnés car présentant des propriétés optiques et des structures différentes. Ensuite, l’hydro solubilité a été assurée par l’accrochage de groupes H2N(CH2)2NEt2 à la périphérie. Dans les chapitres 3 et 4, nous proposons une alternative aux OND cationiques par greffage de chaîne polyéthylèneglycol à la périphérie. Ceci améliore la solubilité et la biocompatibilité. Un OND hydrosoluble bimodal pouvant être utilisé en IRM du19Fet imagerie de fluorescence est également préparé. Dans ce chapitre l’étude par RMN et par imagerie confocale de trois dendrimères à cœur cyclophosphazène est également décrite. Finalement, le chapitre 5 décrit la préparation de systèmes synergique agissant en tandem pour la photo libération d’un substrat «en cage». Nous avons démontré qu’en combinant une antenne collectrice avec des unités encagées,il est possible d’obtenir une libération efficace de molécules actives. Par ingénierie moléculaire nous avons préparé trois systèmes synergiques différents: (i) Une triade symétrique basée sur un chromophore portant des chaîne hydrophile TEG et connecté à unités PPG encageant une unité glutamate (ii) Une dyade comportant un chromophore et une unité PPG au sein d’une architecture phosphorée, finalement (iii) une unité dendritique portant une unité encageante et 5 absorbeurs à deux photons


  • Résumé

    In the first chapter of this dissertation, we introduce the concept of organic nanodot (OND) as an alternative to quantum dots (QDs).These purely organic nanoemitters are obtained from a rational and bottom-up route based on the control, at the single nano-object level, of the optical responses via the covalent confinement of optimized chromophores within dendrimericarchitectures. This led to tuneable nano-objects which show record one-and two-photon brightness and have been shown to be a major interest for in vivoimaging.The second chapter describes the synthesis and structural characterization of the first family of ONDwith hydrophilic properties. Two different 2P absorber modules were selected for this aim, displaying different structural and optical properties. Then, the water solubility will be ensured by linking H2N(CH2)2NEt2.at the periphery. In Chapter 3and 4we propose an alternative to the cationic ONDs by replacing the external layer, with polyethylene glycol (neutral). This synthetic approach favorsthe hydrosolubility, and the compatibility in biological environment. Awater-soluble organic nanodot-based probethat could be used for both 19F MRI and optical fluorescence imagingis alsoprepared. In the same chapter, confocal imaging and NMR studies of three types of dendrimers with a cyclotriphosphazene core are described.Finally, the aim of chapter 5is the synthesis of synergic systems acting in tandem for the photorelease of a caged substrate. We demonstrate that combining a light harvesting antenna group with uncaging subunits leads to the efficient release of active molecules. Molecular engineering allowed us to prepare three different synergic systems, (i) a symmetrical tandem triad structure, based on one chromophore bearing hydrophilic TEG chains, which is directly connected to two PPG units caging one molecule of glutamate respectively, (ii) a dyad system bearing one chromophore and one PPG in phosphorus scaffold, finally (iii) a dendritic scaffold bearing 6 available position that was coated both with one equivalent ofuncaging moietyand the remaining positions with 2P absorbing modules.


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