Nanoparticules de bleu de prusse pour la théranostique

Prussian blue nanoparticles for theranostics

• Auteur / Autrice : Maëlle Cahu
• Direction : Yannick Guari, Joël Chopineau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 15/11/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Subra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Guari, Joël Chopineau, Gilles Subra, Corinne Chanéac, Miguel Monge Oroz, Franck Camerel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Chanéac, Miguel Monge Oroz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analogues cobalt-fer du bleu de Prusse

Théranostique

Nanotechnologie

Composés de coordination

Mots clés libres

Chimie de coordination

Nanosciences

Théranostique

Bleu de Prusse

Coordination chemistry

Nanosciences

Theranostics

Prussian blue

Résumé

Le bleu de Prusse est considéré comme le premier colorant artificiel synthétisé en 1706. Il a été autorisé pour la décontamination radioactive chez l’Homme en 2003 par la « Food and Drug Administration ». Ce travail de thèse est dédié au développement de nanomatériaux innovants à base de bleu de Prusse pour des applications dans le domaine de la santé. Pour cela, trois approches ont été considérées : (i) l’insertion de manganèse dans la structure de nanoparticules de bleu de Prusse pour une double application en imagerie par résonnance magnétique et pour la thérapie photothermique et (ii) la post-fonctionnalisation de nanoparticules de bleu de Prusse avec un anti-cancéreux pour une potentielle synergie entre la chimiothérapie et la thérapie photothermique. Un effort important sera consacré à l’étude des propriétés des nanomatériaux fonctionnels obtenus en utilisant des techniques de spectroscopie, de microscopie électronique, de diffraction des rayons-X mais également de modélisation numérique. Une étude poussée sur l’influence de l’insertion du manganèse dans la structure du bleu de Prusse sera menée et des tests préliminaires seront réalisés sur des lignées de cellules cancéreuses, puis sur des embryons de poisson zèbre greffés avec des cellules cancéreuses. Enfin l’étude des propriétés de relaxivité sera entreprise pour mieux comprendre l’origine et comment est régie la relaxivité au sein de nanoparticules paramagnétiques. Dans une dernière partie, la conception d’un nano-objet hybride complexe multifonctionnel avec une architecture coeur@multi-coquilles sera optimisée pour obtenir une coquille externe de bleu de Prusse recouvrant. En s’appuyant sur une approche de conception et de caractérisation, ce travail de recherche a également pour objectif de montrer l’intérêt des nanomatériaux moléculaires multifonctionnels pour des applications médicales, en participant au développement d’une nouvelle génération de traitement plus personnalisés pour le traitement du cancer.

From World Health Organization, in 2020, 10 million people worldwide died from cancer diseases. Today’s challenge for the scientific community is to develop some healthier, safer and technically traceable therapy processes that overcome limitations, such as chemo- or radio-resistance and radiation dosage limitation, for more personalized cures. The emergence of multifunctional nano-platforms, via nanosciences and nanotechnologies development, integrating various functional components for an “all-in-one” curing and imaging probe has opened new research fields with promising possibilities for more precise cancer treatments. Prussian blue is considered the first synthetic dye, obtained in 1706. Prussian blue has been authorized by the “Food and Drug Administration” in 2003 for human beings radioactive decontamination. This PhD work is devoted to the development of innovative Prussian blue-based nano-materials for medical applications. To achieve this goal, three approaches have been considered: (i) manganese insertion in the Prussian blue nanoparticles’ structure for a double application in magnetic resonance imaging and photothermal therapy, (ii) post-functionalization of Prussian blue nanoparticles with anti-cancer drug for a potential synergetic effect of chemo- and photothermal therapy. An important effort has been given to investigate the properties of the obtained functional nano-materials by the means of spectroscopic techniques, electronic microscopy, X-ray diffraction and numerical modelling. A complete study of the influence of manganese insertion in Prussian blue structure has been led and preliminary tests have been realized on cancer cell lines, followed by tests on xenografted zebrafish embryos. Finally, an understanding of the relaxivity properties has been initiated to better understand the origin and the main mechanisms that govern the relaxivity in paramagnetic nanoparticles. In the last part, the design of a complex hybrid multifunctional nano-object with a core@multishell architecture has been optimized to obtain fully covered nano-objects with an external Prussian blue shell.