Conception de sondes théranostiques moléculaires impliquand la PDT à excitation biphotonique

Conception of molecular theranostic probes implying two-photon excitation PDT

• Auteur / Autrice : Margaux Galland
• Direction : Chantal Andraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 28/06/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)
• Jury : Président / Présidente : Muriel Hissler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chantal Andraud, Muriel Hissler, Clémence Allain, Olivier Sénèque, Olivier Maury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clémence Allain, Olivier Sénèque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Luminescence

Oxygène actif

Photochimiothérapie

Mots clés libres

Thérapie photodynamique

Oxygène singulet

Luminescence

Lanthanide

Macrocycles azotés

Photodynamic therapy

Singlet oxygen

Luminescence

Lanthanide

Azamacrocycles

Résumé

La thérapie photodynamique (PDT) est une technique thérapeutique qui permet un traitement localisé par irradiation lumineuse d’un photosensibilisateur (PS) grâce à la génération d’une espèce cytotoxique, généralement de l’oxygène singulet. Cependant, de nombreux PS sont également luminescents et les deux processus sont compétitifs. L’emploi de métaux de transition est connu pour améliorer le processus de PDT mais l’impact des ions lanthanides(III) en PDT est encore peu connu. Par ailleurs, l’utilisation de l’absorption biphotonique a de nombreux avantages parmi lesquels la possibilité d’exciter le PS dans la fenêtre de transparence biologique pour des applications en milieux biologiques.Les travaux de cette thèse visent à étudier quel est l’influence de la complexation d’un atome de lanthanide(III) à un PS sur la photophysique de désexcitation de ce dernier. Les complexes synthétisés et ceux étudiés ont montré que l’effet dépend du lanthanide(III). Il est ainsi possible, avec un choix judicieux du métal, de favoriser une voie de désexcitation par rapport à une autre. En particulier, l’ion Gd(III) se révèle avoir un effet bénéfique important pour la génération d’oxygène singulet et cet effet s’ajoute à celui que des atomes lourds comme le brome peuvent avoir. L’ion Yb(III) en revanche, favorise de manière générale le transfert d’énergie par effet d’antenne et la luminescence du lanthanide est alors le processus majoritaire. Enfin, l’emploi de Gd(III) complexé à un PS excitable à deux photons ouvre la voie à des agents théranostiques moléculaires combinant l’IRM en tant que fonction d’imagerie et la PDT pour la thérapie.

Photodynamic Therapy (PDT) is a therapeutic technique which consists in generating a highly reactive species, generally singlet oxygen, by shining light on a photosensitizer (PS). However, many PS are also luminescent and both processes are competitive. The use of transition metals is well known to enhance the PDT effect, but little is known about the effect of lanthanide(III) metals.On the other hand biphotonic absorption has numerous advantages, among them the possibility to excite the PS in the so-called biological transparency window for biological applications.The aim of this PhD is to get a better comprehension of the effect of complexation of a lanthanide(III) atom with a PS on the photophysics and deactivation pathways of the latter. The synthesis and conducted studies of lanthanide complexes showed that the effect is dependent on which lanthanide(III) metal is used. Thus by choosing carefully the lanthanide metal, one can favor one deactivation pathway over another. In particular, the Gd(III) ion turns out to be very efficient in promoting singlet oxygen generation and its effect is additive to the already known positive effect of heavy atoms such as bromine. On the opposite, the Yb(III) ion mainly favors the energy transfer through the antenna effect and the complex preferentially emits light.Finally, using Gd(III) linked to a two-photon excited PS opens the path to molecular theranostic probes combining MRI as a imagery technique and PDT as a therapeutic one.