Développement de nanoparticules biogéniques comme agents théranostiques contre les glioblastomes

Active biological magnetic nanodevices as theranostic cancer agents against glioblastoma

• Auteur / Autrice : Marguerite Fattal
• Direction : Sébastien Meriaux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et imagerie médicale
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Construction de grands instruments pour la neuroimagerie : de l'imagerie en population aux champs magnétiques ultra-hauts
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CIEL
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Thérapie

Diagnostic

Nanoparticules

Glioblastome

Magnétosomes

Irm

Therapy

Magnetosomes

Nanoparticles

Mri

Diagnosis

Glioblastoma

Résumé

Diverses nanotechnologies ont été proposées pour surmonter la résistance des glioblastomes à la chimioradiothérapie, tout en minimisant les effets secondaires. Bien que les nanoparticules magnétiques chimiques soient des outils théranostiques très étudiés, leur efficacité antitumorale reste limitée à cause de leur toxicité et leurs faibles capacités de ciblage et d'internalisation. Lors de précédentes études, les laboratoires MEM (BIAM, CEA Cadarache) et CIEL (NeuroSpin, CEA Saclay) ont montré que les magnétosomes (nanoparticules magnétiques produites par des bactéries magnétotactiques) sont des agents théranostiques biocompatibles surpassant les nanoparticules synthétiques en termes d'agents de contraste T2 ultrasensibles pour l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), de sensibilisateurs pour la photothermie et la protonthérapie, ainsi que des outils de ciblage tumoral après modification génétique avec la capacité de répondre au guidage magnétique. Cependant, plusieurs limitations à leur application clinique demeurent, liées à leur difficulté pour pénétrer et se distribuer de manière homogène dans certaines tumeurs. En se basant sur le consortium multidisciplinaire en microbiologie, génie génétique, biologie et physique issu de la collaboration entre les laboratoires MEM et CIEL, ce projet de thèse vise à générer et tester en IRM des formulations innovantes de magnétosomes, permettant une biodistribution rapide, prolongée et homogène dans une tumeur cérébrale grâce au guidage magnétique et des propriétés de nano-nage. Grâce aux développements de protocoles d'IRM moléculaire innovants, un résultat important du projet consistera à identifier les magnétosomes les plus prometteurs en termes d'efficacité thérapeutique, et ainsi renforcer l'intérêt des nanoparticules magnétiques biogéniques pour la nanomédecine multimodale dans la thérapie du cancer.

Overcoming resistance to chemoradiotherapy in glioblastoma is a critical unmet clinical need. Various nanotechnology-based strategies have been proposed to improve antitumor responses while minimizing side effects. Although chemically synthesized magnetic nanoparticles have attracted great attention as cancer theranostics, they lack antitumor efficacy due to toxicity, low targeting and internalization abilities. In previous dedicated studies, the MEM (BIAM, CEA Cadarache) and CIEL (NeuroSpin, CEA Saclay) laboratories have shown that magnetosomes, biogenic magnetic nanoparticles produced by magnetotactic bacteria, are biocompatible theranostic agents surpassing synthetic nanoparticles in terms of ultrasensitive T2 contrast agents for Magnetic Resonance Imaging (MRI), sensitizers for photothermia and proton therapy, tumor targeting tools after genetic tailoring and capacities to respond to magnetic guidance. However, several limitations to their clinical translation remain to date, among which their inability to invade hardly penetrable tumors and to homogeneously distribute within cancer tissues. Based on the multidisciplinary consortium in microbiology, genetic engineering, biology and physics originating from the MEM-CIEL collaboration, this PhD project aims in generating and testing with MRI unprecedented formulated magnetosomes, enabling a faster, prolonged and more homogeneous biodistribution within cerebral tumor tissues through magnetic guidance and nanoswimming properties. Thanks to the development of innovative MR-based molecular imaging protocols, one main outcome of the project will consist in identifying the most promising magnetosome designs for achieving therapeutic efficacy, and therefore strengthen the case for developing biogenic magnetoparticles for multimodal nanomedicine in cancer therapy.