Targeted Gold Nanorods for Cancer Imaging and Therapy

• Auteur / Autrice : Birgit Oberleitner
• Direction : Vincent Semetey, Byron Gates
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec Simon Fraser university (Burnaby, Canada)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie pour le diagnostic

Cancer -- Thérapeutique

Nanoparticules d'or

Résumé

Les nanobâtonnets d'or (GNRs) sont d'excellents candidats pour l'imagerie, le diagnostic et le traitement du cancer en raison de leurs propriétés chimiques, optiques et biologiques. Nous avons étudié les conditions de synthèse afin d’obtenir des GNRs purs fonctionnalisés avec des polyéthylènes glycols (PEG). Nous avons établi les conditions optimales pour la préparation et la functionallisation des GNRs purs utilisables pour les applications biologiques. Afin d’assurer la reconnaissance spécifique de tumeurs, nous avons ensuite lié des ligands/récepteurs permettant le ciblage tumorale comme le peptide RGD ou des protéines comme la toxine de Shiga sur la surface des GNRs. L’excellent viabilité des cellules et l’importante capture spécifique par les cellules de ces GNR-peptides / protéines démontrent l'avantage de l’utilisation de ces constructions par rapport à une stratégie non spécifique. Nous avons examiné l’efficacité de cette stratégie en termes d'imagerie photo-acoustique et de la thérapie photothermique. Nous étions particulièrement intéressés par une destruction quantitative et ciblée des cellules vivantes via une thérapie photothermique utilisant les GNRs. Nous résultats montrent qu’une destruction des systèmes biologiques est possible uniquement lorsqu’un contact direct existe entre la cellule et les GNRs, obtenu dans le cas de ciblage actif. Ensuite, nous avons testé les GNRs ciblées in vivo dans un modèle murin de xénogreffe. Nous avons particulièrement étudié la biodistribution des GNRs dans l’animal et leur accumulation/rétention au niveau des tumeurs. Enfin, nous avons utilisé la thérapie photothermique sur les sites tumoraux ciblés les GNRs

Gold nanorods (GNR) are excellent candidates for cancer imaging, diagnosis and therapy due to their unique chemical, optical and biological properties. We have investigated the conditions for the synthesis of ultrapure GNR functionalized with polyethylene glycols (PEG) suitable for biological applications. Several factors such as PEG chain length, reaction conditions and purification method greatly influence the size, optical properties and long-term stability of GNR. To push our system toward specific tumor recognition we then linked tumor targeting moieties like the peptide RGD or the protein Shiga toxin B onto the surface of GNR. Excellent cell viability and specific cellular uptake of these peptide/protein coated ultrapure GNR proofed the advantage of these constructs over an untargeted strategy. We further examined the effectiveness and efficiency of our approach in terms of photoacoustic imaging and photothermal therapy. We were especially interested in a quantitative and targeted destruction of living cells by gold nanorod guided photothermal therapy. Our novel findings show evidence that efficient treatment of biological systems is only possible when a direct, active targeting by the GNR is achieved. Further on we tested our nanodevices in tumor xenograft mice. Herein we monitored the biodistribution of the GNR in living mice as well as their surface specific uptake into malignant tissue. Last but not least in a first trial we generated a lethal heat increase at the GNR targeted tumor sites