Lanthanide based dendrimers for photodynamic therapy and biological optical imaging

par Iuliia Nazarenko

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Stéphane Petoud et de Matthieu Réfregiers.

Le président du jury était Richard Daniellou.

Le jury était composé de Stéphane Petoud, Matthieu Réfregiers, Richard Daniellou, Gilles Quelever, Georges Wagnières, Franck Suzenet.

Les rapporteurs étaient Gilles Quelever, Georges Wagnières.

  • Titre traduit

    Complexes de lanthanides formés avec de ligands dendrimères pour thérapie photodynamique et imagerie biologique optique


  • Résumé

    La thérapie photodynamique (PDT) est une méthode de lutte contre le cancer basée sur l’utilisation de la lumière et d’un composé sensible à la lumière, appelé photosensibilisateur (PS). Le PS absorbe la lumière et, en présence d’oxygène, engendre la production des dérivés réactifs de l'oxygène (DRO), lesquels sont toxiques et provoquent la régression de la tumeur. La limitation principale des PSs utilisés dans les tests cliniques est leur faible sélectivité envers les tissus cancéreux. Le but principal de ce projet est de créer des agents multifonctionnels combinant sur une même molécule l’activité PDT, la vectorisation et l’imagerie optique proche infrarouge. Dans cette région du spectre optique, les cellules possèdent une faible autofluorescence, et la lumière proche infrarouge pénètre plus profondément dans les tissus biologiques que la lumière visible. Nous proposons ici de modifier une structure dendrimérique de type poly(amidoamine) de génération 3, en tant que plateforme polyvalente. En effet, ce dernier possède trente-deux groupes terminaux qui peuvent être facilement substitués par des PSs. De plus, cette macromolécule peut complexer dans ses cavités jusqu’à 8 cations lanthanides émettant dans le proche infrarouge. Quatre nouveaux ligands dendrimère ont été synthétisés avec différents PSs tels que des dérivés de naphtalimide, d’anthraquinone et de tétraphénylporphyrine. De plus, le naphtalimide a été couplé avec des groupes dérivés de l’acide folique pour assurer la vectorisation envers les tissus cancéreux. Les complexes de lanthanide émettant dans le proche infrarouge ont été préparés pour chaque dendrimère. La caractérisation des performances des différents complexes a été réalisée. La production de DRO et la présence de complexes d’Yb(III) a été démontrée dans les cellules HL60. Les dendrimères modifiés par les groupes anthraquinone et tétraphénylporphyrine en tant que PS, ont montré, dans les cellules vivantes, une émission proche infrarouge lorsqu’ils sont sous la forme de complexe d’Yb(III). Les résultats obtenus montrent que les complexes de lanthanides formés avec des ligands dendrimères peuvent servir comme des agents de PDT et des rapporteurs luminescents proche infrarouge in cellulo.


  • Résumé

    PDT is a cancer treatment that uses the combination of a nontoxic photoactivated molecule (photosensitizer), an appropriate source of light excitation and molecular oxygen to generate reactive oxygen species (ROS) leading to the decrease of size or to the destruction of tumors. However, the PDT efficiency of currently used drugs is limited by the selectivity for the cancer tissue. The main goal of this work is to develop a multifunctional agent which combines a PDT activity, a tumor targeting and near-infrared (NIR) optical imaging. The use of reporters that absorb at low energy is justified by low tissue autofluorescence and high tissue penetration depth in the NIR spectrum window. For this purpose, we have chosen the generation-3 poly(amidoamine) dendrimers as a versatile platform. Such macromolecules can incorporate eight NIR emitting lanthanide ions inside their branches forming species with thirty-two end groups at the periphery that can be substituted by suitable photosensitizers. Four new dendrimer ligands were synthesized with different photosensitizers, such as derivatives of naphthalimide, anthraquinone, and porphyrin. In addition the naphthalimide photosensitizer was functionalized with a targeting molecule, based on folic acid, to induce selectivity of the molecule towards cancer tissues. The corresponding NIR emitting lanthanide complexes were prepared for each dendrimer. Four Yb(III)-dendrimer complexes were characterized for their photophysical and ROS production properties. All complexes demonstrated a ROS production. The dendrimer functionalized with anthraquinone and tetraphenylporphyrin photosensitizers show strong NIR emission in living cells. These new multifunctional Yb(III)-dendrimer complexes have been designed to broaden the current scope of PDT agents and of NIR optical imaging agents.

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