Nanomatériaux magnéto-fluorescents pour la bio-imagerie multimodale et la libération contrôlée de principes actifs

Magneto-fluorescent nanomaterials for multimodal bioimaging and controlled drug delivery

• Auteur / Autrice : Joanna Boucard
• Direction : Eléna Ishow, Christophe Blanquart, Lénaïc Lartigue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 08/10/2018
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Fabienne Gauffre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudio Sangregorio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théranostique

Fluorescence

Nanoparticules magnétiques

Nanoparticules

Mots clés libres

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Résumé

Ce travail de thèse consiste en l’élaboration et en la caractérisation de nano-outils théranostiques pour deux objectifs. Le premier objectif concerne le diagnostic cellulaire ciblé (cellules cancéreuses et musculaires, bactéries, macrophages) grâce à des nanomatériaux détectables par microscopie de fluorescence et IRM. Le second est lié à la thérapie par libération contrôlée de principes actifs, notamment anti-cancéreux, encapsulés dans des nanomatériaux. En effet, la taille nanométrique de ces objets leur confère des potentialités de ciblage de tissus (cellules) tumoraux, diminuant ainsi les effets secondaires. Ces objets sont des nanoassemblages supramoléculaires constitués d’un coeur de molécules fluorescentes solvatochromes et d’une coquille de nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer. Le coeur émissif, appelé FON pour nanoparticule organique fluorescente, émet un signal brillant dans le rouge compatible avec la première fenêtre de transparence des tissus biologiques. Les FONs se révèlent non cytotoxiques et peu sensibles au photoblanchiment. L’aptitude des FONs à se déliter une fois internalisées in cellulo et leur hydrophobicité permettent la vectorisation de médicaments hydrophobes. La libération de ces derniers est alors suivie in cellulo par microscopie de fluorescence. Cette libération peut être contrôlée par hyperthermie grâce à l’échauffement des nanoparticules magnétiques lors de l’application d’un champ magnétique alternatif. Ces dernières pourront aussi être exploitées pour suivre l’évolution in vivo de tumeurs par IRM. Toutes ces propriétés combinées ouvrent la voie vers des potentialités théranostiques où la nanomédecine personnalisée est très recherchée.

These PhD studies consist in the design and characterizations of theranostic nano-tools to meet two requirements. The first one is cell-targeted diagnostics (cancer and muscle cells, bacteria, macrophages) using nanomaterials detectable by fluorescence microscopy and MRI. The second aims at controlling the release of drugs, including anticancerous ones, encapsulated in nanomaterials. The nanometric size of these objects enables enhanced accumulation in tumor tissue (cells), thereby decreasing toxicity side-effects. These objects are supramolecular nanoassemblies composed of a fluorescent solvatochrom organic core coated by a shell of magnetic iron oxide nanoparticles. The emissive core, named FON for fluorescent organic nanoparticle, shows a bright redshifted emission signal compatible with the first biological tissue transparency window. FONs exhibit no cytotoxicity and little photobleaching. The ability of FONs to disassemble once internalized in cellulo and their hydrophobicity enable hydrophobic drugs vectorization. In this way, in cellulo drug delivery can be followed-up by fluorescence microscopy. Drug delivery can be controlled with magnetic hyperthermia thanks to the heating properties due to an alternative magnetic field applied to magnetic nanoparticles. Furthermore, magnetic nanoparticles allow tumor evolution to be monitored in vivo using MRI. All these combined properties pave the way toward theranostic potentialities where personalized nanomedicine is highly requested.