Nanoparticules de réseaux de coordination à visée théranostique

by Lucile Fetiveau

Thesis project in Chimie


Under the supervision of Laure Catala.

Ongoing thesis at Paris Saclay , under the authority of Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , in a partnership with Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (laboratoire) and Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) since 01-10-2015 .

  • Alternative Title

    Coordination network-based nanoparticles: towards theranostics


  • Abstract

    The project will focus on the development and characterization of polymer nanoparticles / coordination networks with a coupling of medical imaging (MRI alone or combined with positron emission tomography PET /fluorescence) and therapy (photothermic therapy, hadrontherapy or inclusion of anticancer drugs). These innovative nanomaterials exploiting the versatility of coordination chemistry lie in a field of strong international competition. The PhD student will be in charge of the synthesis and structural characterization and morphological i) core-shell nanoparticles of coordination polymers based on cyanometallates (Prussian blue analogues and others) ii) oxalate coordination polymers that can insert various active molecules (fluorophores, drugs). Nanoparticles will include various active metal ions to provide multimodal diagnosis (Gd3+, Mn2+) and the surface localization will allow optimal relaxivity leading to efficient T1 contrast agents. Multimodality will be provided through the insertion of Cu(II) ions (64Cu for PET), by fluorescent molecules grafted or lanthanides inserted in the network (luminescence). Various strategies are envisaged to combine therapy and diagnosis in these objects : - radiosensitizing elements for hadrontherapy (Gd, Pt ...) will be included in the heart of the particles allowing a targeted treatment of tumors compared to radiotherapeutic treatments. - optimization of the Fe-CN-Fe bridges cores causing absorption in the near-infrared will be conducted to optimize both the photothermal effect and their longitudinal relaxivity. - immobilization of drugs in transition metal/rare earth oxalates sheets will be investigated. Efforts will also be dedicated to master their assembly in controlled aggregates. The candidate will be in charge of the development of these new nanosystems using methods pioneered in the team and their structural, morphological and chemical characterisation. He/she will have to interact with several teams to perform the relaxometric studies at the University of Mons, the in vitro and in vivo biodistribution at the Claude Bernard University of Lyon, toxicity tests and hadrontherapy studies within the Lacombe Sandrine team at ISMO.


  • Abstract

    La thèse portera sur l'élaboration et caractérisation de nanoparticules de polymères/réseaux de coordination couplant imagerie médicale (IRM seul ou combinant de la tomographie par émission de positons TEP ou fluorescence) et thérapie (photothermie, hadronthérapie et/ou à inclusion d'agents thérapeutiques anticancéreux). Ces nanomatériaux novateurs exploitant la versatilité de la chimie de coordination s'inscrivent dans un contexte de compétition internationale forte. Le doctorant sera en charge de la synthèse et caractérisation structurale et morphologique i) de nanoparticules cœur-coquilles de polymères à base de cyanométallates (analogues de bleu de Prusse et autres) ii) de nanoparticules d'oxalates pouvant intercaler diverses molécules d'intérêt (fluorophores, principes actifs). Les composés choisis incluront divers ions métalliques actifs en IRM (Gd3+, Mn2+) dont la localisation en surface permettra une relaxivité optimale conduisant à des agents de contraste T1. La multimodalité sera conférée par l'insertion d'ions Cu(II) (à terme 64Cu pour le TEP) au sein du coeur, par des molécules greffées en surface ou des lanthanides insérés dans le réseau (luminescence). Différentes stratégies sont envisagées pour allier thérapie et diagnostic au sein de ces objets. - des radiosensibilisateurs pour l'hadronthérapie (Gd, Pt…) seront inclus dans le cœur des particules en vue d'un traitement plus ciblé des tumeurs en comparaison de traitements par radiothérapie. - l'optimisation de la teneur en ponts Fe-CN-Fe des cœurs à l'origine de l'absorption dans le proche infra-rouge sera menée pour optimiser l'effet photothermique et la relaxivité longitudinale. - l'immobilisation d'agents thérapeutiques au sein des feuillets d'oxalates de métaux de transition/terres rares sera explorée. Par ailleurs, une approche complémentaire consistera à maîtriser l'assemblage de ces nanoparticules au sein d'agrégats contrôlés. Le candidat sera en charge de l'élaboration de ces nouveaux nanosystèmes selon des méthodes validées au laboratoire ainsi que leur caractérisation structurale, morphologique et chimique. Il sera amené à interagir avec plusieurs équipes puisqu'il réalisera les études de relaxométrie à l'Université de Mons, les tests in vitro et in vivo de biodistribution à l'Université Claude Bernard de Lyon, les tests de toxicité et études en hadronthérapie au sein de l'équipe de Sandrine Lacombe à l'ISMO.