Thermodynamic and structural investigations on the interactions between actinides and phosphonate-based ligands

par Gaoyang Ye

Thèse de doctorat en Aval du cycle nucléaire, radioprotection et radiochimie

Sous la direction de Eric Simoni.

Le président du jury était David Aitken.

Le jury était composé de Eric Simoni, David Aitken, Gilles Montavon, Jean Aupiais, Christophe Den Auwer, Wangsuo Wu, Loïc Charbonnière.

Les rapporteurs étaient Gilles Montavon, Jean Aupiais.

  • Titre traduit

    Etudes thermodynamiques et structurales des interactions entre les actinides et des ligands à base de phosphonate


  • Résumé

    En cas d’accidents nucléaires (Tchernobyl, Fukushima) ou d’exposition à de l'uranium appauvri dans des zones de conflit, la décontamination est nécessaire pour réduire au mieux les conséquences de l’ingestion de radionucléides. Après une contamination externe ou interne, les actinides solubilisées sont distribués dans les organes cibles (squelette, foie, tissus, reins, etc.) via la circulation sanguine. Compte tenu de cette dispersion, la chélation de ces radionucléides par des ligands biologiques est une méthode efficace de décorporation pour favoriser l'excrétion de ces métaux déposés et ainsi réduire les risques pour la santé. En raison du faible taux de distribution dans les organes cibles (os, foie, reins) de l'acide diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA), des agents de chélation ont été synthétisés et testés in vitro ou in vivo. Dans ce projet, plusieurs ligands polyaminophosphonates, (conçus à l'origine pour être des agents de contraste), ont été synthétisés selon leurs propriétés de bio-distribution, de leurs groupes fonctionnels, de leur potentiel site de coordination et de leur lipophilie. Des études structurales et thermodynamiques ont ensuite été effectuées sur les complexes entre l'uranium (VI) et l’europium (III) (comme analogue de l’américium (III) et curium (III)) et les ligands polyaminophosphonates. La sphère de coordination de ces cations a été observée par spectroscopie UV-visible, TRLFS, FT-IR et la spectroscopie d’absorption X (EXAFS). L'étude de l’affinité a été réalisée par spectroscopie UV-visible. Enfin, les spectroscopies UV-visible et TRLFS ont été utilisées d’une part pour tester la stabilité du complexe ligand/uranyle en présence d’un ion métallique et d’autre part pour étudier le système ternaire : ion uranyle/ligand/calmoduline. Ces résultats ont permis de mieux comprendre les mécanismes de chélation et d’évaluer l'affinité chimique de ces ligands polyaminophosphonates pour l'uranium (VI) et l’europium (III). Cela devrait ainsi aider à la conception de nouveaux agents de chélation de plus en plus efficaces du point de vue de la décorporation.


  • Résumé

    For exposed person who suffers from contamination from nuclear accidents (Chernobyl, Fukushima) or depleted uranium in war zones, decontamination is required to reduce the sequence damage of radionuclide intake. After an external or internal contamination, the solubilized actinides could be distributed to the target organs (skeletal, liver, kidneys tissues, etc.) via the bloodstream. Considering the dispersion, fate and health effect of the actinides, chelation therapy is an effective decorporation method to promote the excretion of deposited actinides to reduce the health risk. Due to the defect on weak distribution rate to the target organs (bone, liver, kidneys) of diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) which currently used in clinics, plenty chelation agents were synthesized and tested in vitro or in vivo. In this project, several polyaminophosphonates ligands, a series ligand originally designed for MRI contrast and SPECT agents, were synthesized according to the properties of ligand bio-distribution, functional groups, coordination site and lipophilic. Then the structural and thermodynamic studies were done with the complexes between metal ion such as uranium(VI) and europium(III) (as americium/curium(III) analogue), and polyaminophosphonates ligands. The sphere of coordination of these cations was observed by UV-visible spectroscopy, TRLFS, FT-IR and Extended X-Ray Absorption Fine Structure (EXAFS). The affinity study was done with UV-visible spectroscopy. Finally, the UV-visible spectroscopy and TRLFS were used to test the stability of uranyl ligand complex with competition metal ion in biological conditions and to reveal the interactions between the ternary system, uranyl ion/ligand/calmodulin. These results allow to better understand the chemical affinity and possible chelation mechanism of the polyaminophosphonates ligands for the above actinides and therefore to promote the design of new chelation agents.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 30-06-2019


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