Synthèse et caractérisation de sondes bimodales à base de nanocristaux I-III-VI pour l'imagerie de fluorescence et l'IRM in vivo

Synthesis and characterization of bimodal probes based on I-III-VI quantum dots for mri and nir fluorescence imaging

• Auteur / Autrice : Gary Sitbon
• Direction : Nicolas Lequeux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Motte, Fabien Delpech, Souad Ammar, Corinne Chaneac, Peter Reiss, Thomas Pons

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie infrarouge

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Imagerie de fluorescence proche infrarouge

Imagerie par résonance magnétique

Quantum dots I-III-VI

Dopage au manganèse

Agent de contraste

Fluorescence imaging near infrared

Magnetic resonance imaging

Résumé

La chirurgie guidée par l’imagerie de fluorescence est une technique prometteuse mais limitée par la faible profondeur de pénétration (inférieure au millimètre dans le visible) à cause de l’absorption et de la diffusion par les tissus. Elle est plus élevée dans la gamme du proche infrarouge (700-1000 nm) mais reste limitée à quelques centimètres. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) permet d’obtenir des images sur corps entier mais ne peut être utilisée pour le suivi peropératoire. Le développement de sondes bimodales, fluorescentes et magnétiques, permet de coupler les avantages des deux techniques.Nous avons choisi de développer des sondes basées sur des nanocristaux fluorescents de CuIn(S,Se)2 car ils présentent une longueur d’onde d’émission modulable sur toute la gamme du proche infrarouge ainsi que des rendements quantiques, sections efficace d’absorption et photostabilités élevés. La croissance d’une coque épaisse de ZnS permet d’augmenter le rendement quantique qui peut atteindre 60 % dans les solvants organiques. L’incorporation d'ions Mn2+ dans la coque de nos objets permet de leur conférer un caractère paramagnétique. Les propriétés optiques et structurales ont été étudiées par spectroscopie (fluorescence et absorbance), RPE, DRX, MET/METHR et analyse élémentaire. Nos sondes sont transférées en milieu aqueux par un échange de ligands qui ne modifie pas leurs propriétés. Des mesures de relaxivités longitudinales ont permis de confirmer leur potentiel comme agent de contraste pour l’IRM pondérée en T1 et nous avons apporté une preuve de principe de l’utilisation de nos sondes in vivo en marquant des ganglions lymphatiques chez la souris.

Fluorescence imaging is a promising technique for image-guided surgery. Because of diffusion and absorption of light by tissues, the low penetration depth (less than a millimeter) in the visible spectral range, which can reach a few centimeters in the near infrared (NIR) spectral range (700-1000 nm), limits its use. To overcome this limitation, fluorescence imgaging can be coupled with magnetic resonance imaging (MRI) which provides whole body images but cannot be used for intraoperative monitoring. Thus, the development of bimodal fluorescent and magnetic (for MRI) probes offers the opportunity to combine advantages from both imaging modalities.In this regard, we chose to use CuIn(S,Se)2 fluorescent semiconductor nanocrystals(or quantum dots) as a platform for the development of our probes. They display a size-tunable emission wavelength over the NIR spectral range and high quantum yield, absorption cross section and photostability. The growth of a thick shell of ZnS on these nanoparticles can increase the quantum yield up to 60 % in organic media.The incorporation of Mn2+ ions in the shell gives our probes a paramagnetic behavior. The influence of doping level on structural and optical properties is investigated using fluorescence and absorbance spectroscopy, EPR, XRD, TEM/HRTEM and elemental analysis. Our probes are solubilized in water through a ligand exchange and their properties remain stable in water. Longitudinal relaxivity measurements show that these probes can be used as MRI T1 contrast agents. As a proof-of-principle, we demonstrate that these probes can be used for the detection of lymph nodes in vivo.