Nanoplateformes à base de silices mésoporeuses fonctionnelles pour l’hyperthermie magnétique, la photothermie et la délivrance d’agents thérapeutiques

Functional mesoporous silica-based nanoplatforms for magnetic hyperthermia, photothermia and drug delivery

• Auteur / Autrice : Alexandre Adam
• Direction : Damien Mertz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 23/02/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Florence Gazeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Lebeau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Wong Chi Man, Grégoire Herzog

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silice

Propriétés magnétiques

Nanoparticules

Matériaux poreux

Emploi en thérapeutique

Nanoparticules de silice

Mots clés libres

Silice mésoporeuse

Nanocomposites intelligents

Hyperthermie magnétique

Thérapie photothermique par infrarouge

Délivrance de médicaments

Mesoporous silica

Smart nanocomposites

Magnetic hyperthermia

Near-infrared photothermal therapy

Drug delivery

Résumé

L’objectif de cette thèse est de développer des nanoplateformes à base de silice, permettant une thérapie multimodale du cancer, administrées par voie injectable ou implantable. Pour cela, les nanoparticules (NPs) de type cœur-coquille sont idéales pour combiner les propriétés de deux matériaux. Les NPs d’oxyde de fer (IO) et les nanotubes de carbone (CNT) sont utilisés en tant que matériaux de cœur pour leurs propriétés magnéto- et photothermiques. Une coquille de silice mésoporeuse est ensuite déposée autour des cœurs par voie sol-gel. Différents types de pores et épaisseurs de silice sont synthétisés puis l’influence de cette couche de silice sur le transfert de la chaleur depuis les NPs cœur-coquille IO@MS sous champ magnétique alternatif est étudié. Les NPs IO@MS sont aussi étudiés en tant qu’agents photothermiques par irradiation sous lumière infrarouge. Le nanocomposite est ensuite chargé en médicaments. Nous avons constaté que le choix de la fonctionnalisation de surface des IO@MS et le pH de la solution médicamenteuse sont déterminants pour avoir de grands taux de chargement. L’irradiation par laser infrarouge du nanocomposite chargé en médicaments induit un échauffement du milieu et une légère baisse du pH de 7.5 à 5.5 permet une bonne libération du médicament. Combinés, ces deux effets montrent une action anticancéreuse synergique efficace lors de tests in vitro sur des cellules du mélanome. Enfin, un nanocomposite CNT@MS est synthétisé pour obtenir un matériau photorépondant capable de charger des enzymes. Par incorporation dans une solution de peptides, l’enzyme déclenche l’auto-assemblage des peptides pour former un hydrogel. En ajoutant un médicament au gel, il est possible d’induire une délivrance contrôlée du médicament par irradiation sous infrarouge.

The goal of this PhD thesis is to develop silica-based nanoplatforms for a multimodal therapy of cancer designed for injectable or implantable formulations. Core-shell nanoparticles (NPs) are particularly suited to combine the properties of two materials. Iron oxide (IO) NPs and carbon nanotubes (CNT) were identified as ideal candidates as core materials due to their magneto- and photothermal properties. By sol-gel process, a coating of mesoporous silica (MS) is added to these cores. Different silica morphologies are synthesized and the influence of the silica shell on the heat transfer of IO@MS core-shell NPs to their surroundings upon alternating magnetic field (AMF) is studied. IO@MS are also studied as photothermal agents by using near-infrared (NIR) light laser. The nanocomposite is then loaded with drugs. We found that the surface functionalization of IO@MS and the pH of the drug solution are crucial for a high loading capacity. Irradiation of drug-loaded nanocomposite with NIR laser induces temperature elevation and a moderate decrease of the pH from 7.5 to 5.5 allows an efficient drug release. Combined together, these two effects, show efficient synergistic antitumor action in in vitro tests on melanoma cancer cells. Finally, CNT@MS nanocomposite is produced in order to have a photoresponsive material. By loading them with enzymes and by adding it to a peptide solution, the enzyme triggers the peptide self-assembly into a hydrogel. When a drug is added to the gel, it is possible to induce controlled drug delivery by irradiation with NIR light.