Synthèse et étude de nouvelles sondes fluorescentes pour l'imagerie optique, l'imagerie Cherenkov et les imageries multimodales

par Yann Bernhard

Thèse de doctorat en Chimie - physique

Sous la direction de Richard Decréau.

Soutenue le 20-04-2015

à Dijon , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....) , en partenariat avec Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne (ICMUB) (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Franck Denat.

Le jury était composé de Roger Guilard, Yann Bretonnière.

Les rapporteurs étaient Teodor Silviu Balaban, Pierre-Yves Renard.

mots clés

• Imagerie optique
• Imagerie multimodale
• Imagerie Cherenkov
• Subphtalocyanines
• Phtalocyanines
• DOTA
• Fluorescéine
• Liposome
• USPIO
• Nanotubes d’oxyde de titane
• Sondes fluorescentes
• Liposomes
• Nanotubes
• Imagerie médicale

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire avait pour but d’étudier le potentiel de nouvelles sondes fluorescentes pour la mise au point d’agents d’imagerie optique et d’imagerie Cherenkov inédits. Le premier chapitre porte sur la synthèse de subphtalocyanines et phtalocyanines fluorescentes possédant des fonctions chimiques qui confèrent à la molécule des propriétés adaptées à une application en imagerie médicale. Les composés obtenus ont été étudiés pour déterminer s’ils possèdent les propriétés requises pour l’application visée, en considération du cahier des charges propre aux fluorophores. Dans un deuxième temps, certaines sondes fonctionnelles préparées ont été utilisées pour créer des agents d’imagerie inédits. Dans le cas des subphtalocyanines, la biovectorisation a été explorée par association directe de la sonde avec un peptide, ou indirecte grace à un liposome encapsulant la sonde. Dans le cas des phtalocyanines, les sondes fonctionnelles ont été engagées dans la préparation de nanohybrides constitués de nanoparticules d’oxyde de fer ou de nanotubes d’oxyde de titane, afin d’obtenir des agents bimodaux ou théranostiques. Le troisième chapitre présente l’étude du phénomène de transfert d’énergie (CRET) entre des radioéléments émetteurs Cherenkov et des fluorophores organiques a été étudié. La détermination des paramètres de transfert optimaux a ensuite guidé la mise au point d’une sonde CRET composée d’un fragment fluorescéine lié covalentement à un complexe d’yttrium-90. Pour finir, la possibilité d’émettre dans la fenêtre du proche infrarouge a été explorée par multi-transfert de type CRETFRET.

mots clés

• Optical Imaging
• Multimodal Imaging
• Cherenkov Imaging
• Subphthalocyanines
• Phthalocyanines
• DOTA
• Fluoresceine
• Liposome
• USPIO
• Titania nanotubes

Titre traduit

Synthesis and study of new fluorescent probes for optical imaging, Cherenkov imaging and multimodal imaging

Résumé

The goal of this work was to prepare and study new fluorescent probes, which could give rise to novel optical or Cherenkov imaging agents. The first section of this work describes the synthesis of fluorescent subphthalocyanines and phthalocyanines probes, which possess relevant chemicals groups suitable for optical imaging applications. The optical and physico-chemical properties of the new probes were carefully examined to ensure they comply with the specification of the fluorophores for the desired application. The second part focused on the subsequent development of a few selected probes into real imaging agents. The biovectorisation of subphtalocyanines was achieved upon conjugation of a peptide either with the probe or with a liposome that encapsulate the probe. Phthalocyanine-based functional probes were engaged in the synthesis of nanohybrides made of iron oxide nanoparticles or titania nanotubes, to afford bimodal or theranostic agents. In a final part, the energy transfer phenomenon (CRET) between Cherenkov emitting radionuclides and organic fluorophores was studied. The optimal transfer parameters were considered to prepare a CRET probe made of a fluorescein moiety covalently attached to an Yttrium-90 complex. Finally, the ability to emit in the near infrared window was explored by multi-CRET-FRET transfer.