Physicochemical characterization and biocompatibility studies of persistent luminescence nanoparticles for preclinical diagnosis applications

par Gonzalo Ramírez Garcia

Thèse de doctorat en Chimie analytique

Sous la direction de Silvia Gutiérrez-Granados et de Anne Varenne.

Soutenue le 27-07-2016

à Paris 6 en cotutelle avec l'Universidad de Guanajuato (México) , dans le cadre de École doctorale Chimie moléculaire de Paris-Centre , en partenariat avec Unité de Technologies Chimiques et Biologiques pour la Santé (laboratoire) .

Le président du jury était Christine Ménager.

Le jury était composé de Fethi Bedioui, Mario Ávila-Rodríguez, Gustavo Cruz-Jiménez, Nathalie Mignet, Minerva Martinez Alfaro.

Les rapporteurs étaient Alexander Kuhn, Mauricio Díaz-Muñoz.

  • Titre traduit

    Caractérisation physicochimique des nanoparticules à luminescence persistante et étude de leur biocompatibilité pour des applications précliniques de diagnostic


  • Résumé

    Les nanoparticules (NPs) à luminescence persistante de gallate de zinc dopée chrome (ZnGa1.995Cr0.005 O4) sont des matériaux innovants avec des propriétés optiques particulières qui permettent leur utilisation pour l'imagerie optique in vivo. Leur caractérisation a été effectuée par une méthode émergente dans ce domaine, l'électrophorèse capillaire. Les résultats ont démontré le potentiel de cette méthode pour garantir le contrôle et la qualité des NPs. Un ensemble général des tests de toxicité a été réalisé in vitro et in vivo après administration aiguë, à court et à long terme des ZnGa1.995Cr0.005O4, afin d'évaluer leur biocompatibilité. Lors de l'administration de NPs hydroxylés, différentes conséquences négatives ont été notées, ainsi comme l'effet protecteur du polyéthylène glycol fonctionnalisé en surface des NPs. En raison de l'importance des interactions des NPs avec les protéines plasmatiques lors de leur administration, nous avons évalué et appliqué pour la première fois la méthode électrocinétique de Hummel-Dreyer pour la détermination des interactions non spécifiques entre les NPs PEGylés et des protéines. Finalement, l'évaluation des interactions entre les ZnGa1.995Cr0.005O4 et un système binaire de protéines (albumine et Apolipoprotéine-E) a été effectuée par des méthodes électrocinétiques. Ces analyses ont montré une affinité plus forte entre la surface des NPs PEGylés et l'apolipoprotéine-E par rapport à l'albumine, ce qui pourrait représenter une stratégie novatrice pour la vectorisation des NPs vers la région du cerveau. Toutes les méthodes mentionnées ci-dessus peuvent être extrapolées pour l'analyse des autres NPs avec plusieurs des applications.


  • Résumé

    The chromium doped zinc gallate (ZnGa1.995Cr0.005O4) nanoparticles (NPs) are innovative materials with specific optical properties, notably the persistent luminescence, which allow their use for in vivo optical imaging. Their characterization was carried out by an emergent method in this area, the capillary electrophoresis. The obtained results demonstrated the potential of this method to ensure the control and quality of NPs. A general set of toxicity tests were performed in vitro and in vivo after acute, short- and long-term administration of the NPs to assess their biocompatibility. Various negative effects were noted upon administration of hydroxylated NPs, as well as the protective effect of NP PEGylation. Because of the importance of NP interactions with plasma proteins after their in vivo administration, we evaluated and applied for the first time the Hummel-Dreyer electrokinetic method for the determination of non-specific interactions between PEGylated NPs and proteins. Finally, the evaluation of the interactions between the ZnGa1.995Cr0.005O4 and a binary system of proteins (albumin and apolipoprotein-E) was carried out by electrokinetic methods. The results revealed greater affinity between the surface of the PEGylated NPs and the apolipoprotein-E compared to albumin, which could represent a novel strategy for the vectorization of NPs towards the brain region. All the above mentioned methods can be extrapolated for the analysis of other NPs with several potential applications.

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