Polymères à empreintes de protéines couplés à des nanoparticules magnétiques : de la synthèse aux applications en nanomédecine

Magnetic protein imprinted polymer nanoparticles : from synthesis to applications in nanomedicine

• Auteur / Autrice : Charlotte Boitard
• Direction : Christine Ménager
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 24/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Guégan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karsten Haupt, Nathalie Mignet, Nébéwia Griffete
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Serge Ravaine, Nicolas Tsapis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines -- Dénaturation (chimie)

Nanomédecine

Polymères à empreintes moléculaires

Nanoparticules magnétiques

Mots clés libres

Nanoparticules magnétiques

Polymère à empreintes de protéines

Nanomédecine

Ciblage cellulaire

Hyperthermie magnétique

Dénaturation de protéines

Magnetic nanoparticles

Protein imprinted polymer

Nanomedicine

Cellular targeting

Magnetic hyperthermia

Ption de protéiroteins denaturation

Résumé

Cette thèse porte sur le développement de nanoparticules magnétiques hybrides pour la nanomédecine. Un enjeu majeur est de proposer des solutions innovantes dans le traitement et/ou le diagnostic de certaines pathologies, comme les cancers. Les nanoparticules magnétiques possèdent des propriétés extrêmement intéressantes pour la nanomédecine. Elles peuvent servir à guider magnétiquement un vecteur vers une cible ou à chauffer localement cette cible lorsqu’elles sont soumises à un champ magnétique alternatif. Par ailleurs, l’utilisation de polymères à empreintes de protéines peut permettre de cibler des protéines d’intérêt. L’idée ici est donc de coupler des nanoparticules magnétiques et des polymères à empreintes de protéines (PEP) afin de cibler, détecter et traiter des cellules d’intérêt. Les nano-objets γ-Fe2O3@PEP sont synthétisés en polymérisant un polyacrylamide autour de protéines servant de gabarit, telles que la protéine fluorescente verte ou le complexe de différentiation 44. Les objets obtenus sont composés pour 10 à 30% de PEP, selon la méthode de synthèse. Un ciblage efficace de cellules exprimant ces protéines d’intérêt a été mis en œuvre. Sous champ magnétique alternatif, les protéines sont dénaturées mais les nano-objets γ-Fe2O3@PEP ne se détachent pas des cellules, et seront donc à terme internalisés. Une étude approfondie a montré une absence de toxicité aigüe des objets hybrides, et leur métabolisation dans les lysosomes. Les propriétés de ciblage et d’hyperthermie de γ-Fe2O3@PEP en font donc un bon candidat pour détecter et ralentir le développement de métastases cancéreuses.

This thesis focuses on the development of hybrid magnetic nanoparticles for nanomedicine. A major challenge is to propose innovative solutions in the treatment and/or diagnosis of some pathologies, such as cancers. Magnetic nanoparticles are interesting for nanomedicine because they can be employed to magnetically direct a vector toward a target, or locally heat this target when submitted to an alternating magnetic field. Moreover, protein imprinted polymers can be used to selectively target proteins of interest. Thus, the idea of this project is to bind magnetic nanoparticles and protein imprinted polymers (PIP), to propose a new system to target, detect and treat cells of interest. γ-Fe2O3@PIP hybrid nano-objects were synthesized through polymerization of polyacrylamide around template proteins, such as green fluorescent proteins or the glycoproteins CD44. PIP represent less than 30 % of final hybrid nano-objects, which have hydrodynamic diameters smaller than 400 nm, according to the synthetic pathway. Effective targeting of cells displaying these proteins of interest occurred while using γ-Fe2O3@PIP nano-objects. Under an alternating magnetic field, proteins are denatured thanks to magnetic hyperthermia. γ-Fe2O3@PIP particles will not detach themselves from the cell, and will thus be internalized. A further study denoted the absence of an acute cytotoxicity for hybrid nano-objects, which will be metabolized inside lysosomes. Targeting and magnetic hyperthermia properties of γ-Fe2O3@PIP make them ideal candidates to detect cancer metastasis and slow down their development.