Dissertationen zum Thema „Multimodal probe“

Les nanoparticules (NPs) hybrides peuvent combiner les propriétés physiques uniques des éléments inorganiques pour des applications en imagerie et en thérapeutique avec la biocompatibilité des structures organiques. Cependant, leur utilisation en médecine est encore limitée par des risques potentiels de toxicité à long terme. Dans ce contexte, des NPs hybrides ultrafines pouvant être éliminées rapidement par la voie rénale apparaissent comme de bonnes candidates pour la nanomédicine. La NP à base de silice contenant des chélates du gadolinium appelée AGuIX (Activation et Guidage de l’Irradiation par rayon-X) a été développée avec un diamètre hydrodynamique de moins de 5 nm qui lui permet d’être éliminée rapidement via l’urine après injection intraveineuse. Cette NP s’est révélée être une sonde efficace en imagerie multimodale et un amplificateur local en radiothérapie pour le diagnostic et le traitement du cancer. Elle est en train d’être évaluée dans un essai clinique de phase I par radiothérapie des métastases cérébrales (NANO-RAD, NCT02820454). Néanmoins, la synthèse d’AGuIX est un procédé multi-étapes qui est difficilement modulable.Ce manuscrit rapporte, pour la première fois, le développement d’un protocole « one-pot » direct pour des nanoparticules de silice ultrafines (USNP) contenant des chélateurs complexés ou non à partir des précurseurs silanes chélatants moléculaires. Dans ce nouveau protocole, la taille des particules et les types des métaux chélatés peuvent être contrôlés facilement. Certaines des propriétés chimiques des USNP ont été clarifiées davantage pendant ce travail exploratoire. Les particules élaborées ont été caractérisées par différentes techniques analytiques complémentaires. Ces nouvelles nanoparticules USNPs présentent des caractéristiques similaires aux AGuIX en terms de propriétes biologiques et de biodistribution.Dans un second temps, un nouveau protocole de fonctionnalisation d’USNP par des précurseurs silanes chélatants a été développé. Ces chélatants libres fonctionnalisés sur la particule peuvent être alors utilisés afin de complexer des radiométaux pour l’imagerie bimodale. Enfin, d’autres stratégies de fonctionnalisation sont aussi décrites. La nouvelle sonde (17VTh031) combinant un petit chélateur cyclique (NODA) et un fluorophore proche-infrarouge tumeur ciblant (IR783) ainsi que le pyridinium quaternaire ont été greffés sur l’AGuIX pour créer une nouvelle sonde en imagerie multimodale et cibler des tumeurs chondrosarcomes respectivement
Hybrid nanoparticles (NPs) can combine unique physical properties for imaging and therapeutic applications of inorganic elements in bio-friendly organic structures. However, their uses in medicine are limited by the potential risks of long-term toxicities. In this context, ultrasmall renal clearable NPs appear as novel solutions. Silica based NP displaying gadolinium chelates named AGuIX (Activation and Guidance for Irradiation by X-ray) has been developed to have hydrodynamic diameter less than 5 nm which allows rapid elimination through urine after intravenous injection. This NP has been demonstrated as an efficient multimodal imaging probe and a local enhancer for radiotherapy for cancer diagnostics and treatment. It is now being evaluated in a phase I clinical trial by radiotherapy of cerebral metastases (NANO-RAD NCT02820454). Nevertheless, the synthesis of AGuIX implies a multisteps process that can be further improved.This manuscript shows, for the first time, the development of a straightforward one-pot protocol for ultrasmall silica nanoparticles (USNP) containing complexed or non-complexed chelators from molecular chelating silane precursors. In this new protocol, the size of particle and types of metals can be easily tuned. The chemical properties of USNP have been further clarified during this exploratory work. The produced particles have been characterized by different complimentary analytical techniques. These new nanoparticles USNPs show similar characteristics to AGuIX in terms of biological properties and biodistribution.Secondly, a new protocol of functionalization for USNP by chelating silane precursors has been developed. These functionalized free chelators on the particle can be used then to complex radiometals for bimodal imaging applications. Finally, other functionalization strategies have also been described. New probe (17VTh031) combining small cyclic chelator (NODA) and tumor targeting near-infrared fluorophore (IR783) as well as quaternary pyridinium have been grafted on AGuIX for creating new multimodal imaging probe and targeting chondrosarcoma tumors respectively

Les questions de la détection intracellulaire et de la localisation en milieu cellulaire de complexes de métaux de transition sont cruciales dans le contexte du développement de complexes métalliques en biologie et médecine. En effet, pour être pharmacologiquement actif, un composé doit atteindre sa cible cellulaire : la localisation est donc un paramètre clef de l’activité. Pour l’étudier, il est nécessaire de disposer de sondes et de techniques d’imagerie cellulaire. Nous avons montré qu’il est possible d’utiliser les métaux carbonyle comme des sondes multimodales en fluorescence classique, infrarouge et fluorescence X, la multimodalité étant portée par un seul cœur moléculaire de type (L)Re(CO)₃, L étant un ligand de type bipyridine. Le terme SCoMPI a été introduit pour ces « Single Core Multimodal Probes for Imaging ». Dans le cadre de cette thèse, nous avons préparé et imagé des sondes greffables pour suivre des objets d’intérêt biologique (acide hyaluronique, ferrocifènes) ainsi que des marqueurs en fluorescence X des organites intracellulaires. Dans ce cas, des groupes vecteurs (TPP, peptide...) ont été greffés sur des unités de type Re-tricarbonyle et ces espèces ont été caractérisées en contexte biologique par différentes techniques analytiques et imagées par différentes techniques de microscopie
Questions of intracellular detection and cell-mediated localization of transition metal complexes are major in the context of metal complex development in biology and medicine. A compound must reach its cellular target to be pharmacologi- cally active: the localization is therefore a key parameter of activity. To study it, it is necessary to have probes and cell imaging techniques. Metal carbonyls are ideal candidates for multimodal bioimaging in fluorescence, infrared and X-ray fluorescence imaging. As they have been developed as "Single Core Multimodal Probe for Imaging" (SCoMPI), this thesis deals with the development, the study and the use of a rhenium-tricarbonyl unit [LRe(CO)₃X] (L = pyridyl-1,2,3-triazole, X = Cl−) as X-ray fluorescence probe for cellular imaging. We conjugated the Re(CO)₃ graftable probe to compounds of interest (hyaluronic acid, ferrocifens) in order to study their penetration and location in cells or in the skin, and we modified Re(CO)3 conjugates by organelles targeting groups (TPP, peptide, etc.) in order to develop species that were characterized in biological context by different analytical techniques and imaged by different microscopy techniques

De nos jours, l’imagerie moléculaire est devenue un allié indispensable de la médecine, notamment dans le traitement du cancer, que ce soit pour l’établissement d’un diagnostic, l’aide au choix d’un traitement personnalisé voire plus récemment pour la chirurgie assistée par fluorescence (FGS). L’imagerie optique de fluorescence prend de l’essor ces dernières années pour des applications in vivo en pré clinique voire en clinique grâce à la FGS et l’utilisation de fluorophore NIR-I (700-900 nm). Néanmoins, l’utilisation de cette technique est handicapée par ses limites de pénétration à travers les tissus biologiques. C’est pourquoi, la combinaison de l’imagerie de fluorescence à l’imagerie radioisotopique (TEP ou TEMP) permet de corréler avec fiabilité les images pré opératoires et celles révélées au moment de la résection de la tumeur. En ce sens, le développement de sondes bimodales fait l’objet de nombreux défis en termes de conception et de synthèse. Les azaBODIPYs, qui sont des fluorophores stables chimiquement et photochimiquement, sont au cœur de l’expertise de notre laboratoire. Ainsi, une sonde azaBODIPY OI/TEP bioconjugable et hydroluble a pu êre développée lors de travaux précédents. Néanmoins, la synthèse de cette molécule est complexe et chronophage. De plus, les deux modalités étant éloignées l’une de l’autre ont un risque potentiel d’être dissociées si la molécule est dégradée sans que cela ne soit détectable. C’est pourquoi cette thèse avait pour objectif principal de concevoir une nouvelle classe de sondes bimodales plus compactes et intelligentes, où l’élément radioisotopique est directement intégré dans le fluorophore. Cette combinaison azaBODIPY/chimie de coordination implique le développement de systèmes stables, biocompatibles et répondant aux exigences d’un radiomarquage. Ce manuscrit décrit la synthèse de nouveaux ligands, des complexes associés, ainsi que leur caractérisation chimique et photophysique. Il détaille le travail d’optimisation des synthèses mais aussi d’hydrosolubilisation des systèmes et des voies possibles pour les vectoriser. Un chapitre est consacré à l’évaluation biologique des systèmes les plus prometteurs et leur validation in vivo comme sondes bimodales
Nowadays, molecular imaging has become an indispensable ally in medicine, particularly in cancer treatment, supporting diagnosic accuracy, personalized treatment planning, and, more recently, fluorescence-guided surgery (FGS). In recent years, fluorescence optical imaging has gained interest for in vivo pre-clinical and even clinical applications, particularly due to FGS and the use of NIR-I fluorophores (700-900 nm). However, the effectiveness of this technique is limited by its low tissue penetration depth. To adress this limitation, combining fluorescence imaging with radioisotopic imaging (PET or SPECT) enables reliable correlation between preoperative imaging and peroperative tumor visualization. That is why, bimodal probes development is a challenge in terms of design and synthesis. AzaBODIPYs, known for their chemical and photochemical stability, form a core area of expertise in our laboratory. In previous work, our team developped a bioconjugable, water-soluble OI/TEP probe. However, the synthesis of this molecule is complex and time-consuming. Furthemore, the separation of the two modalities in the probe increases the risk of dissociation upon degradation, potentially impacting signal reliability without this being detectable. Therefore, the primary goal of this thesis was to design a new class of more compact and smart bimodal probes, where the radioisotopic element is directly integrated into the fluorophore. This azaBODIPY/coordination chemistry approach aims to create stable, biocompatible systems compatible with radiolabeling requirements. This manuscript describes the synthesis of new ligands and their corresponding complexes as well as their chemical and photophysical characterization. It also covers synthetic optimisation efforts, water-solubilization of the systems, and potential targeting strategies. A dedicated chapter focuses on the biological evaluation of the most promising systems and their in vivo validation as bimodal probes

Les métaux carbonyles, de par leurs propriétés vibrationnelle et de luminescence, sont des candidats idéaux afin de réaliser une imagerie bimodale cellulaire. Le fil conducteur de cette thèse a été la mise au point, l’étude et l’utilisation d’un cœur rhénium tris-carbonyle [LRe(CO)3X] (L = pyridyl-1,2,3-triazole et X = Cl-) dit SCoMPI pour « Single Core Multimodal Probe for Imaging », combinant les modalités IR et de luminescence sur une structure moléculaire unique, stable en milieu biologique. Des cartes IR et de luminescence ont été réalisées sur des cellules incubées avec un dérivé SCoMPI. Leur correspondance a démontré l’intégrité en milieu cellulaire et la pertinence en tant qu’agent bimodal d’une telle unité. Il était alors possible de l’envisager comme une plateforme de spectroscopie corrélative greffable. Une première application à la détection d’un dérivé œstrogénique a mis en évidence tout son potentiel pour le traçage de molécules. L’étude approfondie de l’influence de substituants du ligand L sur la pénétration cellulaire de sondes SCoMPI a permis de mieux comprendre les paramètres influant sur leur internalisation. Le suivi IR/luminescence en temps réel de sa translocation a montré l’intérêt de ces objets pour l’imagerie de cellules vivantes. Parallèlement à ces travaux, nous avons confirmé qu’il est pertinent de considérer des rapports de bandes IR en vue de détecter des organites, sans recours à un marquage exogène. Grâce à ses nombreux atouts (faible énergie mise en jeu, pénétration accrue, signature propre à chaque fonction chimique), la spectroscopie IR est amenée à être davantage utilisée pour la résolution de problématiques biologiques
Metal carbonyls are ideal candidates for bimodal bio-imaging due to their appropriate vibrational and luminescence properties. The main focus of this work has been the development, the study and the use of a rhenium tris-carbonyl unit [LRe(CO)3X] (L = pyridyl-1,2,3-triazole, X = Cl-), named SCoMPI for “Single Core Multimodal Probe for Imaging”, combining IR and luminescent modalities on a unique molecular moiety, robust in biological media. Since IR and luminescent sub-cellular mappings of the first SCoMPI compound were consistent, its integrity and relevance as a bimodal imaging agent were demonstrated. A first bio-application to track an estrogen derivative showed that SCoMPIs have a great potential as luminescent and vibrational tags. The in-depth study of the influence of pendant groups on its cellular uptake allowed for a better understanding of the parameters involved. Successful bimodal live-cell imaging highlighted that SCoMPIs could be used as imaging agents in living cells. In parallel, the analysis of minute changes in intracellular spectra by synchrotron-based IR spectromicroscopy confirmed the relevance of considering specific IR band-ratios to detect organelles, with no need of exogenous staining. Thanks to its multiple assets (low energy involved, deep penetration, specific signature of each chemical function), the IR spectroscopy tends to be more used in the future for biological applications

One interesting class of molecules in the research field of imaging biological processes is luminescent conjugated polythiophenes, LCPs. These fluorescent probes have a flexible backbone consisting of repetitive thiophene units. Due to this backbone, the probes possess unique abilities to give rise to different spectral signatures depending on their target and environment. LCPs are a polydispersed material meaning there is an uneven distribution of lengths of the probe. Recently, monodispersed chemically well-defined material denoted luminescent conjugated oligothiophenes, LCOs, with an exact number of repetitive units and distinct sidechain functionalities along the backbone has been developed. LCOs have the advantages of being smaller which leads to higher ability to cross the blood brain barrier. The synthesis of minor chemical alterations is also more simplified due to the well-defined materials. During my doctoral studies I have used both LCPs and LCOs to study biological processes such as conformational variation of protein aggregates in prion diseases and cellular uptake in normal cells and cancer cells. The research has generally been based on the probes capability to emit light upon irradiation and the interaction with their targets has mainly been assessed through variations in fluorescence intensity, emission-and excitation profiles and fluorescence lifetime decay. These studies verified the utility of LCPs and LCOs for staining and discrimination of both prion strains and cell phenotypes. The results also demonstrated the pronounced influence minor chemical modifications have on the LCO´s staining capacity.

Imaging techniques have become much more in demand in modern medicine, especially in fields of disease prognosis, diagnosis and therapeutics. This is because a better understanding of different diseases, characteristics of each patient and further optimizing treatment planning, are all enhanced by advanced imaging techniques. Since each imaging modality has its own merits and intrinsic limitations, combining two or more complementary imaging modalities has become an interesting research area. In this study, gadolinium (Gd3+) doped CdTe quantum dots (QDs) were synthesized and used as multimodal imaging probes of two highly complementary imaging modalities: optical imaging and magnetic resonance imaging. The new imaging probes were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), UV-vis absorbance spectra, fluorescence spectra (FL) and magnetic resonance imaging (MRI). The optical / MRI imaging probes were further functionalized by conjugating with the axonal tracer dextran amine (10 kDa) for non-invasive axonal tracing observations. Biocompatibility and MRI contrast effect of prepared multimodal imaging probes were investigated by in vitro cell experiments and MRI scanner. Ultimately, it is hoped that this imaging probe will help us better understand the regeneration mechanisms in real time without sacrificing animals at intervening time-points.

Ces travaux de thèse proposent une amélioration du Scanning Microdeformation Microscope (SMM),un microscope à sonde locale, pour la caractérisation mécanique élastique des matériaux à l’échellelocale. Il est montré qu’en utilisant n > 2 modes de résonance du SMM, il est possible de découplerles mesures du module de Young et du coefficient de Poisson d’un matériau isotrope.Une étude des modes du résonateur a permis d’enrichir son modèle afin qu’il puisse modélisern > 2 modes. Des procédures ont été développées pour identifier les paramètres de ce modèle etles constantes élastiques des matériaux à partir de n > 2 fréquences de résonance. Enfin, ces procéduresont été appliquées à des exemples de caractérisation à l’échelle locale afin de valider laméthode et d’en exhiber les possibilités et les limites.Pour gagner en robustesse et se diriger vers la caractérisation des matériaux anisotropes, un systèmed’imagerie interférométrique en lumière polarisée, permettant la mesure du champ de rotationde surfaces réfléchissantes dans une direction particulière, a été développé pour être intégré auSMM. Son prisme biréfringent à gradient uniaxial d’indice lui confère sa sensibilité à la rotation. Cesystème est capable de mesurer un champ de rotation localisé comme c’est le cas au voisinage dela pointe du SMM. Il a aussi montré son intérêt dans les cas où l’effet d’échelle rend particulièrementintéressante la mesure de la rotation
This work proposes an improvement of the Scanning Microdeformation Microscope (SMM), a scanningprobe microscope, for the mechanical elastic characterization of materials at local scale. It demonstratesthat using n > 2 SMM resonance frequencies allows to decouple Young’s modulus andPoisson’s ratio values for an isotropic material.The mechanical description of the resonator has been enriched in order to allow for an accuratemodeling over a wide frequency range. Procedures have been developed to identify the modellingparameters and the elastic constants of the materials from n > 2 resonant frequencies. Finally, theseprocedures have been applied to the characterization of various materials at local scale in order tovalidate the method and to present possibilities and limits.To improve robustness and move towards the characterization of anisotropic materials, a polarizedlightimaging interferometer was developed to measure the rotation field of reflecting surfaces in aparticular direction. The sensitivity to the rotation originates from a homemade birefringent prism withuniaxial gradient of refractive index. This system is able to measure a localized rotation field as it isinduced in the vicinity of the tip of the SMM. Its interest is also demonstrated in cases in which scaleeffects make the rotation measurement preferable to the out-of-plane displacement measurement

Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objectif d'imager des cellules par des techniques d'imagerie complémentaires à la spectroscopie de fluorescence : la micro-spectroscopie Raman et l'imagerie NanoSIMS. Le présent manuscrit se divise en quatre chapitres et présente les différents aspects menant à la mise en place de ce projet. Le premier chapitre du manuscrit a pour but de positionner le projet d'un point de vue biologique. Ce chapitre présente l'organite que nous souhaitions marquer, le nucléole, et la façon dont nous avons procédé à sa localisation par l'intermédiaire de sondes moléculaires. Le marquage que nous avons choisi est un immuno-marquage indirect faisant intervenir deux anticorps : un anticorps primaire spécifique à la nucléophosmine, protéine majoritairement présente dans le nucléole et un anticorps secondaire, reconnaissant l'anticorps primaire, marqué par une sonde moléculaire d'intérêt. Ce chapitre a également permis de montrer par une analyse en immunofluorescence l'absence d'interférence des sondes moléculaires dans le cadre de ce marquage. Le second chapitre se focalise sur la synthèse des sondes moléculaires permettant le marquage des anticorps secondaires. Les sondes envisagées pour ce marquage possèdent un groupement ester de succinimide réactif capable de "s'accrocher" de manière covalente aux fonctions amines de l'anticorps secondaire et un ou plusieurs groupements fonctionnels visible par la technique d'imagerie voulue. Trois catégories de sondes ont été préparées et dépendent de la technique d'imagerie employée. Les sondes Raman comportant une triple liaison carbone-carbone visible par cette technique, les sondes NanoSIMS dont l'acquisition d'image sera possible par les halogènes présents dans la structure et les sondes bimodales comportant les deux éléments dans la même structure. Les sondes bimodales sont obtenues par le couplage pallado-catalysé de Sonogashira. Dans la dernière partie du chapitre, une nouvelle série de sonde a été envisagée dans le cadre d'une application future : le marquage de l'ATP-ϒ-SH grâce à une fonction mésylate. Les deux derniers chapitres ont pour but de mettre en application tout ce qui a été présenté dans les chapitres précédents. Les deux techniques employées permettent d'accéder à des types d'informations différentes : la spectroscopie Raman donne accès aux modes de vibrations d'une molécule tandis que l'imagerie NanoSIMS permet d'obtenir des informations élémentaires et isotopiques. Nous présenterons le cheminement suivi pour imager des cellules via leurs constituants par micro-spectroscopie Raman et imagerie NanoSIMS via les sondes moléculaires introduites
Life sciences imaging are widely used for different applications, they are interested in medical diagnosis as well as basic research. In cells biology, fluorescence microscopy is mainly used for organelles observation at sub-cellular scale. However, techniques based on fluorescence phenomena are limited by some drawbacks like technical resolution, fluorescent dye degradation and the number of channels, which can be visualized. In this context, the exploration and the development of new way for image acquisition are considered as an experimental and technical scientific challenge. Furthermore, it can lead to complementary technique to fluorescence microscopy.This PhD thesis is a life science imaging project development and application allowing image acquisition base on molecular vibrations phenomena and elementary analysis in cells. Two techniques have been chosen in relation to both specificity: micro Raman spectroscopy and NanoSIMS imaging. Micro Raman spectroscopy allows the observation of molecular vibration mode at micron scale and NanoSIMS leads to elementary and isotopic sample information at sub-micronic scale. Combination of both techniques will lead to multi-scale and multi-modal imaging of biological samples. Molecular probes designing and synthesis for both techniques were used to visualize an organelle inside the nucleus: the nucleolus. Nucleolus has a key role in ribosomal RNA transcription and researchers shows some interest in the study of this organelle for his multifunctional role like ribosome biogenesis and nuclear organization. An immuno-labelling method combine with the introduction of molecular probes will allow nucleolus imaging by micro-Raman spectroscopy and NanoSIMS spectrometry. This immuno-labelling is specific to a phosphoprotein mainly localized inside the nucleolus: the nucleophosmin (NPM). In this project, the introduction of molecular probes in an immuno-labelling will act as a Raman Tag or a NanoSIMS tag for NPM's nucleolus observation and studies.This work at the interface between different fields: chemistry, biology and physics shows all the aspect of this project starting from molecular probes synthesis, immuno-labelling methods uses to direct application of both Raman and NanoSIMS techniques

The aim of this thesis is to shed light on the handbook as a multimodal resource from a reader perspective, with the material consisting of 32 Swedish handbooks on gardening from 1643 to 2005. The study draws theoretically on social semiotics and multimodal discourse analysis, as well as dialogism. There is an emphasis on the addressivity of the text, which is taken as a starting point for tracing signs of the intended text use in the design of the texts. The analysis is meaning-based, with the focus placed on functional features in the design of the texts. The first part of the study considers the reading goals afforded by the thematizations conveyed in titles, headings and text type patterns. The core function of these texts turns out to be action orientation, although the more recent books often include sections oriented towards other goals, like shaping individual aesthetic taste. The second part illustrates how the multimodal cohesive patterns in the books afford non-linear reading paths and make the texts searchable, which is enhanced by the presence of devices such as indices and tables of contents. Concentrating on six of the books, the third part of the study maps out the role of the reader that is naturalized by the design of the text, drawing on appraisal theory, and shows the strong, authoritative role taken by the authorial voice. The evaluative patterns naturalize a fact-seeking reading. However, the most recent book, from 1996, emphasizes emotions to a greater extent, naturalizing a parallel reading that invokes sensory experience. The conclusion drawn is that the core characteristics of the handbooks are action orientation, searchability and factuality. As different parallel functions in recent books are discerned, a tendency towards diversity and multifunctionality is described. The range of semiotic resources has also expanded, it is noted, and there is growing support for the view of a tendency towards the visualisation of written texts.

Les possibilités offertes par les applications en médecine des nanoparticules sont l’un des facteurs essentiels des progrès médicaux attendus pour ce XXIème siècle. Ainsi, le domaine de l’imagerie médicale est aussi touché par cette évolution technologique. Ce présent travail a consisté à élaborer des sondes théranostiques à base de nanoparticules d’oxydes de fer (SPIO) et de nanotubes de titanate (TiONts) pour l’imagerie multimodale (magnétique/nucléaire ou magnétique/optique) et possédant aussi un effet thérapeutique (hyperthermie/PDT ou radiosensibilisation/PDT).Les nanotubes de titanate de cette étude, d’une longueur moyenne d’environ 150 nm, ont été obtenus par synthèse hydrothermale selon la méthode de Kasuga. Ces nanotubes présentent un diamètre extérieur de l’ordre de 10 nm et une cavité interne de 4 nm. Les nanoparticules d’oxydes de fer ont quant à elles été synthétisées par méthode de co-précipitation "Massart". Ces nanoparticules d’oxydes de fer de structure spinelle possèdent des cristallites de 9 nm de diamètre et présentent un comportement superparamagnétique mis en évidence par des mesures FC/ZFC. Pour préparer ces nanoparticules à recevoir des molécules d’intérêt biologique, deux ligands possédant des fonctions organiques plus réactives (APTES : NH2 et PHA : COOH) ont été greffés à la surface de ces deux types de nanoparticules. La présence de l'un ou l'autre a été mise en évidence par différentes techniques d’analyses (XPS, IR, zêtamétrie). La quantité de molécules greffées a été déterminé par ATG, elle est dans tous les cas d’environ 5 molécules/nm2. Dans un premier temps, les nanotubes de titanate ont été fonctionnalisés par un agent macrocyclique (0,2 DOTA/nm2). Après radiomarquage à l’indium 111, les TiONts – DOTA[In] ont été injectés dans des souris Swiss mâle nude pour connaître leur biodistribution en imagerie SPECT/CT. Les images obtenues et le comptage de la radioactivité dans chaque organe ont montré qu’au bout d’une heure, les nanotubes se situent dans les poumons et dans l’urine. Ensuite, les nanotubes sont progressivement éliminés pour n’être plus présents que dans les urines à 24 heures. Ces mêmes agents chélatants ont été greffés à la surface des SPIO pour la création de sondes multimodales IRM/SPECT ou IRM/TEP. En parallèle de cette étude, un fluorophore (phtalocyanine de zinc, ZnPc) a été greffé à la surface des nanoparticules. Le nanohybride SPIO – Pc synthétisé possède les propriétés requises pour être une sonde utilisable en imagerie bimodale IRM/IO grâce à sa longueur d’émission vers 670 nm et sa relaxivité de l’ordre de 70 L.mmolFe3O4-1.s-1. De plus, les nanohybrides ont été fonctionnalisés par du PEG pour les rendre furtifs, biocompatibles et stables. La toxicité de certains de ces nanohybrides a été évaluée avec le modèle in vivo zebrafish. Les nanohybrides étudiés n’ont pas présenté de toxicité, n’ont pas perturbé l’éclosion et n’ont pas provoqué de malformations sur les larves des zebrafish
The new implementations of nanoparticles in the medical field are one of the essential factors of the medical progress expected at the beginning of this XXIst century. Thus, the domain of the medical imaging is also affected by this technological evolution. This work consisted in developing theranostic probes with iron oxides nanoparticles (SPIO) and titanate nanotubes (TiONts) for multimodal imaging (magnetic/nuclear or magnetic/optical) and also possessing a therapeutic effect (hyperthermia/PDT or radiosensitization/PDT).The titanate nanotubes of this study have an average length of about 150 nm and were obtained by Kasuga's hydrothermal synthesis. These nanotubes present an outside diameter of about 10 nm and an intern cavity of 4 nm. On the other hand, iron oxides nanoparticles were synthesized by soft chemistry ("Massart" method). These spinel-like iron oxides nanoparticles have a crystallite size of 9 nm in diameter and exhibit a superparamagnetic behavior which was highlighted by FC / ZFC measurements.To get these nanoparticles ready to receive molecules of biological interest, two linkers of more reactive organic functions (APTES: NH2 or PHA: COOH) were grafted to the surface of these two types of nanoparticles. Their presence was shown by different techniques (XPS, IR, UV-vis). The amount of grafted linkers was determined by TGA and in all cases this amount is close to 5 molecules/nm2. First, titanate nanotubes were coated by a macrocyclic chelating agent (0.2 DOTA/nm2). After radiolabelling with indium 111, the TiONts – DOTA[In] nanohybrids were injected in Swiss nude mice and observed by SPECT/CT imaging to characterize their biodistribution. The SPECT/CT images and the radioactivity measured in each organ showed that after one hour, nanotubes are located in lungs and in urine. Then, the nanotubes are gradually eliminated and are only found in urines after 24 hours. The same macrocyclic agent was grafted to the SPIO’s surface for the creation of multimodal probes MRI/SPECT or MRI/PET. Alongside this study, a fluorophore (Zinc phthalocyanine) was also grafted to the surface of nanoparticles. The synthesized SPIO – Pc nanohybrid has the required properties of bimodal imaging MRI/OI probe thanks to his emission wavelength around 670 nm and its relaxivity is about 70 L.mmolFe3O4-1.s-1. Furthermore, nanohybrids were coated by PEG to make them stealth, biocompatible and stable.In this study, the toxicity of most nanohybrids was evaluated by the in vivo zebrafish model. The studied nanohybrids did not present any toxicity, hatching disruption or malformation on zebrafish larvae

Multimodal imaging probes can provide diagnostic information combining different imaging modalities. Nanoparticles (NPs) can contain two or more imaging tracers that allow several diagnostic techniques to be used simultaneously. In this thesis, a complex coacervation process to produce core-shell completely biocompatible polymeric nanoparticles (HyCoS) for multimodal imaging applications is described. Innovations on the traditional coacervation process are found in the control of the reaction temperature, allowing a speeding up of the reaction itself, and the production of a double-crosslinked system to improve the stability of the nanostructures in the presence of a clinical relevant contrast agent for MRI (Gd-DTPA). Through the control of the crosslinking behavior, an increase up to 6 times of the relaxometric properties of the Gd-DTPAis achieved. Furthermore, HyCoS can be loaded with a high amount of dye such as ATTO 633 or conjugated with a model dye such as FITC for in vivo optical imaging. The results show stable core-shell polymeric nanoparticles that can be used both for MRI and for optical applications allowing detection free from harmful radiation. Additionally, preliminary results about the possibility to trigger the release of a drug through a pH effect are reported. Furthermore, NPs combined with peptides, allow an efficient in vivo targeting useful to improve drug delivery and clinical outcome. We report the in vivo targeting of aggressive A20 murine B-cell lymphoma by idiotype-specific peptide pA20-36 using fluorescence molecular tomographic (FMT) imaging in xenograft mouse models of lymphoma A20, through VivoTag probe, an amine-reactive near-infrared fluorochrome. In the end, core-shell polymeric nanovector with improved relaxometric properties for simultaneous PET/MRI acquisitions. and 18F-FDG is used as tracer for PET. A protocol for sorption of 18F-FDG into the nanoparticles is studied and designed to be integrated downstream the production of the tracer.

Tese de doutoramento em Bioquímica, na especialidade de Biofísica Molecular, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
Alzheimer’s disease (AD) is the most frequent form of intellectual deterioration in elderly individuals, characterized by the brain deposition of amyloid plaques and neurofibrillary tangles. Early detection of the β-amyloid (Aβ) deposits in vivo is very difficult. Recently 11C-radiolabeled small-molecules have been developed, capable of entering the brain and specifically targeting amyloid plaques for imaging with PET, such as several Thioflavin T derivatives. In particular, the uncharged analogue 6-OH-BTA-1 (Pittsburgh compound B- PiB) is highly efficient both in crossing the BBB and in selective binding to AD amyloid aggregates. The use of Aβ marker linked to a MRI CA would constitute an attractive noninvasive in vivo imaging approach.
FCT - SFRH/BD/46370/2008 e CNRS - Orléans

碩士
國立臺灣大學
光電工程學研究所
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In the presented thesis, we have successfully demonstrated sub-micron fluorescence imaging using our multimode fiber-based endomicroscope. Multimode fibers have a large number of degrees of freedoms in a small diameter, and have high numerical aperture which provides high resolution to an endoscopic system. However, light gets scrambled while propagating through a multimode fiber due to the intermodal coupling of the propagating modes. By using digital phase conjugation, we compensate for the scrambling problem of light propagating through a multimode fiber and generate a high contrast reconstructed focus spot at the distal end of the fiber. The digital implementation enables the dynamic control of light transmission through the multimode fiber and enables the endomicroscope to perform the scanning without mechanical scanners. In order to acquire images deep inside biological tissues, an ultrathin rigid needle probe is required. We have successfully fabricated the forward-viewing needle probe with the 26 gauge clinical needle of which the outer diameter is 450 μm. The sub-micron resolution has been obtained by distinguishing two adjacent 1 μm fluorescence beads with the needle probe. We also designed a high numerical aperture (NA>0.4) ultrathin (D=250 μm) side-viewing imaging probe by attaching GRIN lenses and a prism mirror at the distal end of the multimode fiber. The simulation results shows that with our side-view imaging probe design, the resolution of 0.8 μm could be obtained at 532 nm. The plots of the numerical aperture versus the off-axis distance and working distance of the probe has been shown, giving us the information on the field of view. In conclusion, a high-resolution scanner-free multimode endomicroscope has been presented. Sub-micron resolution has been achieved by imaging 1 μm fluorescence beads with the forward-view needle probe. An ultrathin, high numerical aperture side-viewing probe is also designed.