Ingénierie des nanomatériaux magnétiques : de la synthèse biomimétique aux applications nanotechnologiques.

Magnetic nanomaterials engineering : from biomimetic synthesis to nanotechnological applications.

• Auteur / Autrice : Sendos Darwish
• Direction : Nguyêt-Thanh Ha-Duong, Tayssir Hamieh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanosciences, matériaux, surfaces
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Sandre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rachel Méallet-Renault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alex Fabiano Cortez Campos, Sylvie Bégin-Colin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermothérapie

Nanoparticules magnétiques

Biochimie

Nanoparticules d'oxyde de fer

Nanotechnologie

Mots clés libres

Nanotechnologie

Nanoparticules d'oxyde de fer

Nanobiohybrides magnétiques

Méthode du polyol

Applications biomédicales

Hyperthermie magnétique

Hyperthermie photothermique

Nanotechnology

Iron Oxide Nanoparticles

Magnetic Nanobiohybrids

Polyol Method

Biomedical Applications

Magnetic Hyperthermia

Photothermal Hyperthermia

Résumé

La nanotechnologie, un domaine de recherche à la convergence de disciplines variées telles que la biologie, la chimie, la physique et les sciences des matériaux, a ouvert la voie à la création de matériaux hybrides innovants. S'inspirant des structures complexes et ordonnées trouvées dans la nature - sucres, lipides, acides nucléiques et protéines - la nano-biotechnologie a repoussé les frontières de la science traditionnelle. Dans ce contexte, l'utilisation des capsides virales de plantes comme échafaudages a émergé comme une approche prometteuse, en raison de leur homogénéité, taille uniforme, robustesse, coût abordable et leur capacité unique à se désassembler et à se réassembler. Cette technique a permis de modifier les nano-objets en greffant des éléments fonctionnels tant sur leur surface externe qu'interne, ouvrant ainsi de nouvelles voies dans le domaine de la nanotechnologie. Dans cette recherche, nous avons concentré nos efforts sur l étude des interactions entre les virus et les nanoparticules d'oxyde de fer. Notre approche s'est distinguée par l'utilisation des nanoparticules d'oxyde de fer, en particulier la maghémite, contrairement à la tendance dominante qui privilégie les nanoparticules d'or. L'objectif était de développer de nouveaux nanobiohybrides magnétiques en utilisant des réactions d'amidation pour assembler des nanoparticules d'oxyde de fer avec des capsides virales spécifiques. Dans un premier temps, des nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer de trois tailles différentes (5, 10 et 15 nm) ont été synthétisées via la méthode du polyol. Malgré leur formation réussie, ces nanoparticules présentaient des défis de solubilité et de stabilité dans l'eau, un obstacle majeur pour des applications biomédicales. Pour surmonter cela, nous avons fonctionnalisé ces nanoparticules avec différents agents, dont le citrate s'est avéré être le plus efficace. L'étape suivante a impliqué le greffage de ces nanoparticules fonctionnalisées sur des capsides de virus icosaédriques, en particulier le Turnip yellow mosaic virus (TYMV) et le Rice yellow mottle virus (RYMV). Ce processus a été minutieusement caractérisé, confirmant la réussite du greffage et la préservation de la symétrie icosaédrique des capsides. Les nanobiohybrides ainsi formés ont été étudiés pour leurs propriétés magnétiques et leur potentiel en hyperthermie magnétique et photothermique, révélant une efficacité accrue par rapport aux nanoparticules non liées. En conclusion, cette étude a permis de mettre en lumière l'avantage des nanoparticules d'oxyde de fer citratées assemblées sur les virus, notamment le RYMV, en termes de performances en hyperthermie magnétique. Ces découvertes prometteuses ouvrent la voie à de nouvelles applications en nanomédecine, en particulier pour l'optimisation des traitements par hyperthermie magnétique.

Nanotechnology, a research field at the convergence of diverse disciplines such as biology, chemistry, physics, and materials science, has paved the way for the creation of innovative hybrid materials. Drawing inspiration from the complex and ordered structures found in nature - made up of sugars, lipids, nucleic acids, and proteins - nano-biotechnology has pushed the boundaries of traditional science. In this context, the use of plant viral capsids as scaffolds has emerged as a promising approach, due to their homogeneity, uniform size, robustness, affordability, and their unique ability to disassemble and reassemble. This technique has enabled the modification of nano-objects by grafting functional elements on both their external and internal surfaces, thus opening new paths in the field of nanotechnology. In this research, we focused our efforts on studying the interactions between viruses and iron oxide nanoparticles. Our approach was distinguished by the use of iron oxide nanoparticles, particularly maghemite, contrary to the prevailing trend which favors gold nanoparticles. The goal was to develop new magnetic nanobiohybrids using amidation reactions to assemble iron oxide nanoparticles with specific viral capsids. Initially, magnetic iron oxide nanoparticles of three different sizes (5, 10, and 15 nm) were synthesized using the polyol method. Despite their successful formation, these nanoparticles presented challenges in solubility and stability in water, a major obstacle for biomedical applications. To overcome this, we functionalized the nanoparticles with various agents, among which citrate proved to be the most effective. The next step involved grafting these functionalized nanoparticles onto icosahedral viral capsids, particularly the Turnip yellow mosaic virus (TYMV) and the Rice yellow mottle virus (RYMV). This process was thoroughly characterized, confirming the successful grafting and the preservation of the icosahedral symmetry of the capsids. The formed nanobiohybrids were then studied for their magnetic properties and their potential in magnetic and photothermal hyperthermia, revealing increased efficiency compared to unbound nanoparticles. In conclusion, this study highlighted the advantage of citrated iron oxide nanoparticles assembled on viruses, especially RYMV, in terms of performance in magnetic hyperthermia. These promising findings pave the way for new applications in nanomedicine, particularly for optimizing treatments through magnetic hyperthermia.