Développement de méthodes analytiques pour la caractérisation d’une nanoparticule ultrafine à usage clinique

Development of analytical methods for the caracterisation of an ultrasmall clinical nanoparticle

• Auteur / Autrice : Lucie Labied
• Direction : François Lux, Agnès Hagege
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Lux, Agnès Hagege, Stéphane Mornet, Myriam Taverna, Nicole Gilon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Mornet, Myriam Taverna

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Biodégradation

Gadolinium

Électrophorèse capillaire

Emploi en thérapeutique

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Icp-ms

Analyse par dispersion de Taylor

Électrophorèse capillaire

Gadolinium

Ultrasmall

Couplage

Milieu biologique

Nanoparticles

Icp-ms

Taylor dispersion analysis

Ultrasmall

Capillary electrophoresis

Gadolinium

Hyphenation

Biological medium

Résumé

Les nanoparticules (NP) hybrides (alliage entre des matériaux organiques et inorganiques) suscitent à l’heure actuelle un engouement considérable en nanomédecine, notamment en thérapie anticancéreuse. Les NP ultra-fines (taille inférieure à 8 nm) en particulier apparaissent comme une voie prometteuse car leur élimination rénale rapide conduit à une diminution massive de leur toxicité. Cependant leur passage en clinique est ralenti par le manque de méthodes permettant la caractérisation de ces nanomédicaments. Cette thèse a donc pour objet le développement de telles méthodes analytiques capables de caractériser les produits cliniques mais aussi d’appréhender leur devenir en milieu biologique. Dans ce contexte, les travaux ont porté sur une nanoparticules ultrafine (USNP) particulière, AGuIX, composée d’un cœur de polysiloxane et greffée par des complexes de gadolinium et développée par l’Institut Lumière Matière (ILM). Cette USNP permet la détection par IRM des tumeurs et a un effet radiosensibilisant en radiothérapie. Outre les enjeux analytiques liés à sa petite taille, l’analyse de cette USNP implique des questionnements spécifiques liés à la présence de gadolinium. Dans un premier temps, des couplages alliant HPLC et ICP-MS/ESI-MS ont permis l’identification des produits issus de la dégradation de cette NP et la quantification du gadolinium libre à l’état de traces. Dans un second temps, le devenir de cette USNP en milieu biologique a été étudié grâce au développement de couplages originaux. L’analyse par dispersion de Taylor a été couplée pour la première fois à la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS). Cette méthode innovante a permis la détermination de la taille de NP contenant des métaux directement en milieu biologique complexe (sérum, urine,…) et le suivi de sa biodégradation. Le potentiel du couplage CE-ICP-MS a été utilisé pour suivre la formation des produits de biodégradation. Cette étude a ainsi permis de proposer un schéma de biodégradation potentiel d’AGuIX en milieu biologique et de démontrer l’absence de libération de gadolinium libre.

Hybrid nanoparticles (NP) that contains both organic and inorganic materials are currently generating considerable enthusiasm in nanomedicine, particularly in cancer therapy. Ultra-small NPs (size less than 8 nm) in particular appear to be a promising route because their rapid renal elimination leads to a massive reduction in their toxicity. However, their passage in the clinic is slowed down by the lack of methods allowing the characterization of these nanomedicines. The aim of this thesis is therefore to develop such analytical methods capable of characterizing clinical products but also of understanding their future in a biological environment. In this context, this work focused on a particular ultrasmall nanoparticle (USNP), AGuIX, composed of a polysiloxane core and grafted with gadolinium complexes that was developed by the Institute of Light and Matter (ILM). This USNP allows detection by MRI of tumors and has a radiosensitizing effect in radiotherapy. In addition to the analytical issues related to its small size, the analysis of this USNP involves specific questions related to the presence of gadolinium. Initially, hyphenation methods combining HPLC and ICP-MS/ESI-MS made it possible to identify the products resulting from the degradation of this NP and the quantification of free gadolinium in trace amounts. Secondly, the fate of this USNP in a biological environment was studied thanks to the development of original hyphenation methods. Taylor dispersion analysis was coupled for the first time with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). This innovative method made it possible to determine the size of NP containing metals directly in a complex biological medium (serum, urine, etc.) and to monitor its biodegradation. The potential of the CE-ICP-MS coupling was used to monitor the formation of the biodegradation products. This study thus allowed to propose a potential biodegradation scheme for AGuIX in a biological medium and to demonstrate the absence of free gadolinium release.