Modification chimique de surface de nanoparticules de silice pour le marquage d'ADN dans des lipoplexes

Chemical surface modification of silica nanoparticles for the labeling of DNA in lipoplexes

• Auteur / Autrice : Nora Maria Elisabeth Reinhardt
• Direction : Stéphane Mornet, Serge Ravaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 24/07/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux / ICMCB
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Mornet, Serge Ravaine, Jean-Olivier Durand, Christine Ménager, Stéphane Roux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Olivier Durand, Christine Ménager

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN

Chimie des surfaces

Gènes

Ammonium

Nanoparticules

Silice

Mots clés libres

Silice

Nanoparticule

Ammonium quaternaire

Fonctionnalisation de surface

Silanisation

Marquage d’ADN

Transfert de gènes

Lipoplexe

Microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation ´ ´

Silica

Nanoparticle

Quaternary ammonium group

Surface functionalization

Silanization

DNA-labeling

Gene transfer

Lipoplex

Quartz crystal microbalance with dissipation monitoring

Résumé

Les nanoparticules de silice sont des plateformes idéales pour la conception d’outils de bioimagerie afin d’étudier les mécanismes de transfert de gènes par des lipoplexes. L’objectif de notre étude est le développement d’une modification chimique de surface permettant d’obtenir des colloïdes de silice chargés positivement susceptible de lier de l’ADN par des interactions électrostatiques. Deux stratégies pour la génération de groupements ammonium quaternaires sur des nanoparticules de silice sont présentées a) une silanisation directe par l’utilisation d’un agent de couplage silanique contenant un groupement ammonium quaternaire et b) un procédé en deux étapes mettant en jeu une modification de surface chimique par des aminosilanes primaires et secondaires suivie d’une alkylation des amines par l’iodomethane. Différentes méthodes physico-chimiques (essais de cosédimentation, des expériences de microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation et d’imagerie MET et Cryo-MET) ont été utilisées pour mettre en évidence et caractériser les interactions entre les biomolécules et les surfaces quaternisées. Des études préliminaires ont montrées les capacités de marquage de lipoplexes par de telles nanoparticules.

Silica nanoparticles are ideal platforms for the conception of bioimaging tools serving for the elucidation of the mechanisms of gene transfection via lipoplex structures. The purpose of the present study is the development of a chemical surface modification for the generation of quaternary ammonium groups on silica nanoparticles permitting the obtainment of highly positively charged silica colloids which strongly attract DNA by electrostatic interactions. Two modification strategies to generate quaternary ammonium groups on silica are presented a) a direct silanization using quaternary ammonium groups containing silane derivatives and b) a modification of silica nanoparticles via a first modification with an amine group containing silane derivative and a subsequent quaternization of the amine groups via an alkylation with iodomethane. Different physicochemical methods were employed (cosedimentation assays, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring measurements, TEM and Cryo-TEM imaging) to analyze interactions between quaternized surfaces, DNA and lipids. A preliminary study was carried out which shows the capacity of the synthesized nanoparticles to label DNA in lipoplexes.