Développement de nano-systèmes hybrides à base d'apatites biomimétiques en vue d'applications biomédicales en cancérologie

Development of hybrid nano-systems based on biomimetic apatites dedicated to biomedical applications in cancerology

• Auteur / Autrice : Ahmed Al-Kattan
• Direction : Christophe Drouet, Pascal Dufour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 05/11/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (Toulouse ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés libres

Phosphate de calcium

Apatite

Nanoparticule

Colloïde

Luminescence

Nanosonde

Imagerie

Cancer

Calcium phosphate

Apatite

Nanoparticle

Colloid

Luminescence

Nanoprobe

Imaging

Cancer

Résumé

Ce travail porte sur l’élaboration et la caractérisation physico-chimique de nanoparticules hybrides à base d’apatites phosphocalciques biomimétiques proches du minéral osseux, en vue d’applications dans le domaine du diagnostic de cancers voire de thérapeutique. Dans cette étude, une formulation colloïdale a été développée en milieu aqueux à partir de sels aisément manipulables et en présence d’un dérivé phospholipidique (2-aminoéthylphosphate, AEP) jouant le rôle d’agent dispersant et permettant de contrôler la taille moyenne des nanoparticules (dans la gamme 30-100 nm). L’effet de paramètres expérimentaux majeurs (pH, concentrations, température) a été déterminé. La complémentarité des données analytiques (analyses chimiques, spectroscopie FTIR, diffraction des rayons X, diffusion de la lumière, MET, mesures de potentiel zêta) nous a permis de proposer un modèle descriptif des nanoparticules colloïdales mettant en jeu la présence de complexes entre Ca2+ et AEP- en surface de nanocristaux d’apatite. La possibilité de conférer des propriétés de luminescence a été démontrée, par substitution d’ions Ca2+ par des ions europium Eu3+, et une durée de vie de luminescence de l’ordre de la milliseconde permet d’envisager l’étude de matériel biologique. Plus ponctuellement, l’adsorption additionnelle d’acide folique a été étudiée, avec pour objectif final le ciblage de cellules cancéreuses. Divers aspects liés à une potentielle utilisation dans le domaine biomédical ont également été abordés, tels que la purification de telles suspensions par dialyse, la possibilité d’une remise en suspension après lyophilisation, l’évaluation de leur cytotoxicité, l’étude de leur potentiel proinflammatoire par interaction avec des macrophages humains, et une étude préliminaire de l’internalisation de ces nanoparticules par des cellules cancéreuses. Ce travail a permis de développer une « preuve de concept » permettant d’envisager l’utilisation future de tels nano-systèmes colloïdaux dans le domaine biomédical, et en particulier en oncologie.

This work deals with the synthesis and physico-chemical characterization of hybrid nanoparticles based on biomimetic calcium phosphate apatites close to bone mineral, in view of applications in the field of cancer diagnosis, or therapeutics. In this study, a colloidal formulation has been developed in aqueous medium, from easily-handled salts and in the presence of a phospholipid moiety (2-aminoethylphosphate, AEP) acting as dispersing agent and allowing the control of the mean nanoparticle size (in the range 30-100 nm). The effect of major experimental parameters (pH, concentrations, temperature) has been determined. Complementary analytical data (chemical analyses, FTIR spectroscopy, XRD, dynamic light scattering, TEM, zeta potential measurements) enabled us to propose a descriptive model for the colloidal nanoparticles, involving the presence of complexes between Ca2+ and AEP- on the surface of apatite nanocrystals. The possibility to confer luminescence properties was demonstrated by way of ionic substitutions of some Ca2+ ions by europium Eu3+ ions, allowed us to envision the study of biological material. The additional adsorption of folic acid was also addressed, with the final aim to target cancer cell. Other aspects linked to a potential future use of these nano-systems in the biomedical field were also examined, such as the purification of these suspensions by dialysis, the possibility to resuspend the nanoparticles after freeze-drying, the evaluation of their cytotoxicity, the study of the pro-inflammatory potential by following interactions with human macrophages, and a preliminary study of their internalization by cancer cells. This work enabled us to develop a « proof of concept » allowing one to envision the future use of such colloidal nano-systems in the biomedical field, and in particular in oncology.