Chimie de surface de nanocristaux fluorescents pour l’imagerie biologique

Surface chemistry of fluorescent nanocrystals for biological imaging

• Auteur / Autrice : Manon Debayle
• Direction : Thomas Pons, Nicolas Lequeux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 05/07/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Rachel Méallet-Renault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jutta Rieger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eléna Ishow, Olivier Sandre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert d'énergie

Couronne protéique

Chimie des surfaces

Nanocristaux

Mots clés libres

Quantum Dots

Chimie de surface

Couronne protéiques

Polymère

Imagerie

Transfert d'énergie

Quantum Dots

Surface chemistry

Protein Crown

Polymer

Imaging

Energy transfer

Résumé

Les nanocristaux de semiconducteurs (ou Quantum Dots, QD) possèdent des propriétés optiques uniques qui en font des sondes intéressantes pour l’imagerie biologique. Ils sont particulièrement prometteurs pour l’imagerie de fluorescence dans l’infrarouge court, permettant de conserver une bonne résolution spatiale en profondeur dans les tissus biologiques. Dans cette thèse, l’objectif est d’étudier tout particulièrement la chimie de surface des QD afin d’optimiser leur comportement en milieu biologique et de développer des sondes fonctionnelles d’imagerie du pH et d’activité enzymatique. L’utilisation de nanoparticules (NP) in vivo nécessite de minimiser la formation d’une couronne de protéines adsorbées à leur surface. Il est possible d’utiliser pour cela des polymères dits « furtifs » pour limiter cette adsorption et éviter leur reconnaissance par le système immunitaire. Dans cette thèse, nous comparons les propriétés de furtivité de QD recouverts de ligands polymères comportant différents zwitterions. Nous montrons que les QD recouverts de poly(sulfobétaïne) permettent une élimination complète de l’adsorption de protéines, contrairement à ceux recouverts d’autres bétaïnes. Ces résultats sont corrélés à la diffusion de ces QD dans le cytoplasme de cellules vivantes. La chimie de surface des QD permet également de concevoir des sondes fonctionnelles, par exemple en modulant leur fluorescence par transfert d’énergie sous l’action d’un facteur biochimique. Ainsi, nous démontrons deux concepts de QD pour l’imagerie du pH dans le visible ou l’infrarouge court, en développant différentes chimies de surface sensibles au pH pour moduler leur interaction avec des NP d’or.

Semiconductor nanocrystals (or Quantum Dots, QDs) have unique optical properties that make them interesting probes for biological imaging. Thanks to their high quantum fluorescence yields, they are particularly promising for short-infrared fluorescence imaging, which is a spectral domain that allows a good deep spatial resolution in biological tissues. In this PhD, our goal is to study specialy the surface chemistry of QDs in order to optimize their behavior in complex biological medium and to develop functional pH or enzymatic activity imaging probes. The use of nanoparticles (NP) in vivo requires to reduce the formation of a protein corona adsorbed on their surface. It is possible to use so-called "stealth" polymers to limit this adsorption, and avoid their recognition by the immune system. In this PhD we compare the stealth properties of QDs coated with block polymer ligands with different zwitterions. We have shown, particularly, that poly(sulfobetaine) coated QDs allows a complete elimination of protein adsorption in serum, unlike those covered with carboxybetaine or phosphorylcholine. These results are correlated with the diffusion of these QDs in the cytoplasm of living cells. Thanks to the surface chemistry of QDs, it is also possible to design functional probes, for example by modulating their fluorescence by an energy transfer under the action of a biochemical factor. Thus, in this PhD, we demonstrate two concepts using QDs for short or visible infrared pH imaging, developing different pH-sensitive surface chemistries in order to modulate their interaction with gold NPs.