Nanoplateformes hybrides multimodales pour l'imagerie médicale

Hybrid multimodal nanoplatforms for medical imaging

• Auteur / Autrice : Sèmiyou Ayélé Osseni
• Direction : Marc Verelst, Robert Mauricot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Luminescence

Nanoparticules

Imagerie médicale

Mots clés libres

Nanoparticules d'oxyde et d'oxysulfure de terres rares

Luminescence

Up-conversion

Bio-marquage

Imagerie multimodale

Imagerie par résonance magnétique

Tomographie par rayons X

Résumé

La problématique de ce projet de thèse était de concevoir des nanoplateformes multimodales pour l'imagerie médicale. Pour y répondre, nous avons dans un premier temps, optimisé un procédé de synthèse de différentes NPs luminescentes de Ln2O3 et Ln2O2S (Ln = Gd, Dy et Ho), sphériques et monodisperses en taille. Le contrôle des paramètres expérimentaux a permis de contrôler le diamètre moyen des NPs (50 nm - 170 nm). Si les NPs de Gd2O2S :Eu3+ et Gd2O3 :Eu3+ sont fortement luminescentes sous excitation UV, les NPs de Ln2O3:Eu3+ et Ln2O2S:Eu3+ (Ln = Dy et Ho) quant à elles ; ont révélé une faible luminescence sous excitation UV. Les NPs de Gd2O3: Er ; Yb et Gd2O2S : Er ; Yb sont aussi bien excitables en UV (400 et 380 nm) que dans le NIR (980 nm). Ce qui fait d'elles des NPs très versatiles utilisables aussi bien pour l'imagerie in vivo qu'in vitro. L'émission visible en " upconversion " se fait selon un processus à 2 photons. Nos NPs de Gd2O3: Er ; Yb et Gd2O2S : Er ; Yb sont donc de bonnes candidates pour le marquage biologique. Dans une 2ème partie, nous avons enrobé des NPs de Gd2O2S :Eu3+ d'une couche de silice aminée ou mésoporeuse d'épaisseur et de composition contrôlables. Des tests de cytotoxicité et d'imagerie cellulaire in vitro ont montré que les NPs de Gd2O2S :Eu3+ sont, facilement internalisables par les cellules NIH3T3 ; non cytotoxiques jusqu'à une concentration de 1 mg/mL et sont fortement luminescentes en microscopie à fluorescence sous excitation à 365 nm. Ces NPs peuvent être considérées comme des marqueurs luminescents très efficaces après internalisation par endocytose. Le greffage de l'anticorps IgG1 effectué sur les NPs Gd2O2S:Eu3+ a permis la détection des bactéries E. Coli. Enfin, dans une 3ème partie, l'étude des propriétés relaxométriques a montré que la relaxivité obtenue pour des NPs de Dy2O2S de 85 nm de rayon, est meilleure que celle mesurée pour les agents de contraste négatif commercialisés tels que le Ferumoxide (AMI-125) et le Ferumoxtran-10 (AMI-22). Cette relaxivite�� transversale augmente linéairement avec le champ magnétique appliqué. Les images obtenues par résonance magnétique confirment la possibilité d'utilisation des NPs de Gd2O2S: Eu3+ et Dy2O2S: Eu3+ comme agents de contraste négatif pour l'imagerie par résonance magnétique. Les NPs de Gd2O2S:Eu3+ sont détectables en tomographie par rayons X et donc potentiellement utilisables comme agent de contraste. Ce travail de thèse constitue une preuve du concept de nanoplateformes multimodales pour le diagnostic.

This thesis aims to present the concept of multimodal nanoplatforms designed for medical imaging. Initially, a method of synthesis on different luminescent Ln2O2S (Ln = Gd, Dy and Ho) NPs, spherical and monodisperse in size was optimized. An experimental control of the synthesis parameters allows obtaining NPs with average diameter between 50 nm - 170 nm. If Gd2O2S: Eu3+ and Gd2O3: Eu3+ NPs are strongly luminescent under UV excitation, Ln2O3: Eu3+ and Ln2O2S: Eu3+ (Ln = Dy and Ho) NPs showed low luminescence. Gd2O3: Er;Yb and Gd2O2S: Er, Yb NPs are both excitable by UV (400 and 380 nm) as well as by NIR (980nm), which makes them very versatile NPs, enabling their use in vivo and in vitro imaging. Then, Gd2O2S: Eu3+ NPs surface has been modified by an amino-silica or by a mesoporous silica shell (thickness 10-15 nm). Gd2O2S: Eu3+ NPs can be easily internalized in living NIH3T3 mouse cells. It is not cytotoxic up to 1 mg/mL and can be easily imaged by epifluorescence microscopy with excitation in the NUV. When the IgG1 antibody is grafted onto Gd2O2S: Eu3+ NPs, a good bonding of IgG1-NPs to the E. Coli bacterium surface was obtained. These observations indicated that the NPs recognized targets on the bacterium membrane through a combination with the IgG1 antibody. Finally, relaxometric properties showed that the relaxivity gotten by NPs Dy2O2S (85 nm in radius) is bigger than the one measured from the commercial negative contrast agents, such as Ferumoxide (AMI-125 ) and ferumoxtran-10 (AMI-22). This transverse relaxivity increases linearly with the applied magnetic field. The magnetic resonance images confirm the possibility of using Gd2O2S: Eu3+ and Dy2O2S: Eu3+ NPs as negative contrast agents for magnetic resonance imaging. The Gd2O2S: Eu3+ NPs are detectable in X-ray tomography, therefore it is potentially useful as a contrast agent. This thesis is a proof of multimodal nanoplatforms concept for diagnosis.