Stimuli-responsive breakable hybrid organic/inorganic silica nanoparticles for biomedical applications

par Ricardo Totovao

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Luisa De Cola.

Le président du jury était Sylvie Bégin-Colin.

Les rapporteurs étaient Roberto Corradini, Nora Ventosa.

  • Titre traduit

    Nanoparticules de silice hybrides cassables et sensibles vis-à-vis de stimulus pour des applications biomédicales


  • Résumé

    Pour pallier le problème d’efficacité de la plupart des médicaments disponibles sur le marché aujourd’hui, lié à des manques de spécificité et de solubilité, notamment dans le cadre du traitement du cancer, la nanomédecine, via les nanoparticules présente une alternative de grande importance. Dans ce domaine, les nanoparticules de silice ont récemment attiré une énorme attention de la part des scientifiques. Cependant, des problèmes d’élimination liés à la solidité du matériau entravent aujourd’hui sa traduction clinique. Afin d’élucider cette problématique, nous présentons, dans cette thèse, l’utilisation de nanoparticules de silice hybrides dont l’une est mésoporeuse et l’autre sous forme de nanocapsule dépourvue de porosité. Les particules qui sont sphériques ont été préparées en incorporant un groupement imine dans leur charpente afin de les rendre sensibles au pH bas, sachant que les tissus cancéreux présentent une certaine acidité par comparaison aux tissus sains. Les matériaux préparés se montrent particulièrement sensibles aux milieux acides similaires aux conditions dans les milieux cancéreux. Dans le même temps, ces particules exposent une bonne stabilité en milieu à pH neutre similaire aux conditions physiologiques. Des études in vitro réalisées avec la particule mésoporeuse sur une lignée de cellule cancéreuse issue du sein humain démontrent une bonne et rapide internalisation. De plus, lorsque le matériau est chargé avec un médicament hydrophobe très puissant utilisé dans le traitement du cancer du sein, le système en résultant indique une efficacité de grande ampleur en tuant une forte majorité des cellules cancéreuses, contrairement au système basé sur la particule non cassable et au médicament isolé. Parallèlement, les nanocapsules chargées avec un autre agent anticancéreux se montrent particulièrement cytotoxiques vis-à-vis de cellules cancéreuses très communes et qui l’internalisent de manière très rapide.


  • Résumé

    To overcome the limitations of most of the drugs avaible nowadays on the market due to their lack of solubility and specifity in cancer treatment for instance, nanomedicine plays an emerging role as an alternative. In that field, nanoparticles are endowed with several advantages, leading them to be highly considered for drug delivery systems preparation. In this respect, silica nanoparticles have recently a great deal of attention from the scientists. Nevertheless, some issues related to the in vivo elimination of silica materials represent the main obstacle impeding their clinical translation. To elucidate this problematic, we report, in this thesis, the use of breakable hybrid organosilica nanoparticles where one is mesoporous and the other one consists in a nanocapsule without porosity. Such materials have been prepared by incorporating an imine-based linker in the particles framework in order to make them pH-responsive. The advantage of the pH sensitivity relies on the fact that cancerous media present certain acidity as compared to those healthy. The particles exhibit a high pH sensitivity where, at low pH, they fully break down, while a good stability is observed in physiological conditions. Furthermore, in vitro studies performed with a drug delivery system based on the mesoporous particle and a highly hydrophobic drug show a remarkable efficiency towards a cancer cell line from human breast, which moreover, rapidly internalises the material. The nanocapsule loaded with a hydrophilic drug also demonstrates a fast internalisation towards a commonly used cancer line which does not resist to the system and thus dies by a very high rate.


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