Thèse soutenue

Fonctionnalisation, bio-conjugaison et études toxicologiques de quantum dots
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Auteur / Autrice : Lucia Mattera
Direction : Peter ReissDavid Djurado
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie Biologie
Date : Soutenance le 10/06/2016
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et propriétés d'architectures moléculaires (Grenoble ; 2005?-2015)
Jury : Président / Présidente : Frédérique Loiseau
Examinateurs / Examinatrices : Loïc Charbonnière, Niko Hildebrandt
Rapporteurs / Rapporteuses : Michel De Waard, Thomas Pons

Résumé

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La médecine moderne fait aujourd’hui face à de nombreux défis, comme le diagnostic précis et rapide des maladies. En raison de leurs propriétés photophysiques uniques, les quantum dots (QDs) sont des marqueurs fluorescents prometteurs pour la détection biologique. Le but principal de ce travail est le développement de conjuguées QD-anticorps (AB) en vue de leur utilisation dans des fluoroimmunoassays FRET (Förster Resonance Energy Transfer) pour la détection de la PSA (Antigène Spécifique de la Prostate), biomarqueur du cancer de la prostate. Dans ces systèmes, les QDs agissent comme accepteurs d’énergie en combinaison avec des complexes de terbium agissant comme donneurs. Grâce aux propriétés de luminescence spécifiques de ces deux classes de fluorophores, la mesure résolue en temps du signal de QDs permet la détection rapide et sensible des marqueurs biologiques. Nous avons développé une nouvelle approche en deux étapes pour la fonctionnalisation et la bioconjugaison de QDs qui donne des systèmes QD-AB fortement luminescents, stables et ultra compacts, maximisant ainsi l'efficacité de FRET. Dans une première étape, le transfert en phase aqueuse de QDs de phosphure d’indium (InP) synthétisés au laboratoire, émettant à 530 nm et de QDs commerciaux de CdSe émettant à 605 nm et 705 nm a été réalisé par échange de ligands de surface avec de la pénicillamine. Ensuite, la post-fonctionnalisation avec un ligand hétérobifonctionnel contenant un groupe acide lipoïque et une fonction maléimide permet le couplage ultérieur à des groupes sulfhydryle des protéines, a été effectuée. Après conjugaison des QDs avec des anticorps fragmentés (F(ab)) un très petit diamètre hydrodynamique (<13 nm) et une stabilité colloïdale à long terme (plusieurs années) ont été obtenus. L'applicabilité des sondes obtenues a été confirmée par la détection de PSA dans des échantillons de sérum, avec des limites de détection (LOD) très basses (0,8 ng/mL) pour les sondes émettant à 705 nm, dont l'absorption du spectre montre le plus grand recouvrement spectral avec l'émission du Tb. De plus, le greffage direct de complexes de terres rares sur la surface de QD a également été exploré, donnant accès à des sondes bimodales pour l'imagerie par resonance magnétique et par fluorescence (avec Gd) ou à des sondes biluminescentes (avec Eu, Yb). Dans ce dernier cas, la sensibilisation de la luminescence proche infrarouge de l’Yb par les QDs à base d’InP a été démontrée. Enfin nous avons réalisé des études de nanotoxicologie sur les différents types de QDs utilisés. En particulier, nous avons étudié la toxicité in vivo en utilisant l'organisme modèle Hydra vulgaris et la toxicité in vitro en utilisant des cellules de kératinocytes humains en comparant l’effet de systèmes cœur et cœur-coquille de QDs d’InP et de CdSe.