Conception et synthèse de nouveaux Bambusurils pour des applications en biologie et en imagerie moléculaire

Design and synthesis of new Bambusurils for biological applications and molecular imaging

• Auteur / Autrice : Marine Lafosse
• Direction : Marie-Pierre Heck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 10/10/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de Chimie Bio-Organique et de Marquage
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Boris Vauzeilles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Heck, Boris Vauzeilles, Laurence Miesch, Sébastien Gouin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Miesch, Sébastien Gouin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiochimie

Iminosucres

Escherichia coli

Chimie click

Mots clés libres

Synthèse organique

Imagerie

Radiomarquage

Bambusuril

Fluor-18

Fluorochrome iode radioactif

Organic synthesis

Imagery

Radiolabelling

Bambusuril

Fluoride 18

Radioactive iodide

Résumé

Conception et synthèse de nouveaux Bambusurils pour des applications en biologie et en imagerie moléculaire. Les bambusurils, R₈BU[4] et R₁₂BU[6], sont des molécules cages synthétiques, constituées respectivement de 4 et 6 unités glycolurils. Ils diffèrent des cucurbiturils par la présence de glycolurils difonctionnalisés qui leur confèrent une topologie de type alternée et des propriétés supramoléculaires intéressantes. Les R₁₂BU[6] ont la capacité d’encapsuler un anion à l'intérieur de leur cavité avec une très grande affinité grâce à 12 liaisons hydrogènes. Au laboratoire, des bambusurils disposant de groupements allyles nommés Allyl₈BU[4] et Allyl₁₂BU[6] ont été synthétisés. Ils ont ensuite été fonctionnalisés par réactions de métathèse croisée et de thiol-ène click pour introduire facilement 8 à 12 thiols d'intérêts possédant des groupements esters, acides ou glycosides. Pour élargir la famille des bambusurils, de nouveaux bambusurils possédant des fonctions propargyliques ont été préparés. Ainsi, les Propargyl₈BU[4] et Propargyl₁₂BU[6] ont été obtenus avec de bons rendements. Ces bambusurils ont ensuite été post-fonctionnalisés avec différents azotures (esters, benzyl, glycosides, peptides) par réaction de chimie click pour conduire à de nouvelles plateformes multivalentes de valence 8 pour le BU[4] et 12 pour le BU[6]. Des glycoBUs fonctionnalisés par des dérivés du D-mannose ont été synthétisés pour la première fois, et leur activité antibactérienne a été évaluée. De plus, des iminosucres de la famille de la déoxynojirimycine azidoalkylée, ont également été greffés sur les PropargylBUs, pour conduire à de nouveaux inhibiteurs de glycosidases. Le squelette des bambusurils et la multivalence conduisent à des gains d'affinité importants par rapport aux analogues glycosides monovalents.L'affinité des R₁₂BU[6], hydrosolubles, a été évaluée pour les ions iodures par titration calorimétrique isotherme. Les résultats obtenus confirment la grande affinité des BU[6] pour cet anion dans l'eau (Ka ≃ 10⁵ M⁻¹).Une dernière application des bambusurils comme sonde d'imagerie a également été étudiée. Un nouveau bambusuril différemment substitué a été conçu et synthétisé pour permettre l'introduction d'une sonde bimodale TEP/Optique en dernière étape de synthèse. Cette sonde permettra la combinaison d'un double diagnostic médical par imagerie TEP et optique. Une preuve de concept a été réalisée avec l'introduction d'un groupement radiomarqué au ¹⁸F.

Design and synthesis of new Bambusurils for biological applications and molecular imagingBambus[n]urils, R₈BU[4] and R₁₂BU[6], are synthetic cyclic macromolecules that belong to the cucurbit[n]urils families. They are composed of n-substituted glycoluril units connected via n-methylene bridges. The R₁₂BU[6], are able to bind anion inside their cavity with a good association constant through hydrogen bonds.In our laboratory, bambusurils bearing allyl functions, named Allyl₈BU[4] and Allyl₁₂BU[6], were efficiently prepared. These bambusurils were functionalized by ring-closing metathesis or thiol-ene click coupling to introduce 1 to 12 functions like ester, acids and glycosides.To develop the family of bambusurils, new bambusurils with propargyl functions were synthesized. The synthesis of the Propargyl₈BU[4] and Propargyl₁₂BU[6] were optimized. Theses BUs were functionalized by click chemistry with different azides like ester, benzyl and glycoside to dispose of new multivalent systems with a valency of 8 for the BU[4] and 12 for the BU[6]. For the first time, glycoBambusurils functionalized with D-mannose derivatives were prepared, and their antibacterial activities were assayed. Moreover, iminosugar from the family of the azido alkylated déoxynojirimycine, were grafted on the PropargylBUs to afford new inhibitors of glycosidases. These results show the importance of bambusuril scaffold and of the multivalence effect improve the affinity of the glycoBUs for the target.The association constants of R₁₂BU[6] functionalized, soluble in aqueous media for iodide were determined by isothermal titration calorimetry. The results show a good affinity of R12BU[6] for iodide (Ka ≃ 10⁵ M⁻¹).We studied as well an application of bambusuril for molecular imaging. A new bambusuril with biological ligands was designed and synthesized to introduce a bimodal probe PET/Optical in the last step. This probe will allow the combination of clinical diagnostic with PET and optical imaging. A proof of concept was realized with a function ¹⁸F labelled.