Synthèse de nanoparticules fluorescentes ultra-brillantes à base de polymères et leur application pour la bio-imagerie

Synthesis of ultra-bright fluorescent nanoparticles based on polymers and their application for bio-imaging

• Auteur / Autrice : Doriane Heimburger
• Direction : Andrey Klymchenko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de bioimagerie et pathologies (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Thierry F. Vandamme
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eléna Ishow, Suzanne Fery-Forgues

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie en biologie

Encapsulation (chimie)

Adsorption

Nanoparticules organiques fluorescentes

Mots clés libres

Nanoparticules polymériques fluorescentes

Encapsulation de fluorophore

Transfert d’énergie d’excitation

Bio-imagerie

Fluorescent polymeric nanoparticles

Fluorophore encapsulation

Excitation energy transfer

Bio-imaging

Résumé

Les nanoparticules polymériques fluorescentes apparaissent comme des outils importants pour l'imagerie en temps réel des processus biologiques au niveau moléculaire et cellulaire. L’objectif de mon projet de doctorat a été d’optimiser les nanoparticules polymériques fluorescentes pour l’imagerie biologique. Premièrement, nous avons pu, en faisant varier la chimie des polymères, obtenir un très bon contrôle de leur taille. Ceci a permis de mettre en évidence l’importance de la taille des NPs pour des applications intracellulaires avec une taille maximale de 23 nm pour une distribution dans tout le cytosol. Deuxièmement, nous avons pu montrer que la simple adsorption d’un amphiphile PEGylé de type Pluronic permet la stabilisation des nanoparticules dans des milieux biologiques. Le nombre de molécules incorporées et leur stabilité ont été étudiés en combinant des techniques de FRET et de FCS. Les meilleures formulations résultent en une stabilité des nanoparticules in vivo, ce qui a permis leur imagerie en tant que particules individuelles dans les vaisseaux sanguins du cerveau de souris. Troisièmement, le transfert d’énergie entre différents fluorophores encapsulés dans les NPs a été étudié et optimisé.

Fluorescent polymeric nanoparticles appear as important tools for real-time imaging of biological processes at the molecular and cellular level. The objective of my PhD project was to optimize fluorescent polymeric nanoparticles for biological imaging. First, by varying the chemistry of the polymers, we have been able to obtain a very good control of their size. This made it possible to highlight the importance of NPs size for intracellular applications with a maximum size of 23 nm for optimal distribution throughout the cytosol. Secondly, we have shown that simple adsorption of a PEGylated amphiphiles pluronic family allows the stabilization of nanoparticles in biological media. The number of incorporated molecules and their stability has been studied by combining FRET and FCS techniques. The best formulations result in nanoparticle stability in vivo, which allowed their imaging as individual particles in the blood vessels of the mouse brain. Third, energy transfer among different fluorophores encapsulated in NPs has been studied and optimized.