Synthèse et caractérisation de nanoparticules d'or multifonctionnelles pour la radiothérapie guidée par imagerie

• Auteur / Autrice : Christophe Alric
• Direction : Olivier Tillement, Stéphane Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/09/2012
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie des matériaux luminescents
• Jury : Président / Présidente : Franck Denat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Tillement, Stéphane Roux, Géraldine Le Duc, Mona Tréguer-Delapierre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Franck Denat, Sandrine Lacombe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules d'or

Radiosensibilisants

Radiothérapie

Mots clés libres

Radiothérapie

Radiotherapy

Résumé

La radiothérapie est aujourd'hui l'un des principaux traitements mis en œuvre dans le domaine de la lutte contre le cancer, malgré son manque de sélectivité dans la destruction des tissus. Afin d'augmenter la spécificité de la réponse tumorale à l'irradiation, l'accumulation au sein des tumeurs de nanoparticules radiosensibilisantes, capables d'augmenter les effets d'un traitement par irradiation, a été proposée. Le présent travail de thèse visait à synthétiser et à caractériser des nanoparticules d'or multifonctionnelles (Au@DTDTPA) pouvant être suivies in vivo par imagerie X, IRM et scintigraphie y et à évaluer leur capacité à être utilisées comme agents radiosensibilisants dans le cadre de la radiothérapie guidée par imagerie. L'étude de la biodistribution chez le rat sain des nanoparticules Au@DTDTPA réalisée par imagerie X, IRM et scintigraphie y a montré qu'elles circulent librement dans le flux sanguin sans être détectées par le système immunitaire et qu'elles sont excrétées par l'urine via la filtration rénale. Chez le rat porteur d'une tumeur cérébrale, les nanoparticules s'accumulent de façon transitoire dans la zone tumorale avant d'être éliminées par la voie urinaire. Le caractère radiosensibilisant des nanoparticules Au@DTDTPA a été démontré in vitro, en quantifiant l'augmentation du nombre de dommages infligés à l'ADN après irradiation de cellules de glioblastome humain U87 marquées par les nanoparticules par rapport aux cellules non marquées, à l'aide du test des comètes. La capacité de ces nanoparticules à augmenter les effets d'une irradiation a ensuite été démontrée in vivo chez des rats porteurs d'une tumeur osseuse agressive (ostéosarcome). L'injection intratumorale de nanoparticules Au@DTDTPA réalisée avant l'irradiation de la tumeur a permis de prolonger la survie de rats et de différer la réapparition de la tumeur par rapport aux groupes contrôles. Le suivi par IRM de l'accumulation des nanoparticules Au@DTDTPA au sein du site tumoral après leur injection intraveineuse chez des rats porteurs d'une tumeur cérébrale (gliosarcome 9L) a permis de mettre en œuvre l'irradiation par microfaisceaux X lorsque la répartition en nanoparticules était favorable. La survie des rats traités par cette méthode a été prolongée de façon importante par rapport aux groupes contrôles. Ce travail a révélé le potentiel des nanoparticules Au@DTDTPA pour la radiothérapie guidée par imagerie, qui repose à la fois sur la possibilité de les suivre par différentes techniques d'imagerie médicale (imagerie X, IRM, scintigraphie y) et sur la capacité d'exercer un effet radiosensibilisant après absorption de photons X

Radiation therapy is nowadays one of the most common treatments in the fight against cancer, in spite of its lack of selectivity in tissue destruction. A better selectivity is expected to be achieved when radiosensitizing nanoparticles are used for enhancing the dose effects of the ionizing radiations. The aim of this PhD work is to synthesize and to characterize multifunctional gold nanoparticles (Au@DTDTPA), detectable in vivo through various techniques such as by X-ray imaging, MRI and y-ray scintigraphy, as well as evaluating their capability to be used as image-guided radiosensitizing agents to treat tumors. The biodistribution of the Au@DTDTPA nanoparticles in healthy rats is monitored by X-ray imaging, MRI and y-imaging and shows that they freely circulate in the blood flow without being detected by the immune system and that they are excreted by the urine through renal filtration. In the case of cerebral tumor bearing rats, the gold nanoparticles accumulate temporarily in the tumoral zone before being eliminated by urine. The radiosensitizing behavior of the Au@DTDTPA nanoparticles was demonstrated in vitro using the comet assay, by quantifying the increase of DNA strand breaks caused to nanoparticle-labeled U87 human glioblastoma cells, compared to the unlabeled cells. The capability of these nanoparticles to increase the effects of ionizing radiations was then shown in vivo with rats bearing aggressive bone tumors (osteosarcoma). When an intratumoral injection of Au@DTDTPA nanoparticles was performed before the tumor irradiation, the rats' median survival time was prolonged and the tumor reappearance was differed, compared to the control groups. The MRI monitoring of the accumulation of the Au@DTDTPA nanoparticles on the tumoral site of gliosarcome 9L bearing rats after intravenous injection permitted the irradiation by X-ray microbeams when the nanoparticles distribution was favorable. The median survival time of nanoparticle treated rats was indeed extended compared to the control groups. This work therefore showed the possibility to use Au@DTDTPA nanoparticles combining imagery and therapy features as image-guided radiosensitizing agents to treat tumors. The increase of the retention time of Au@DTDTPA nanoparticles within the tumor site could prolong threated rats’ lifespan