Développement de nanovecteurs à base de nanoparticules d'or : Applications biomédicales

par Hanane Moustaoui

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jolanda Spadavecchia et de Marc Lamy de la Chapelle.

Le président du jury était Claire Mangeney.

Le jury était composé de Adriele Prina-Mello, Nadia Djaker-Oudjhara.

Les rapporteurs étaient Maguy Jaber, Thomas Georgelin.


  • Résumé

    Le cancer est la première cause de décès en France, il est devenu un enjeu majeur de santé publique. De nombreux traitements existent déjà pour lutter contre cette maladie telle que la chimiothérapie. Cependant, ces techniques utilisent des produits toxiques provoquant des effets secondaires très importants. Dans ce contexte, les nanoparticules d’or (GNP) suscitent un intérêt considérable en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. Elles sont donc considérées comme des agents prometteurs pour le traitement du cancer, notamment pour l’acheminement de médicaments jusqu’à la tumeur (nanovecteur), ou encore pour la thérapie photothermique. Le but de cette thèse repose sur le développement de différents nanovecteurs basés sur des GNP avec différentes chimies de surface et l’étude de leur interaction avec des biomolécules (protéines),pour une application dans le traitement du cancer. Dans un premier temps, deux nanovecteurs à base d’or, de polyéthylène glycol et de doxorubicine ((DOX) comme agent anticancéreux) ont été synthétisés suivant deux stratégies différentes. La première stratégie a consisté à greffer la DOX aux GNP entouré de PEG par couplage carbodiimide. La deuxième stratégie, quant à elle, a été réalisée en complexant la DOX avec des ions d’or avant de procéder à la réduction de ces ions en présence du polymère. Ces différentes synthèses ont été caractérisées par MET, absorption optique et spectroscopie Raman. Enfin, une étude de viabilité cellulaire a été réalisée permettant de comparer l’effet cytotoxique des deux nanovecteurs sur une lignée adénocarcinome pancréatique (PANC-1). Dans une seconde partie, une étude a été réalisée sur l’adsorption de trois protéines du sérum sanguin humain (l’albumine, la glycoprotéine et le lysozyme) sur des GNP citratées. Pour cela, nous avons choisi d’utiliser la spectroscopie de corrélation de diffusion comme outil permettant de quantifier l’augmentation du rayon hydrodynamique des GNP provoquée par l’adsorption des protéines. Cette mesure du rayon hydrodynamique a permis de montrer que chaque protéine présente une orientation spécifique, mais aussi une constante d’affinité et une coopérativité différentes avec la surface d’or des nanoparticules. Enfin, dans une dernière partie une étude a été réalisée sur les propriétés photothermiques des nanoparticules d’or citratées de différentes tailles et différentes formes. Dans cette étude, les résultats montrent que l’élévation de température va dépendre de la position de la résonance plasmon par rapport à la longueur d’onde d’excitation, mais aussi de la forme et de la chimie de surface. Ce travail a été réalisé afin de comprendre comment les effets thermiques libérés par les nanoparticules d’or peuvent aboutir à la destruction de cellules cancéreuses.

  • Titre traduit

    Development of nanovector based on gold nanoparticules : Biomedical applications


  • Résumé

    The fight against cancer is a major challenge for public health, since cancer remains the leading cause of death in France. Conventional treatment like chemotherapy use very toxic products that induce large side effects. In this context, Gold nanoparticles (GNP) are of great interest thanks to their unique physical and chemical properties and are considered as promising agents for cancer therapy as drug delivery or photothermal agents. The aim of this thesis is to develop and study GNP and their interaction with biomolecules (proteins) in the framework of the cancer treatment. Firstly, two PEGyled GNP were synthetized and used as platform to develop nanovectors for doxorubicin ((DOX) anticancer drug), following two different strategies. The first strategy consists in synthesizing PEGyled GNP following “one-step” approach. Then the DOX loading on the nanoparticles was carried out by carbodiimide chemistry. The second strategy was performed by complexing DOX with gold ions, protected by PEG to form clusters. Afterwards these clusters are reduced to synthetize the GNP. The Physicochemical properties of these two kinds of GNP were characterised by TEM, optical absorption and Raman spectroscopy. Finally a cell viability study was carried out to compare the cytotoxicity effects of these two nanovectors on one pancreatic cancer cell line, PANC-1. In the second part, we studied the adsorption of three proteins of human blood serum (albumin, lysosime and glycoprotein) on citrate capped GNP. For this task, we have chosen to use scattering correlation spectroscopy as a tool to quantify the increase of the GNP hydrodynamic radius induced by the protein adsorption. The results showed that each protein has a specific orientation but also different binding affinity and cooperativity with the GNP surface. Finally, in the last part, we investigated the photothermal properties of citrate capped GNP of different sizes and shapes. The results show that the temperature rise depends on the plasmon resonance position compared to the excitation wavelength but also on the shape and the surface chemistry. This work was done to understand how photothermal effect produced by GNP can destroy cancer cells.


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