Développement de dispositifs moléculaires fonctionnalisés par un sidérophore pour la reconnaissance moléculaire spécifique en diagnostic clinique

Developmentof molecular devices functionalized by a siderophore for the specific molecular recognition in clinical diagnosis

• Auteur / Autrice : Kamal Elouarzaki
• Direction : Eric Levillain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des biomolécules
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Angers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconnaissance moléculaire

Complexation

Électrochimie

Chimie organique

Sulfures de fer

Thiols

Mots clés libres

Sidérophore

Monocouches auto-assemblées

Résumé

Les sidérophores sont des complexants naturels du fer(III), synthétisés et sécrétés par les microorganismes pour s'approvisionner en fer. Chez les bactéries et certaines levures, les sidérophores peuvent être activement transportés à travers la membrane cellulaire via des récepteurs et des protéines de transport à haute activité et spécificité. La synthèse d'un analogue du ferrichrome (sidérophore trihydroxamate) a été récemment été décrite au laboratoire1 et permis de mettre en évidence le transport actif de ce type de sidérophore chez C. Albicans. Dans ce contexte, nous avons entrepris d'élaborer des électrodes ou surfaces d'or fonctionnalisées par un sidérophore, et mettant en jeu des monocouches auto-assemblées, dans le but de développer des dispositifs moléculaires pour des applications potentielles en milieu biologique. Un de ces objectifs est d'élaborer un capteur du fer (III) muni d'une détection simple et en temps réel de type électrochimique. D'un point de vue médical, la demande de la part des industries du diagnostic pour commercialiser des capteurs jetables du fer (III) est importante : la finalité étant de doter d'un dispositif mobile pour diagnostiquer un excès ou une carence en fer chez un patient. Actuellement, ce dosage se fait en laboratoire par des techniques colorimétriques non transportables et peu fiables. Par rapport aux méthodes optiques, les systèmes électrochimiques faisant appel aux monocouches auto-assemblées sur surface d'or2 présentent un certain nombre d'avantages tel que la facilité de mise en oeuvre, la rapidité, le faible coût des systèmes finis. Dans ce contexte, ce travail s'articule autour deux axes : la synthèse et l'étude physicochimique des complexes de fer(III)-sidérophore. Dans cette étude, les ligands sont associés à différentes unités électroactives afin de les fixés à la surface de transducteurs physiques. Notre travail de recherche s'est donc développé selon trois étapes :  Le développement d'une ingénierie moléculaire pour synthétiser de nouveaux sidérophores immobilisables ayant des exigences stériques particulières  L'analyse du comportement et/ou de la structure de ces complexes en solution, à partir des mesures de l'UV-Visible et la voltampérométrie cyclique  L'élaboration et caractérisation les matériaux d'électrode par des techniques électrochimiques et piézoélectriques. Au cours de ce travail, nous avons tout d'abord synthétisé deux séries de sidérophores sur lesquels plusieurs substituant ont été greffés. Dans un premier temps, les premières synthèses ont été réalisées par couplage peptidique de la desferrioxamine B à différents esters activés pour obtenir des analogues de la desferrioxamine B dont les propriétés optiques et électrochimiques sont différentes. Dans un deuxième temps, nous avons mis au point une méthode de synthèse qui a permis d'accéder à deux analogues du ferrichrome immobilisables fonctionnalisés par une sonde bithiophènique et une chaine alcanethiol. Ensuite, les propriétés optiques et électrochimiques des ligands obtenus ont été caractérisées et comparées en présence du Fe(III). Enfin, nous avons réalisé une étude préliminaire d'élaboration de monocouche auto-assemblée pour mettre au point les conditions de la post-fonctionnalisation.

Siderophores wich are naturally complexin iron ( III ) are synthesized and secreted by microorganisms against iron. In bacteria and some yeast, siderophores can be actively transported across the cell membrane through receptors and transport proteins with high activity and specificity. The synthesis of an analogue of ferrichrome ( trihydroxamate siderophore ) was recently reported by Ouchetto et al. Which highlighted the active transport of this type of siderophores in C. Albicans. In this context, we initiated the development of electrode with surfaces of gold functionalized by a siderophore, and involving self-assembled monolayers, in order to develop molecular devices for potential applications in biological media. One of these goals is to develop a sensor of iron ( III ) with a simple detection and real-time electrochemical type. From a medical point of view, the demand from industries to commerziale diagnostic disposable sensors of iron ( III ) is important : the aim is to develop a mobile device to diagnose excess of iron deficiency in patient. Currently, this essays is done in the laboratory by colorimetric method which is non-transportable and unreliable. Compared to optical methods, electrochemical systems using the self-assembled monolayers on gold surface have a number of advantages such as ease of implementation, speed, low cost of finite systems. In this context, this work revolves around two axes : the synthesis and physicochemical study of complexes of iron ( III )-siderophore. In this study, the ligands are associated with different electroactive units in order to set the surface of sensing applications. Our research has therefore developed in three step : * Development of a molecular engineering to synthesize new siderophores immobilsable with specific steric requirements; * Behavioral analysis and/or structure of these complexes in solution, from measurements of UV-Visible and cyclic voltammetry; * The develompent and characterization of electrode materials for electrochemical and piezoelectric technologies. In this work, we first synthesized two series of siderophores with several substituents. Initially, the first synthesis was performed by peptidic coupling of desferrioxamine B with various activated esters to afford various desferrioxamine B analogues for which optical and electrochemical properties are expected to be different. In the second step, we developed synthesis pathways which give access to two immobilisable ferrichrome analogues functionalized by bithiophene probe and a alkanethiol chain. Then the optical and the electrochemical properties of the obtained ligands were characterized and compared in the presence of Fe ( III ). Finally, we conducted a preliminary study of development of self-assembled monolayer to develop the right conditions of post- functionalization.