Utilisation de nanoparticules magnétiques dans les traitements anti-tumoraux : Au-delà de l'hyperthermie magnétique

Magnetic nanoparticles for cancer therapy : Magnetic hyperthermia and beyond

• Auteur / Autrice : Nicolas Hallali
• Direction : Julian Carrey, François Berger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 09/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et Chimie de Nano-Objets - Laboratoire de physique et chimie des nano-objets / LPCNO
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Raquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julian Carrey, François Berger, Florence Gazeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Morel, Laurence Motte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes kilométriques

Thermothérapie

Cancer -- Thérapeutique

Nanoparticules magnétiques

Mots clés libres

Nanoparticules magnétiques

Traitement anti-tumoral

Champ magnétique

Basse Fréquence

Hyperthermie magnétique

Magnetic nanoparticles

Cancer treatment

Magnetic field

Low frequency

Magnetic hyperthermia

Résumé

Deux approches potentiellement anti-tumorales, employant des nanoparticules magnétiques (NPMs) et des champs magnétiques oscillants, furent étudiées. La première, l’hyperthermie magnétique, utilise l’échauffement de NPMs au contact des cellules tumorales provoqué par un champ magnétique alternatif haute-fréquence. Durant cette thèse, il fut démontré que les forces magnéto-mécaniques induites par les inhomogénéités de champ magnétique pendant un essai d’hyperthermie magnétique n’avaient aucune influence sur la viabilité cellulaire. Egalement, des mesures magnétiques, d’XPS, et de puissance de chauffe de NPMs de fer enrobées d’une coquille de silice amorphe furent effectuées et analysées. Il fut observé que cette coquille permettait de préserver les propriétés magnétiques des NPMs suite à l’exposition à un environnement aqueux. La deuxième approche anti-tumorale utilise des NPMs soumises à un champ magnétique basse-fréquence, induisant une stimulation mécanique des cellules tumorales. Une étude théorique complète de l’influence du champ magnétique, de l’agitation thermique et des interactions magnétiques sur la force magnéto-mécanique exercée par des NPMs, fut effectuée. Elle démontra notamment que cette force augmente de manière drastique pour une assemblée de NPMs lorsque la rotation du champ magnétique induit une rupture de symétrie dans l’évolution temporelle du couple magnéto-mécanique. Expérimentalement, il fut développé différents prototypes de génération de champ magnétique tournant à basse fréquence. Des tests in vitro furent réalisés en utilisant des NPMs enrobées par une matrice de phosphatidylcholine, leur permettant d’être solidaires des membranes cellulaires. Suite à la rotation d’un champ magnétique de 40 ou 380 mT, à 10 Hz, il fut observé une réduction de la survie cellulaire.

Two anti-tumor treatments based on magnetic nanoparticles (MNPs) and oscillating magnetic field were studied. The first one, magnetic hyperthermia, uses the heat released by MNPs in contact with tumor cells under a high frequency alternating magnetic field. We have shown that the forces induced by magnetic field inhomogeneity during magnetic hyperthermia essay no influence on cellular viability. Moreover, magnetic measurements, XPS characterization and heating power evaluation of iron MNPs coated by amorphous silica shell were carried out. It was observed that this shell is able to preserve the MNP magnetic properties submitted to an aqueous environment. The second anti-tumor treatment combines MNPs and low-frequency magnetic field, inducing mechanical stress to tumor cells. A complete theoretical study on the influence of magnetic field, thermal agitation and magnetic interaction on the magneto-mechanical forces generated by the MNPs was carried out. It was demonstrated that for a MNP assembly this force increases dramatically when the rotation of the magnetic field induces a break of time reversal symmetry on the magneto-mechanical torque. Experimentally, several devices generating low frequency rotating magnetic fields were developed. Using these devices, in-vitro essays were also achieved using phosphatidylcholine coated MNPs, which bind to cellular membranes. An application of a 40 or 380 mT magnetic field rotating at 10 Hz reduced cell survival rate.