Letteratura scientifica selezionata sul tema "Nanosondes fluorescentes"

L’objectif de ce travail est d’utiliser les nanoparticules (NPs) de nanosondes fluorescentes de température en particulier dans les films lubrifiants. Le développement de ces nanosondes nécessite la détermination de leurs sensibilités thermiques afin de pouvoir sélectionner les NPs les plus prometteuses. Pour atteindre cet objectif, nous avons présenté deux méthodes d’élaboration utilisées pour la synthèse des nanostructures à base de SiC-3C, la méthode d’anodisation électrochimique et la méthode d’attaque chimique. Dans le premier cas, les analyses FTIR,RAMAN et MET des NPs finales ont montré que la nature chimique de ces NPs est majoritairement formée de carbone graphitique. L’étude détaillée de la photoluminescence de ces NPs a montré que le processus d’émission dépend de la chimie de surface des NPs, du milieu de dispersion et de sa viscosité, de la concentration des suspensions et de la température du milieu. Pour la deuxième famille de NP de SiC, les analyses cohérentes MET, DLS et PL ont montrées une taille moyenne de 1.8 nm de diamètre avec une dispersion de ±0.5nm. Le rendement quantique externe de ces NPs est de l’ordre de 4%. Les NPs dispersées dans l’éthanol, n’ont pas montré une dépendance à la température exploitable pour notre application. Par contre, les NPs de SiC produites par cette voie, étant donné la distribution en taille resserrée et le rendement quantique « honorable » pour un matériau à gap indirect, sont prometteuses pour des applications comme luminophores en particulier pour la biologie grâce à la non toxicité du SiC. Dans le cas des NPs de Si, nous avons également étudié deux types différents de NPs. Il s’agit de : (i) NPs obtenues par anodisation électrochimique et fonctionnalisées par des groupements alkyls (décène, 1-octadécène). Nous avons mis en évidence pour la première fois une très importante variation de l’énergie d’émission dEg/dT avec la température de type red-shift entre 300 et 400K. Les mesures de(T) conduisent à une sensibilité thermique de 0.75%/°C tout à fait intéressante par rapport aux NPs II-VI. De plus il a été montré que la durée de vie mesurée n’est pas fonction de la concentration. (ii) NPs obtenue par voie humide et fonctionnalisées par le n-butyl. Pour ce type de NPs nous avons mis pour la première fois en évidence un comportement de type blue-shift pour dEg/dT de l’ordre de -0.75 meV/K dans le squalane. Pour ces NPs, la sensibilité thermique pour la durée de vie de 0.2%°C est inférieure à celle des NPs de type (i) mais largement supérieure à celle des NPs de CdSe de 4 nm (0.08%/°C). La quantification de cette la sensibilité à la température par la position du pic d’émission dEg/dT et de la durée de vie nous permet d’envisager la conception de nanosondes de température basée sur les NPs de Si avec comme recommandations l’utilisation de NPs obtenues par anodisation électrochimique et de la durée de vie comme indicateur des variations en température
The goal of this study is the use of Si and SiC nanoparticles (NPs) as fluorescent temperature nanoprobes particularly in lubricating films. The development of these nanoprobes requires the determination of their thermal sensitivity in order to select the best prospects NPs. To achieve this goal, we presented two preparation methods used for the synthesis of 3C-SiC based nanostructures : (i) anodic etching method and (ii) chemical etching method. In the first case, the FTIR, Raman and TEM analysis of final NPs showed that the chemical nature of these NPs is formed predominantly of graphitic carbon. The detailed photoluminescence study of these NPs showed that the emission process depends on the surface chemistry of the NPs, the dispersion medium and its viscosity, the suspension concentration and temperature of the environment.. In the second case, coherent TEM, DLS and PL analyzes showed an average size of 1.8 nm in diameter with a dispersion of ±0.5 nm. The external quantum efficiency of these NPs is 4%. NPs dispersed in ethanol, did not show an exploitable fluorescence dependence on temperature for our application. On the other hand, 3C-SiC NPs produced by this way, given the narrow size distribution and the reasonably high quantum yield for an indirect bandgap material, are promising for applications such as luminophores in particular in the biology field thanks to nontoxicity of SiC. In the case of Si we studied also two different types of NPs. (i) NPs obtained by anodic etching and functionalized by alkyl groups (decene, octadecene). We have demonstrated for the first time an important red-shift in the emission energy dEg/dT with temperature from 300 to 400K. The PL lifetime measurement(T) lead to a thermal sensitivity of 0.75% /°C very interesting compared to II-VI NPs. Furthermore it has been shown that t is not depending on the concentration. (ii) NPs obtained by wet-chemical process and functionalized with n-butyl. For this type of NPs we have identified for the first time a blue-shift behavior of dEg dT in the order of -0.75 meV/K in squalane. The thermal sensitivity for the PL lifetime of these NPs is 0.2%/°C, which is lower than that of NPs obtained by anodic etching method, but much greater than that of CdSe NPs with 4 nm of diameter (0.08%/°C). Quantification of the temperature sensitivity by the position of emission peak dEg/dT and the PL lifetime dτ/dT allows us to consider the realization of temperature nanoprobes based on Si NPs with recommendations to use Si NPs obtained by anodic etching method and PL lifetime as an indicator of temperature changes

Les techniques d’excitation multiphotonique connaissent aujourd’hui un engouement accru dû aux nombreux avantages qu’elles offrent pour de nombreuses applications, notamment en termes de sélectivité, de localisation et de profondeur de pénétration. C’est le cas des techniques de microscopie non-linéaires qui ouvrent la voie à une imagerie du vivant plus "douce" et plus performante, à condition toutefois que soient développés les marqueurs et les sondes adaptés. Après une première partie consacrée aux différents types de sondes déjà existantes et aux généralités concernant la fluorescence induite par absorption à deux photons et la génération de seconde harmonique, ce travail décrit la stratégie mise en place pour accéder à de nouveaux outils moléculaires permettant de sonder, en temps réel, trois paramètres locaux d’importance biologique : le pH, le potentiel de membrane et le microenvironnement. L’ingénierie développée a permis la synthèse et l’étude de plusieurs familles de sondes présentant, en plus d'une réponse non-linéaire élevée, une dépendance marquée de leurs caractéristiques photophysiques vis-à-vis du paramètre à sonder
Multiphotonic excitation methods have attracted increased attention in relation to their convenient advantages regarding selectivity, 3‑D localisation and penetration depth. Non‑linear microscopies are one of the most promising techniques which allow a softer and higher‑performance biological imaging, only if high-performance adequate markers and probes are developed. In the first part of this work we present different existing probes and general concepts about two‑photon absorption induced fluorescence and second harmonic generation. Secondly, we present our work about the strategy used to create new molecular tools in order to probe, in real time, three important biological local parameters: pH, membrane potential, and microenvironment. The molecular engineering which has been developed allowed synthesis and study of several families of probes that show, besides a large non linear response, a great dependence of their photophysical characteristics to the probed parameter

Les techniques d'excitation multiphotonique connaissent aujourd'hui un développement important lié aux nombreux avantages qu'elles offrent pour de nombreuses applications, en termes de sélectivité, de localisation et de profondeur de pénétration notamment. C'est le cas des techniques de microscopie multiphotonique qui ouvrent la voie à une imagerie biologique plus "douce" et plus performante, mais nécessitent des marqueurs fluorescents efficaces et bio-compatibles. Certains quantum dots inorganiques possèdent des brillances à deux photons élevées, mais sont constitués de métaux lourds toxiques. L'approche tout-organique développée dans ce travail, qui repose sur le confinement d'un grand nombre de fluorophores sur des plates-formes dendrimériques phosphorées non toxiques, a permis d'obtenir une large variété de nano‑objets extrêmement brillants. Il est possible de moduler leur couleur de fluorescence en changeant la nature du fluorophore greffé, mais nous montrons également que le transfert d'énergie de type FRET peut constituer une alternative intéressante pour décaler vers le rouge l'émission de ces nano-objets. Enfin, dans une dernière partie, nous avons développé des nanosondes hydrosolubles de complexité croissante (monochromophiques, multichromophoriques, hétérochromophoriques à transfert d'énergie). L'enfouissement des fluorophores au sein de l'enveloppe dendrimérique permet de limiter les effets négatifs de l'eau sur leur brillance, et ces nanodots hydrosolubles ont pu être utilisés avec succès en imagerie multiphotonique in vivo. Enfin, des tests préliminaires montrent l'absence de toxicité de ce type de sondes et confirment leur biocompatibilité
Quantums dots are very popular luminescent nanoparticles, made from semi-conductors (such as CdSe), which can be used both in classical fluorescence imaging and in multiphotonics, but which contain toxic heavy metals such as cadmium. Our approach, which aims at substituting these toxic components with organic biocompatible elements, relies on the confinement of a large number of organic fluorophores within spherical nano-objects of controlled size and structure, by grafting them on the surface of a non-toxic dendrimeric architecture. This strategy is highly modular and a large variety of organic nanodots of various sizes, colors and kinds (neutral, charged…) can be prepared for specific applications. As compared to “hard” nanoparticles such as quantum dots, nanodots are “soft” objects with discrete, fully controlled and reproducible structures. Their emission color does not depend on their size, but only on the nature of their constituting chromophores. Several series of nanodots have been synthesized, and exceptionally bright “soft” nanoparticles of few nanometers in diameter have been obtained, with quantum yields larger than 50%, molar extinction coefficients up to 7 106 M-1 cm-1 and two-photon absorption cross-sections up to 6 104 GM, often outperforming the best quantum dots. The modularity of the concept was exemplified by tuning the fluorescence color, by varying the core geometry, and by synthesizing water-soluble nanodots, the efficiency of which was demonstrated in multiphoton imaging on living animal

Les cancers ovariens se distinguent par leur faible incidence, associée à une mortalité élevée, et représente la cinquième cause de mortalité par cancer pour la population féminine. Cette mortalité est due principalement à l’absence de symptômes aux stades précoces des cancers ovariens, retardant leur diagnostic, majoritairement posé lorsqu’une carcinomatose péritonéale est installée. La cavité abdominale est alors envahie par de nombreuses métastases. Le traitement de référence est la chirurgie de cytoréduction complète et la chimiothérapie par voie intraveineuse. Lors de la chirurgie, le chirurgien doit inspecter la totalité de la surface de la cavité péritonéale, et éliminer des tumeurs de toutes tailles, mêmes submillimétriques. Faute de pouvoir détecter toutes les métastases, la cytoréduction est souvent partielle, avec pour conséquence une diminution des chances de guérison. Afin de guider le chirurgien et améliorer le pourcentage de cytoréduction complète, des sondes fluorescentes, conçues pour marquer spécifiquement les tumeurs, ont été développées. Malgré des résultats encourageants, ces sondes souffrent de nombreuses limitations en termes de brillance, de stabilité, et de modularité. Dans ce contexte, de nombreuses nanoparticules, capables de passer outre ces limitations, suscitent un grand intérêt. Parmi celles-ci, des nanocristaux semi-conducteurs, appelés quantum dots, se distinguent par une brillance exceptionnelle. Notre étude s’est basée sur ces quantum dots, associés à un agent de ciblage de référence pour les cancers ovariens, le folate. D’abord testées sur modèles cellulaires et tumoraux in vitro, ces nanoparticules ont démontré de bonnes capacités d’imagerie. Ces propriétés ont ensuite été expérimentées sur modèle murin de carcinomatose péritonéale. Enfin, la bioaccumulation des quantum dots restant un obstacle à leur application clinique, différentes alternatives ont été appliquées pour tenter d’obtenir leur excrétion
Ovarian cancers have a low incidence but a high mortality rate, making them the fifth cause of death by cancer for female population. This high mortality rate is associated with the absence of symptom at the early stage of ovarian cancer, often delaying the diagnosis to advanced stages, mainly peritoneal carcinomatosis. At this stage, metastases have already invaded the abdominal cavity. The reference treatment combines a complete cytoreduction surgery and intravenous chemotherapy. During the cytoreduction, the surgeon must inspect the whole peritoneal surface, and remove all of all sizes, even sub-millimetric. Because of the difficulty to detect and to remove every cancerous tissue, cytoreduction is frequently incomplete, thus reducing the recovery rate. To guide the surgeon and to increase the percentage of complete cytoreduction, fluorescent probes have been developed to target tumors specifically. Despite encouraging results, these probes suffer from many limitations such as low brightness, weak stability and cumbersome modularity. In this context, nanoparticles, that are able to outpass these limitations, have generated a growing interest. Among these nanoparticles, semiconductor nanocristals, called quantum dots, display an exceptional brightness. We investigated these quantum dots, associated with folate, a reference targeting agent for ovarian cancers. Firstly investigated on in vitro cellular and tumor model, folate targeted nanoparticles show encouraging imaging capabilities. These capabilites were also experimented on peritoneal carcinomatosis murine model. Finally, the main obstacle to quantum dot clinical application remains their bioaccumulation, therefore, different alternatives were explored to achieve excretion

Les nanotechnologies ont considérablement amélioré les méthodes de diagnostic biologiques en fournissant de nouveaux outils pour développer des techniques de biodétection et de bioimagerie. L'une des techniques clés est le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET), où un transfert d'énergie non radiative peut se produire entre un donneur et un accepteur si ils se trouvent dans un rayon de 1 à 10 nm. Le FRET représente une approche importante dans la détection et la quantification des processus biologiques en raison de sa grande sensibilité aux interactions moléculaires à l'échelle nanométrique. L'objectif de cette thèse est le développement de nanosondes fluorescentes basées sur le FRET et conçues pour la détection et la quantification de différents processus biologiques. Ces travaux comprennent la conception d'un nanocapteur basé sur le FRET pour la détection intracellulaire du glucose, la découverte d’un nouveau matériau avec de nouvelles propriétés obtenu en encapsulant des complexes métalliques luminescents dans des nanoparticules polymériques, et de nouvelles stratégies pour la biodétection multiplexée en utilisant des points quantiques (QDs) pour la détection simultanée de cibles d'ADN simple brin (ssDNA). Ces études illustrent le potentiel des nanosondes fluorescentes basées sur le FRET pour faire progresser la recherche en matière de biodétection et les applications diagnostiques
Nanotechnology has enhanced biological diagnostics by providing a new tool to develop biosensing and bioimaging techniques. One of the key techniques involves Förster Resonance Energy Transfer (FRET), where a transfer of non-radiative energy can occur between a donor and an acceptor molecule, if they are within 1-10nm range. FRET represents an important approach in the detection and quantification of biological processes due to its high sensitivity to molecular interactions at a nanoscale level. The aim of this thesis is the development of FRET based fluorescent nanoprobes designed for the detection and quantification of different biological processes. This work includes the design of FRET-based nanosensor for intracellular detection of glucose, the discovery of new materials with new properties obtained by encapsulating luminescent metal complexes within polymer nanoparticles and achieving FRET with co encapsulation of near-infrared region (NIR) dye for bioimaging applications and new strategies for multiplexed biosensing using quantum dots (QDs) for simultaneous detection of single-stranded DNA (ssDNA) targets. These studies mentioned highlight the potential of FRET-based fluorescent nanoprobes in advancing biosensing research and diagnostic applications

Les nanoparticules d'or possèdent des propriétés optiques remarquables dues à leur résonance plasmonique. A la résonance, les sections efficaces d'absorption et de diffusion peuvent devenir grandes devant la section géométrique de la nanoparticule. Ceci ouvre la voie à de nombreuses applications en particulier dans le domaine biomédical. Il est par exemple possible de suivre de façon individuelle une nanoparticule unique par sa diffusion de lumière ou de les utiliser comme source photothermique locale efficace. Dans une première partie, nous avons élaboré des nanoparticules d’or en formes de demi-sphères ou nanocroissants, par la technique dite de lithographie par masque de nanosphères. Cette technique reproductible permet l'obtention de nanocroissants monodisperses intégrant éventuellement d'autres fonctionnalités. En particulier, nous avons réalisé des nanosondes hybrides alliant des propriétés magnétiques ou de fluorescence aux propriétés plasmoniques. L'anisotropie de forme des nanocroissants leur confère des propriétés optiques anisotropes qui permettent de sont la signature de leur orientation. Ainsi, dans une seconde partie, nous avons développé une technique de mesure locale de la température à partir des corrélations du signal lumineux diffusé par un nanocroissant individuel sous microscopie à champ sombre. Le mouvement brownien rotationnel des nanoparticules permet d'accéder à la température de l'environnement immédiat. Enfin, dans une troisième partie, nous avons développé un montage expérimental de photothermie à l'aide d'un laser coïncidant avec une des résonances plasmons des nanocroissants. Les nanocroissants se comportent alors comme des sources de chaleur nanométriques. L'élévation locale a pu être mesurée à distance, avec une précision de l'ordre du degré, en utilisant la spectroscopie de corrélation de la diffusion
Gold nanoparticles have remarkable optical properties due to their plasmon resonance. At resonance, their absorption and scattering cross-sections can be larger than their geometric section. This opens the way to many applications especially in the biomedical field. For example it is possible to track a single nanoparticle by its scattered signal, or use it as a source efficient photothermal transducer. In the first part, we have developed gold nanoparticles with half-sphere shaped, called nanocrescents, by nanosphere lithography. This reproducible technique allows the production of monodisperse nanocrescents, possibly incorporating other additional properties. In particular, we designed hybrid nanoprobes combining magnetic properties or fluorescence plasmonic properties. The anisotropic shape of nanocrescents gives them anisotropic optical properties that have the signature of their orientation. In a second part, we have developed a technique to measure local temperature from corrélations of the scattered light from an individual nanocrescent under dark field microscopy. The rotational Brownian motion of the nanoparticle gives access to the temperature of the immediate environment. Finally, in the third part, we have developed a photothermic setup using a laser that coincides with one of the plasmon resonances of the nanocroissants. These latter behave as nano-heater. The local increase of temperature was measured remotely, with an accuracy of approximately one degree, using the scattering correlation spectroscopy

Jusqu’à tout récemment, la plupart des travaux effectués pour l’exaltation de la fluorescence moléculaire avaient comme substrat l’argent ou l’or sous forme de nanoparticules. Toutefois, ces deux métaux ne sont pas tout à fait adaptés pour l’exaltation de la fluorescence dans l’UV avec leur maximum plasmonique situé aux environs de 400 nm pour l’argent et aux environs de 530 nm pour l’or. L’intérêt de l’UV vient principalement de visées biomédicales considérant qu’une majorité de biomolécules absorbent et émettent dans cette région. Dans le cadre de ce projet, les biomolécules d’intérêt sont l’ADN qui fluorescence grâce aux bases azotées et les trois acides aminés aromatiques, le tryptophane, la tyrosine et la phénylalanine, qui sont quant à eux responsables de la fluorescence des protéines. Le but de ce projet est de développer un système nanoparticulaire permettant l’exaltation de la fluorescence dans l’UV. Le métal choisi est l’indium puisque ce dernier fait partie du groupe du bore (Al, Ga, In, Tl) et que ceux-ci sont caractérisés par de faibles pertes par absorption, mais également pour leur forte bande plasmonique vers 300 nm. L’indium possède donc toutes les qualités requises pour permettre l’exaltation de la fluorescence dans l’UV. Dans ce projet, des nanoparticules sphériques d’indium ont été développées avec une taille modulable entre 60 et 80 nm. Le plasmon de ces nanoparticules se situe vers 310 nm. Par la suite, ces mêmes cœurs d’indium ont été recouverts d’une couche diélectrique protectrice de silice. L’avantage d’une coquille de silice est la facilité avec laquelle l’épaisseur peut en être modifiée. La taille des coquilles synthétisées varie entre 5 et 50 nm. Une fois cette couche synthétisée, différentes avenues ont été envisagées pour le greffage des fluorophores en surface. Le choix final s’est arrêté sur l’incorporation des fluorophores à l’intérieur même d’une couche de silice. Les fluorophores sont préalablement modifiés pour faire en sorte qu’ils se lient de manière covalente à la silice. Le choix des fluorophores principaux s’est arrêté sur le Carbostyril 124, en tant que fluorophore modèle, et sur le tryptophane puisqu’il s’agit de l’acide aminé le plus fluorescent. Des facteurs d’exaltation de fluorescence de l’ordre de 3 et 7 ont respectivement été obtenus pour le Carbostyril 124 et le tryptophane. D’autres tests préliminaires ont également été menés sur les autres acides aminés, la tyrosine et la phénylalanine, ainsi que sur l’ADN.
Until recently, most of the work done on metal-enhanced fluorescence of molecular fluorophores employed silver and gold nanoparticles as the substrate. However, these metals are not perfectly suit for fluorescence enhancement in the UV region of the spectrum as their maximum plasmonic bands are centered at approximately 400 nm and 530 nm for silver and gold, respectively. The interest in the UV region is mostly due to biomedical studies as most of the biomolecules absorb and emit in this region. In this project, the focus is on DNA, which is fluorescent via the nucleobases, en even more so on proteins which owe their intrinsic fluorescence to the three aromatic amino acids, tryptophan, tyrosine and phenylalanine. The main goal of this project is to develop a nanostructure able to support metal-enhanced fluorescence in the UV. Indium seems to be the perfect metal to work with as it is part of the boron group (Al, Ga, In, Tl) which is characterized by low absorption losses, but also by its strong plasmonic band centered at approximately 300 nm making it suitable for metal-enhanced fluorescence studies in the UV. In this project, indium nanoparticles with a size ranging from 60 to 80 nm were developed with a plasmon approximately centered at 310 nm. Then, a protective dielectric layer of silica was synthesized on the indium core. The thickness of the silica layer is easily tunable; it is used to find the optimal distance to observe a maximal fluorescence enhancement. Silica shells between 5 and 50 nm were used. Different strategies were considered for the grafting of the fluorophores on the surface of indium-silica nanoparticles. Incorporation of the fluorophore into a silica layer was chosen as it allows for covalent bonding between the fluorophore and the silica layer. Two different fluorophores were used. The first one is Carbostyril 124, acting as a model fluorophore, and the second one is tryptophan as it is the most fluorescent amino acid. Enhancement factors of up to 3 and 7 were obtained for Carbostyril 124 and tryptophan, respectively. Others preliminary tests have been made on tyrosine and phenylalanine, the two other fluorescent amino acids, and on DNA.

La spectroscopie de corrélation de fluctuation a été utilisée pour étudier la réponse optique, en solution, de molécules et de billes d'or nanométriques individuelles, fonctionnalisées ou non, en vue du développement de nouvelles sondes biochimiques. Les expériences réalisées s'appuient sur un système de microscopie confocale et/ou biphotonique optimisé pour la détection de faibles signaux. Plusieurs procédés de filtrage du signal de fluorescence et d'algorithmes de calcul de la corrélation ont permis une analyse détaillée des signaux acquis. A travers un modèle original, je montre qu'il faut tenir compte de la réponse impulsionnelle tensorielle du microscope lors de l'ajustement des courbes de corrélation de particules ayant un diagramme d'émission anisotrope. Je me suis intéressé à trois types de nanosondes différentes. J'ai montré que l'on peut caractériser efficacement des sondes calciques comme l'Oregon Green Bapta 5N par spectroscopie de corrélation de fluctuations tout en pointant les limites de la méthode. J'ai ensuite mis en évidence et caractérisé une anisotropie inattendue de l'absorption à deux photons et de l'émission de photoluminescence de nanosphères d'or. Son interprétation montre l'importance du rôle des états de surface et de celui des ligands et de leur dynamique. J'ai aussi caractérisé des nanosondes formées de particule d'or fonctionnalisées avec des chromophores. Une technique originale s'appuyant sur la nature hybride de la sonde, m'a permis de démontrer l'hétérogénéité de ces systèmes, la formation d'agrégats de fluorophores et la très forte annihilation de la fluorescence des chromophores liés aux particules d'or.

L'utilisation de matériaux semi-conducteurs est aujourd'hui en plein essor dans le domaine des nanobio technologies, notamment pour l'imagerie médicale. En particulier, les particules luminescentes magnétiquement diluées semblent être très prometteuses en tant que nanosondes bimodales en imagerie par résonance magnétique (IRM) et l'imagerie par fluorescence optique (EFO). Ce travail de thèse présente, dans un premier temps, l'optimisation du protocole de synthèse en milieu polyol de nanoparticules de type Zn₁₋MxS (x < 0,4) paramagnétiques et luminescentes. Puis, nous nous sommes intéressés à la préparation d'une solution aqueuse colloïdale de ces nanoparticules après leur fonctionnalisation par l'acide mercaptoacétique. Par ailleurs, en plus des caractérisations magnétiques effectuées sur les poudres, les résultats IRM effectués sur les colloïdes ainsi préparés confirment le comportement paramagnétique des particules de Zn₁₋xJMxS avec des valeurs de relaxivité longitudinale ri, mesurées à l'ambiante et à 3. 0 T, de 20 et 74 mM⁻¹. S⁻¹ pour une teneur respective en Mn²⁺ de 10 et 30 %. De plus, ces colloïdes émettent dans le visible (bleu) après une excitation à 405 nm. Pour permettre une éventuelle application de ces systèmes comme sondes, l'évaluation des risques de cyto- et génotoxicité des particules est indispensable. Elle a été réalisée sur des cellules ovariennes de hamster chinois (CHO) et a montré l'absence d'effets cyto- et génotoxiques avérés dans la gamme de concentrations étudiées (1 - 100 ug/mL) sur ces cellules. Ces résultats forts prometteurs, nous encouragent à considérer sérieusement les nano-objets préparés comme nanosondes bimodales pour l'imagerie duale par IRM et IFO
Semi-conductive nanomaterials have become of great interest lately in biotechnology area especially in medical imaging. Typically, magnetically diluted luminescent nanoparticles offer a real profit as potentially being bimodal probes in magnetic resonance imaging (RMI) and optical fluorescence imaging (OFI). The present work, firstly deals with the optimization through a polyol process of the synthesis of paramagnetic and fluorescent Zn!. XMnxS (x < 0,4) nanoparticles, secondly their functionalization with mercapto-acetic acid and eventually the preparation of their aqueous based colloids. The magnetic characterization and MRI measurements performed on post functionalized nanoparticles respectively before and after their dispersion as stable colloids both confirm the paramagnetic behavior of Zni_xMnxS (x < 0,4) nanomaterials. Indeed, regarding MRI, longitudinal relaxivity r₁ at room temperature and at 3. 0 T is of 20 and 74 mM⁻¹. S⁻¹ for a Mn²+ amount of respectively 10 and 30 %. Moreover, these colloids emit in the visible light range (blue) when excited at 405 nm. The use of these probes in any possible medical application is not conceivable unless their cyto- and genotoxicities are evaluated. Therefore, a serious study was carried out on chinese hamster ovarian cells (CHO) and evidenced the absence of any cyto- or genotoxic effects on these latter in the range of the nanoparticle studied concentrations (1-100 Hg/mL). These results make us seriously consider the ZnMnS hybrids as potential bimodal probes for dual MRI and OFI imaging

Le développement de thérapies ciblées et des techniques d’imagerie est un défi majeur en santé, particulièrement dans les pathologies cancéreuses. Les carcinoses péritonéales sont habituellement causées par une dissémination de cellules tumorales au sein de la cavité abdominale, ce qui est le cas de 85% des patientes atteintes d'un cancer ovarien et plus de 10% des patients atteints d’un cancer colorectal. Dans les deux cas, les traitements consistent en une chirurgie (cytoréduction), aussi complète que possible, accompagnée de chimiothérapies. L'amélioration de la survie globale des patients passe par le développement de technologies parallèles comme de nouveaux outils diagnostiques pour détecter des implantations précoces dans le péritoine, le blocage de la dissémination de cellules cancéreuses pendant et après la chirurgie, ou encore la combinaison de chimiothérapies et de traitements ciblés intrapéritonéaux.Ce projet de thèse consiste à aborder ces différents aspects par l'utilisation d'un nanocontainer protéique multifonctionnel. L’objectif est d’optimiser cette protéine, appartenant à la famille des lectines, pour envisager son développement en tant qu'outil théranostique dans le cadre du diagnostic et des traitements de cancers épithéliaux. La lectine de Xerocomellus chrysenteron, à l’origine extraite d’un champignon supérieur comestible, présente une forte affinité pour un biomarqueur glycosidique des carcinomes, l’antigène de Thomsen-Friedenreich (antigène TF ou CD176). De plus, la présence d’une large cavité hydratée au centre de cet assemblage protéique (homotétramère) permet d’envisager le confinement et l’adressage spécifique de molécules thérapeutiques à des cellules épithéliales cancéreuses.Nous avons commencé par établir la preuve de concept de la délivrance ciblée de molécules thérapeutiques dans plusieurs lignées d’adénocarcinomes ovariens humains (OVCAR-3, SKOV-3, IGROV-1). Le marquage de la lectine dans le proche infrarouge a permis de confirmer le mécanisme de délivrance et prouver que la molécule thérapeutique avait bien été endocytée grâce à son confinement dans le nanocontainer. La protéine marquée a également été utilisée pour valider son utilisation comme nanosonde pour la détection de nodules tumoraux submillimétriques dans le péritoine. Cette détection est faite par imagerie de fluorescence in vivo dans des modèles précliniques de carcinose péritonéale ovarienne préalablement développés à partir de lignées cellulaires. La combinaison des deux propriétés de la protéine (sonde et container) permet d’envisager son utilisation en nanothéranostique intrapéritonéale. Afin de confirmer ce développement prometteur, il sera nécessaire d’établir la preuve de concept sur des modèles murins plus pertinents de la situation clinique développés à partir de tumeurs issues de patientes (Patient Derived Xenografts, PDX)
The development of targeted therapy and imaging tools is a major challenge in human health, particularly in cancer pathologies. Peritoneal carcinomatosis is usually caused by scattering of cancer cells within the abdominal cavity, which is the case for 85% of ovarian cancer patients and more than 10% of colorectal cancer patients. In both cases treatments include a cytoreductive surgery, as complete as possible, and chemotherapies. Patients overall survival improvement can be reach with the development of parallel technologies such as new diagnostic tools to detect early implantations in the peritoneal cavity, agents to block the spreading of cancer cells detached during the surgical procedure, or combining chemotherapies and intraperitoneal targeted drug delivery.This project involves reaching all those aspects by using a unique multifunctional nanocontainer protein. The aim is to maximize this protein, which belongs to the lectin family, to consider its development as a theranostic tool as part of epithelial cancers diagnostic and treatment. Xerocomellus chrysenteron lectin, originally extracted from an edible higher mushroom, has a strong affinity for a carcinoma glycan biomarker, the Thomsen-Friedenreich antigen (TF antigen). Furthermore, a large hydrated inner cavity located in the middle of the tetrameric assembly of the protein led us to consider the containment and specific addressing of therapeutic molecules to epithelial cancerous cells expressing TF antigen. We first established the proof of concept for the targeted drug delivery of therapeutic molecules in several human ovarian adenocarcinoma cell lines (OVCAR-3, SKOV-3, IGROV-1). The labelling of the lectin in near infrared allowed us to confirm the mechanism implicated in the delivery and prove that the uptake of the molecule within the cells was due to its containment in the nanocontainer. The labelled protein was also used also to validate it as a nanoprobe for the detection of submillimeter nodules in the peritoneal cavity. This detection was made by in vivo fluorescence imaging in preclinical models of ovarian peritoneal carcinomatosis developed beforehand using established cell lines. The combination of these two properties of the protein (probe and container) permits to consider its use in intraperitoneal nanotheranostic. To confirm this promising development, it will be necessary to establish the proof of concept for theranostic aspects in mice models closer to clinic situations developed from patients’ tumors (patient derived xenografts, PDX)