Formulation antimicrobienne et fonctionnalisation de photosensibilisateurs pour la thérapie photodynamique antimicrobienne (aPDT)

Antimicrobial formulation and functionalization of photosensitizers for antimicrobial photodynamic therapy (aPDT)

• Auteur / Autrice : Bhavya Khurana
• Direction : Vincent Sol, Mathias Senge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 21/03/2022
• Etablissement(s) : Limoges en cotutelle avec Trinity college (Dublin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, écologie, géosciences et agrosciences Théodore Monod (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PEIRENE
• Jury : Président / Présidente : Céline Frochot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Frochot, Santi Nonell, Franscesca Giuntini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Santi Nonell, Franscesca Giuntini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photothérapie

Photosensibilisants

Mots clés libres

Photosensibilisateurs

Diphénylbenzofurane (DPBF)

Oxygène singulet

Thérapie photodynamique antimicrobienne (aPDT)

Acide hyaluronique

BODIPY

Photosensitizers

Diphenylbenzofuran (DPBF)

Singlet Oxygen

Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT)

Hyaluronic acid

BODIPY

Résumé

Depuis une vingtaine d’année, le développement de nouvelles bactéries multirésistantes aux antibiotiques est un problème de santé public mondiale. Les scientifiques sont à la recherche de nouvelles approches capable d’éliminer des microbes pathogènes sans entrainer de résistances. La thérapie photodynamique antimicrobienne (aPDT) est un moyen innovant et non invasif de détruire les bactéries via la formation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) après illumination avec une longueur d'onde appropriée d'une molécule : un photosensibilisateur (PS). Cette technique pourrait fournir une solution de traitement durable face à ces différentes infections bactériennes. En effet, les ROS produits favorise alors l'endommagement des parois bactériennes mais également des cibles microbiennes telles que les acides nucléiques (ADN ou ARN), les protéines, les lipides, les complexes protéiques, ou en entravant la matrice du biofilm. Ce travail de thèse présente une étude sur les stratégies de synthése visant à améliorer l'efficacité des PS pour cette thérapie. Ainsi au cours de ce travail, nous avons développé différentes voies permettant de rendre un PS efficace pour des applications en aPDT. Pour cela, nous nous sommes, tout d’abord, attachés à augmenter l’efficacité de ces PS en les combinant avec un système d'administration de médicaments tels que des polysaccharides ou en modifiant synthétiquement le squelette moléculaire du PS avec des fonctionnalités qui induit une meilleure interaction avec les microorganismes. Les stratégies synthétiques, les caractérisations spectroscopiques et la caractérisation photophysique, y compris la production d'espèces d'oxygène singulet via des tests de dégradation DPBF, sont discutées tout au long de ce manuscrit. Différentes stratégies afin d’obtenir un PS idéal pour une utilisation en aPDT ont été mises en oeuvre, notamment la fabrication de conjugués d'acide hyaluronique (HA) biopolymère solubles dans l'eau avec des PS synthétisés à base de macrocycles issu de la chlorophylle et de porphyrine de synthèses. La synthèse de nouveaux BODIPY portant différents groupements en position méso ont été réalisés. Ils ont été caractérisés par RMN, spectrométrie de masse, UV-visible et cristallographie. Enfin, tous ces conjugués ainsi que des dérivés de BODIPY ont été testés contre des bactéries, mettant ainsi en évidence que certaines de ces molécules étaient capables d'inhiber la croissance des bactéries et de leurs biofilms sous irradiation lumineuse, démontrant l'efficacité de telles stratégies pour une éventuelle application en photothérapie antimicrobienne.

To provide a long-lasting solution to infections affecting the current world scenario, antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) offers a non-invasive means to destroy pathogenic microbes via formation of reactive oxygen species (ROS) on irradiation with an appropriate wavelength of light of a photosensitizing molecule, photosensitizer (PS). This ROS species promotes the damage of microbial targets such as nucleic acids (DNA or RNA), proteins, lipids, protein complexes, or by impeding the biofilm matrix. This manuscript work presents an inclusive study into synthetic and post-synthetic strategies made towards enhancing the efficiency of PSs for this therapy. More explicitly, it provides an insight to making a PS aPDT compatible by combining it with a drug delivery system or synthetically altering the molecular skeleton of the PS with functionalities which induces better potency towards the site of infection. The synthetic strategies, spectroscopic characterizations and photophysical characterization including the production of singlet oxygen species via DPBF degradation assays are discussed along this manuscript. Different strategies for making the PS ideal for use in aPDT have been done which includes making water-soluble biopolymeric hyaluronic acid (HA) conjugates with synthesized PSs based on chlorin and porphyrin macrocycles or by synthesizing BODIPY scaffolds with different meso-aryl groups and post functionalizing these derivatives with different functionalities enhancing their spectrum towards inactivation of bacterial cultures. Finally, these conjugates as well as BODIPY derivatives have been tested against bacteria, finding that some of these molecules were able to inhibit the growth of bacteria and their biofilms under light irradiation, demonstrating the efficiency of such strategies for a potential aPDT.