Nanoparticules mésoporeuses à base de silice pour de l'imagerie biphotonique et de la thérapie photodynamique antibactérienne

par Nicolas Bondon

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Jean-Olivier Durand, Olivier Mongin et de Clarence Charnay.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) et de IMNO - Ingéniérie Moléculaire et Nano-Objets (equipe de recherche) depuis le 01-02-2020 .


  • Résumé

    Le projet s'intéresse au développement de nanostructures à base de silice mésoporeuse sensibles à de l'excitation deux-photons, en y intégrant des photosensibilisateurs et d'autres produits pathogènes pour combattre les infections bactériennes et permettre une cicatrisation efficace. Cinq objectifs ont été définis: 1. Synthèse de nanoparticules à base de silice mésoporeuse (MSN), de nanoparticules à base de silice mésoporeuse creuse (HMSN), de nanoparticules d'organosilice mésoporeuse périodique (PMON) sensibles à l'excitation deux-photons, avec ou sans ponts disulfure, pour de l'imagerie deux-photons ultrasensible, de la thérapie photodynamique (TPE-PDT) et de la délivrance de médicament. 2. Fonctionnalisation de la surface de nanoparticules avec des carbohydrates (dérivés du mannose) dans le but de cibler des infections bactériennes relatives aux Staphylococcus Aureus (Gram positif) et Escherichia Coli (Gram négatif). 3. Etude in vitro (Fibroblastes, Macrophages, HUVEC, etc.) et in vivo sur des modèles animaux (poisson-zèbre et souris) de la cytotoxicité et de la biocompatibilité des nanoparticules réalisées par spectroscopie de fluorescence à deux-photons. L'analyse des nanoparticules dans le sang (durée de vie) de la souris ainsi que leur biodistribution en fonction de leur nature sera aussi effectuée par excitation deux-photons. Cette étude sera faite par l'équipe de Magali Gary-Bobo, le candidat observera et analysera cependant les expériences biologiques. 4. Le quatrième objectif consiste en l'analyse des capacités de chargement et de relargage d'un antibiotique, la vancomycine, à partir des nanoparticules selon leur nature. De plus, la combinaison entre délivrance médicamenteuse et thérapie photodynamique deux-photons sur des colonies bactériennes sera évaluée in vitro. 5. La délivrance d'antibiotiques et la thérapie photodynamique pour la cicatrisation sera examinée in vivo par l'équipe Taiwanaise à l'aide de modèles animaux établis pour cet aspect. La délivrance systémique et topique d'agent d'imagerie et de médicament avec des nanoparticules seront étudiés. Enfin, la fluorescence par excitation deux-photons sera effectuée pour regarder la pénétration des nanoparticules par administration transdermique.

  • Titre traduit

    Mesoporous silica-based nanoparticles for two-photon imaging and photodynamic therapy against bacteria


  • Résumé

    The project concerns the development of two-photon responsive mesoporous silica-based nanostructures, with the integration of photosensitizers and other pathogenic drugs to fight bacterial infections and to induce efficient wound healing. Five objectives are to be considered: 1. Synthesis of two-photon responsive Mesoporous Silica Nanoparticles (MSN), Hollow Mesoporous Silica Nanoparticles (HMSN), and Periodic Mesoporous Organosilica Nanoparticles (PMON) with or without disulfide bridges for highly sensitive two-photon imaging, photodynamic therapy (TPE-PDT) and drug delivery. 2. Functionalizing the surface of the nanoparticles with carbohydrates (mannose derivatives) in order to target bacterial infections based on Staphylococcus Aureus (Gram-positive) and Escherichia Coli (Gram-negative) 3. Examination of the cytotoxicity and biocompatibility of the prepared nanoparticles in vitro (Fibroblasts, Macrophages, HUVEC, etc.) and in vivo in animal models (zebrafish and mice) by using two-photon fluorescence spectroscopy. The analysis of the nanoparticles in the blood stream (life time) of mice and their biodistribution depending on their nature will also be carried out using two-photon excitation. 4. The fourth objective is to analyze the loading and release capacities of antibiotic, vancomycin, from the nanoparticles depending on their nature and to combine drug delivery with two-photon photodynamic therapy of bacteria colonies in vitro. 5. The delivery of antibiotics and photodynamic therapy for wound healing will be investigated in-vivo by the Taiwanese team with animal models of wound healing which will be established. The topical and systemic delivery of drug/imaging agent with nanoparticles will be studied. Two-photon excited fluorescence for observing the penetration of nanoparticles in transdermal delivery will be carried out.