Ultra-small theranostic nanoparticles and their controlled assemblies

Nanoparticules et assemblages contrôlés pour la théranostique

• Auteur / Autrice : Riya George
• Direction : Laure Catala
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Tsapis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Lux, Sylvie Bégin-Colin, Natividad Gálvez Rodríguez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Lux, Sylvie Bégin-Colin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médicaments -- Modes d'administration -- Dispositifs

Imagerie par résonance magnétique

Théranostique

Mots clés libres

Nanoparticules

Bleu de Prusse

Nanomédecine

Radiothérapie

Thérapie photothermique

IRM

Nanoparticles

Prussian blue

Nanomedicine

Radiation therapy

Photo thermal therapy

MRI

Résumé

Les nanoparticules théranostiques conçues pour détecter les tumeurs et les traiter avec des effets secondaires limités font partie d'une voie importante pour le développement pour la médecine personnalisée. Le bleu de Prusse (PB) est un réseau de coordination microporeux bien connu qui a récemment suscité l'intérêt en raison de son efficacité dans la thérapie photothermique (PTT) dans le domaine infrarouge ainsi que pour l'imagerie multimodale. Les objectifs de cette thèse étaient de développer des nano-agents pour la théranostique basés sur des structures de type PB et de former de nouvelles nano-plateformes auto-assemblées en utilisant des méthodes de synthèse vertes. La première partie du travail comprenait la formation et la caractérisation de nouvelles nanoparticules de type PB contenant des métaux lourds comme radio-sensibilisateurs pour la thérapie. Avec la combinaison or/platine, de nouvelles nanostructures originales d'or décorées de platine ont été obtenues. Les combinaisons Pt et Fe/Pt ont permis d'obtenir des particules de 1 à 5 nm contenant du platine, non toxiques pour les cellules saines et capables de tuer efficacement les cellules cancéreuses sous rayonnement gamma. Il s'agit de la première indication que des nanostructures de type PB pourraient être utilisées comme radiosensibilisateurs pour la thérapie.L'un des principaux inconvénients de l'utilisation des nanoparticules en médecine est que les particules de moins de 10 nm sont éliminées prématurément, tandis que les plus grosses ne peuvent être éliminées par voie rénale. Pour surmonter ces difficultés, des assemblages activables de particules PB ultra-minces ont été conçus en combinant la chimie des polymères et la chimie de coordination. Les nanostructures 1D se sont avérées capables d'encapsuler des médicaments avec une grande efficacité et leur délivrance au site cible est déclenchée par des stimuli externes. Ainsi, une combinaison synergique de PTT et de chimiothérapie pourrait être réalisée. La formation de l'assemblage améliore également le contraste T1 en IRM , ce qui en fait un agent théranostique efficace.

Theranostic nanoparticles (NP) designed to both detect tumours and treat them with limited side effects are part of an important route for development of personalized medicines. Prussian Blue (PB) is a well-known microporous coordination network compound that has recently attracted interest because of its efficiency in photothermal therapy (PTT) in the infra-red domain, and for enabling multimodal imaging. The objectives of this thesis were to develop ultrasmall nanoagents for theranostics based on PB like structures and form new self-assembled nano-platforms using green synthetic methods. The first part of the work included the formation and characterization of novel PB-like nanoparticles containing heavy metals as radio-enhancers for therapy. With the gold/platinum combination, new and original platinum decorated-gold nanostructures were achieved. With Pt and Fe/Pt combinations, 1-5 nm platinum containing particles were obtained, that were non-toxic to healthy cells while being capable of effectively killing cancer cells using a therapeutic dose of radiation. This is the first indication of PB-like nanostructures could be used as radio-enhancers for therapy.A major drawback of using NPs in medicine is that sub-10 nm particles are prematurely cleared out, while the larger ones cannot be renally eliminated. To overcome these challenges, activatable assemblies of ultrasmall PB particles were designed using a combination of polymer and coordination chemistry. 1D-nanostructures were capable of encapsulating drugs with high efficiency and their delivery to target site is triggered using external stimuli. So a synergistic combination of PTT and chemotherapy could be achieved. Assembly formation also improves the MRI contrast property of the NPs, making it an efficient theranostic agent.