Plateformes biocompatibles et approches innovantes pour la vectorisation de nanoparticules en décorporation pulmonaire du plutonium

par Laurane Léost

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Christophe Den Auwer et de Christophe Di Giorgio.

Soutenue le 22-11-2018

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Université de Nice (établissement de préparation) , Institut de chimie (Nice, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Institut de Chimie de Nice (laboratoire) .


  • Résumé

    L'utilisation du plutonium (Pu(IV) pour des applications militaires et civiles peut engendrer des contaminations internes chez les personnes exposées. Plusieurs voies de contamination sont possibles : par ingestion, par inhalation ou par blessure. En cas d'inhalation, le plutonium se présente le plus souvent sous forme de particules d'oxyde de plutonium qui vont se localiser au sein des alvéoles pulmonaires. Par un mécanisme de phagocytose, les particules sont internalisées par les macrophages de l'épithélium pulmonaire. Actuellement, le seul agent de décorporation administré en cas de contamination au plutonium est le DTPA (l'acide diethylenetriaminepentaacetique). Il est administré en France sous forme de CaNa3-DTPA par injection intraveineuse et est efficace pour les contaminations par ingestion et par blessure. Les nanoparticules fonctionnalisées à base de polymères naturels sont un concept innovant de décorporation du Pu(IV) solubilisé dans les macrophages pulmonaires et ouvrent la voie au développement de nouvelles familles de décorporants. C'est dans ce contexte que deux stratégies ont été développées : des nanoparticules à base de N-trimethyl chitosan fonctionnalisées par le ligand DTPMP (l'acide diéthylènetriaminepentamethylene phosphonique) qui est l'analogue phosphonique du DTPA et des nanoparticules chélatantes à base de -cyclodextrines amphiphiles anioniques. Ce travail a consisté en la synthèse et la caractérisation des nano-objets puis de l'étude de leur complexation avec les actinides (Th/Pu) en utilisant la spectroscopie EXAFS. Et enfin, des tests préliminaires biologiques in vitro ont été réalisés. Les résultats obtenus, avec les nanoparticules à base de chitosan et de DTPMP montrent que les nanoparticules présentent des tailles et une stabilité compatible avec l’application visée. D’autre part, leur affinité pour les actinides (IV) (Th,Pu) est comparable à celle du chélatant de référence, le DTPA. Enfin, les tests, effectués sur deux lignées de macrophages montrent que les nanoparticules sont internalisées très rapidement et que la matrice polysaccharidique semble se dégrader, permettant le relargage du chélateur DTPMP au niveau des sites de rétention du Pu(IV). Cette thèse constitue un travail préliminaire au développement d'une nouvelle famille d’agents décorporants plus ciblés pour une contamination au plutonium par inhalation.

  • Titre traduit

    Biocompatible platforms and innovative approaches for the vectorization of nanoparticles in pulmonary decorporation of plutonium


  • Résumé

    The use of plutonium (Pu(IV) for military and civil applications can lead to internal contamination. There are several possible routes of contamination: ingestion, inhalation or injury. In case of plutonium inhalation, the plutonium forms oxide particles that reach the pulmonary alveoli. Through a phagocytosis mechanism, the particles are internalized by the macrophages of the pulmonary epithelium and continue to exert their toxicity. Currently, the only decorporating agent administered in the event of contamination with plutonium is DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid). in France, it is administered as CaNa3-DTPA by intravenous injection. This standard is effective for contamination by ingestion and injury. However, it is not effective in case of contamination by inhalation. Functionalized nanoparticles based on natural polymers constitute an innovative concept for decorporating Pu(IV) solubilized in pulmonary macrophages and open the way for the development of new families of decorporants. We investigated two strategies: chitosan-based nanoparticles functionalized by the DTPMP (diethylenetriaminepentamethylene phosphonic acid) which is the phosphonic analog of DTPA and self-organized chelating β-cyclodextrin-based nanoparticles. This work was first focused on the synthesis and characterization of the nano-objects and then on the study of their complexation abilities with actinides (Th/Pu) using EXAFS spectroscopy. Finally, preliminary in vitro biological tests were carried out. Our obtained results with DTPMP and chitosan based nanoparticles showed that these aggregates exhibit size and stability compatible with the application. Furthermore, we demonstrate their affinity for the actinides(IV) (Th, Pu) is comparable to the reference DTPA. Finally, in vitro tests realized onto macrophages show that our nanoparticles are rapidly internalized through phagocytosis and that the polysaccharide matrix seems to undergo degradation which allows the DTPMP to be released and targeted right into the sequestration sites of Pu(IV). This work constitutes a first step in the development of new family of decorporating agents with a higher efficiency in case of plutonium contamination through inhalation.


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