Synthèse et caractérisation de sondes bimodales pour l'IRM et l'imagerie optique

Synthesis and characterization of bimodal probes for MRI and optical imaging

• Auteur / Autrice : Fabien Caillé
• Direction : Franck Suzenet, Eva Jakab-Toth
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 01/12/2011
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie organique et analytique (Orléans ; 1995-2011)
• Jury : Président / Présidente : Lothar Helm
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Suzenet, Eva Jakab-Toth, Lothar Helm, Loïc Charbonnière, Marinella Mazzanti, Hervé Bazin, Stéphane Petoud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loïc Charbonnière, Marinella Mazzanti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anthraquinones

Isoquinoléine

Métaux des terres rares

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Sondes bimodales

Sondes d'imagerie

2-azaanthraquinone

Bimodal probes

Imaging probes

2-azaanthraquinone

Résumé

L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) offre une excellente résolution à l’échelle macroscopique alors que l’imagerie optique lui est parfaitement complémentaire car elle dispose d’une haute résolution à l’échelle microscopique ainsi que d’une forte sensibilité. Les complexes de gadolinium(III) ont déjà prouvé leur efficacité en tant qu’agents de contraste IRM et d’autres lanthanides luminescents émettant dans le proche infrarouge conviennent pour l’imagerie optique. Des complexes de lanthanides bishydratés à motif pyridine montrant des résultats très prometteurs pour les deux types d’imagerie ont été développés précédemment au laboratoire. Afin d’améliorer leurs propriétés optiques, des ligands à motifs isoquinoléines ont été synthétisés. Leurs complexes de lanthanides montrent des propriétés magnétiques prometteuses et des constantes thermodynamiques qui démontrent leur faible toxicité in vitro. La longueur d’onde d’excitation et les rendements quantiques des complexes d’Yb3+ et de Nd3+ ont été augmentés pour permettre d’obtenir des images de luminescence et d’envisager des applications in vivo.Afin d’améliorer davantage ces propriétés optiques, la synthèse de ligands à motif 2-azaanthraquinone a été entreprise mais l’instabilité chimique de ces molécules n’a pas permis d’isoler les ligands désirés.Cette approche bimodale a été appliquée à la conception de sondes sensibles au zinc. La synthèse de complexes de Gd3+ à motifs pyridines adaptés permet une detection relaxométrique qualitative et sélective de ce cation. Cependant, l’absence de variation du nombre d’hydratation ne permet pas la détection par luminescence. De légères modifications chimiques sur les ligands devraient permettre d’atteindre cet objectif.

Among the state-of-the-art imaging techniques, Magnetic Resonance Imaging (MRI) offers an excellent macroscopic scale resolution whereas optical imaging shows high microscopic scale resolution and great sensitivity. Gadolinium complexes have already proved their efficiency as MRI contrast agents whereas other lanthanide cations emitting in the near infrared may suit for optical imaging purposes. Pyridine-based lanthanide complexes which showed promising results as bimodal probes have previously been developed. In the objective of improving their optical properties, isoquinoline-based ligands have been synthesized. The lanthanide complexes show promising magnetic properties and their thermodynamic stability presumes in vitro low toxicity. Excitation wavelengths and quantum yields of both Nd3+ and Yb3+ complexes have been improved to obtain luminescence images and to foresee in vivo applications. In order to further improve the optical properties, attempts to synthesize 2-azaanthraquinone-based ligands have been made.The desired ligands could not have been isolated due to their chemical instability. This bimodal approach has been applied to the design of smart probes sensitive to zinc. The qualitative and selective detection of the latter has been realized thanks to Gd3+ complexes with adapted pyridine-based ligands. However, the detection by luminescence could not be achieved. Slight chemical modifications on the ligands should allow reaching this goal.