Synthèse et caractérisation avancée de boîtes quantiques Ag2S pour l'imagerie in vivo.

Synthesis and advanced characterization of Ag2S quantum dots for in vivo imaging.

• Auteur / Autrice : Omar El-dahshan
• Direction : Peter Reiss
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie inorganique et Bio inorganique
• Date : Inscription en doctorat le 04/08/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux

Mots clés

Mots clés libres

Spectroscopie d'Absorbance des Rayons X

Ag2S

Imagerie in vivo

Quantum Dots

In-vivo Imaging

X-Ray Absorbance Spectroscopy

Ag2S

Quantum Dots

Résumé

Grâce à leurs propriétés optiques performantes et à la possibilité de fonctionnaliser leurs surfaces, les Quantum Dots (QDs, c'est-à-dire des nanocristaux semi-conducteurs) sont des candidats de choix pour les applications théranostiques, qui visent à combiner des agents de diagnostic, de ciblage et de thérapie sur une seule nano-plateforme. Les QDs à base d'Ag2S sont récemment apparus comme des candidats prometteurs pour l'imagerie in vivo en raison de leur capacité à émettre dans la région spectrale du proche infrarouge, ce qui leur confère une grande profondeur de pénétration dans les tissus. En plus de leurs performances photophysiques, ces QDs présentent l'atout unique d'être constitués d'un matériau hautement stable et non toxique, l'Ag2S, ce qui permet d'imaginer des applications in vivo. Cependant, à ce jour, les études cliniques sont exclues par le manque de connaissances sur le comportement nano-spécifique des QDs Ag2S in vivo. Le laboratoire SyMMES a récemment développé des QDs Ag2S aux propriétés photophysiques accordables dans le spectre NIR. Afin de les envisager pour des applications biomédicales, des revêtements spécifiques doivent être conçus. En outre, le comportement des nanocristaux dans les environnements biologiques doit être étudié, notamment dans des systèmes in vitro pertinents qui imitent les conditions d'exposition humaine. Par exemple, dans un travail précédent, nous avons étudié les transformations des QDs à base d'InP dans un organisme modèle.[1] Dans ce contexte, le projet de thèse se concentrera d'une part sur la synthèse de QDs Ag2S avec des revêtements biocompatibles et fonctionnels, et d'autre part sur l'étude de leurs propriétés optiques et de leur stabilité dans des fluides corporels reconstitués et des cellules hépatiques, y compris des cultures cellulaires en 3D, en étroite collaboration avec les biologistes du laboratoire CBM. La structure interne des QDs et leurs transformations dans les fluides corporels et les cellules seront évaluées par plusieurs techniques (DRX, MET), avec un accent particulier sur la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) basée sur le synchrotron, en collaboration avec l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Le résultat de ce projet sera un panel de QDs optimisés à base d'Ag2S entièrement caractérisés au niveau de leurs propriétés structurelles et optiques in vitro et in vivo, ce qui établira une base solide pour leur utilisation dans des applications biomédicales. [1] Veronesi, G.; Moros, M.; Castillo-Michel, H.; Mattera, L.; Onorato, G.; Wegner, K. D.; Ling, W. L.; Reiss, P.; Tortiglione, C. In Vivo Biotransformations of Indium Phosphide Quantum Dots Revealed by X-Ray Microspectroscopy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11 (39), 35630–35640.

Thanks to their high-performance optical properties and to the possibility to functionalize their surfaces, Quantum Dots (QDs, i.e. semiconductor nanocrystals) are prime candidates for theranostics applications, which aim at combining diagnosis, targeting and therapy agents on a single nanoplatform. Ag2S-based QDs recently arose as promising nanoplatforms for in vivo imaging due to their ability to emit in the NIR spectral region, which confers them a high imaging penetration depth in tissues. In addition to their photophysical performances, these QDs show the unique asset of being made of a highly stable and nontoxic material, Ag2S, which lets imagine in vivo applications. However, as of today, clinical studies are precluded by the lack of knowledge about the nano-specific behavior of Ag2S-QDs in vivo. SyMMES laboratory recently developed Ag2S QDs with tunable photophysical properties in the NIR spectrum. In order to consider them for biomedical applications, specific nanocrystal coatings must be designed. Moreover, the behavior of the nanocrystals in biological environments must be investigated, including in relevant in vitro systems that mimic human exposure conditions. As an example, in a previous work we investigated the transformations of InP-based QDs in a model organism.1 In this context, the PhD project will focus on the one hand on the synthesis of Ag2S-QDs with biocompatible and functional coatings, and on the other hand on the investigation of their optical properties and stability in reconstituted body fluids and hepatic cells, including 3D cell cultures, in strong collaboration with biologists of CBM laboratory. The internal structure of as-synthesized QDs and their transformations in body fluids and cells will be assessed by several techniques (XRD, TEM), with a special focus on synchrotron-based X-ray Absorption Spectroscopy (XAS), in collaboration with the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). The outcome of this project will be a panel of optimized Ag2S-based QDs fully characterized for their structural and optical properties in vitro and in vivo, which will set a robust basis for their use in biomedical applications. (1) Veronesi, G.; Moros, M.; Castillo-Michel, H.; Mattera, L.; Onorato, G.; Wegner, K. D.; Ling, W. L.; Reiss, P.; Tortiglione, C. In Vivo Biotransformations of Indium Phosphide Quantum Dots Revealed by X-Ray Microspectroscopy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11 (39), 35630–35640.