Objectif du travail

Visualiser des événements biologiques à l’échelle mo

moléculaire. Parmi les outils utilisés, l’IRM est un outil de choix. Contrairement aux techniques d’imagerie nucléaire, elle ne met pas en

résolutions spatiales. Le défaut majeur de cette technique est sa faible sensibilité moléculaire s’appuie également sur des méthodes optiques, qui consistent à in

dotée d’un marqueur luminescent cette molécule émettent une lumière ( repérée par une caméra de détection. L’im

car elle présente une faible résolution mais une très bonne sensibilité. Les complexes de lanthanides sont particulièrement adaptés pour l’imagerie moléculaire

diminution plus ou moins importante de la fluorescence est observée en fonction

Depuis le succès du transfert des quantum dots en phase aqueuse, ces nanoparticules ont largement été utilisées en tant que marqueurs fluorescents en biologie.89_{Un grand nombre de molécules}

protéines, les oligonucléotides, les peptides, des petites molécules etc.. ont été greffés à la surface des quantum dots. Pour cela, plusieurs stratégies sont exploitées

de ligand qui contient un groupement thiol et la biomolécule, l’utilisation d’agents de couplage entre la biomolécule et le ligand hydrophile à la surface ou encore la fonctionnalisation de la couche de

: Schéma de la solubilisation des QD dans l’eau et leur biocon

Visualiser des événements biologiques à l’échelle moléculaire, tel est le défi de l’im oléculaire. Parmi les outils utilisés, l’IRM est un outil de choix. Contrairement aux techniques

, elle ne met pas en jeu de radiations ionisantes et permet d’accéder à de hautes résolutions spatiales. Le défaut majeur de cette technique est sa faible sensibilité

moléculaire s’appuie également sur des méthodes optiques, qui consistent à in

luminescent et à suivre son devenir dans les cellules. Celles qui ont intégré molécule émettent une lumière (souvent dans le visible ou dans l’infrarouge)

repérée par une caméra de détection. L’imagerie optique est une technique complémentaire à l’IRM car elle présente une faible résolution mais une très bonne sensibilité. Les complexes de lanthanides

pour l’imagerie moléculaire car ils permettent une détection, soit p diminution plus ou moins importante de la fluorescence est observée en fonction de la nature du

Depuis le succès du transfert des quantum dots en phase aqueuse, ces nanoparticules ont largement Un grand nombre de molécules protéines, les oligonucléotides, les peptides, des petites molécules etc.. ont été greffés à la surface des quantum dots. Pour cela, plusieurs stratégies sont exploitées : l’échange n d’agents de couplage entre la biomolécule et le ligand hydrophile à la surface ou encore la fonctionnalisation de la couche de

bioconjugaison

léculaire, tel est le défi de l’imagerie oléculaire. Parmi les outils utilisés, l’IRM est un outil de choix. Contrairement aux techniques permet d’accéder à de hautes résolutions spatiales. Le défaut majeur de cette technique est sa faible sensibilité. L’imagerie moléculaire s’appuie également sur des méthodes optiques, qui consistent à injecter une molécule et à suivre son devenir dans les cellules. Celles qui ont intégré e visible ou dans l’infrarouge) qui peut être agerie optique est une technique complémentaire à l’IRM car elle présente une faible résolution mais une très bonne sensibilité. Les complexes de lanthanides car ils permettent une détection, soit par

résonance magnétique (complexes de gadolinium), soit par luminescence (complexes de terbium et d’europium). Les composés de lanthanides présentent des propriétés intéressantes comme sondes optiques dues à leur long temps de vie qui permet de s’affranchir de la fluorescence des molécules biologiques. De plus, les composés de lanthanides présentent une forte résistance à la photo- décomposition et une bonne discrimination spectrale.

Des agents de contraste à base de Gd(III) sont quant à eux utilisés avec succès depuis la fin des années 80. Si l’efficacité des agents commerciaux est satisfaisante, elle n’en reste pas moins inférieure aux valeurs prédites par la théorie. Pour associer l’imagerie moléculaire à l’IRM, il est nécessaire de développer de nouveaux marqueurs qui augmentent considérablement l’efficacité des agents de contraste et donc améliorent la sensibilité de cette technique. Aux champs classiques des imageurs, les paramètres à optimiser pour améliorer la relaxivité des complexes sont le nombre de molécules d'eau de sphère interne, la vitesse d’échange des molécules d’eau en première sphère et le temps de corrélation rotationnelle du complexe. De nombreuses études sur ces paramètres ont été menées et ont mis en lumière leur influence sur la relaxivité. Les développements se sont donc orientés vers des complexes ayant une vitesse d’échange optimisée, afin de pouvoir ensuite ajuster les autres paramètres. L'accès à des temps de corrélation rotationnelle plus long a dirigé les recherches vers des complexes plus gros, soit par association non covalente avec des macromolécules, soit par le greffage sur différents supports et le développement d’agents multimériques. L’accès à de tels marqueurs nécessite de fixer sur les complexes des macromolécules ou nanoobjets biocompatibles via un espaceur adéquat. Un autre moyen pour aller vers l’imagerie moléculaire est d’associer la haute résolution de l’IRM avec la très bonne sensibilité de l’imagerie optique en associant dans une même entité un élément paramagnétique et un élément luminescent. Ce travail de thèse est dédié à l'optimisation des propriétés relaxométriques d'agents de contraste pour l'IRM en les incorporant dans des systèmes macromoléculaires ou dans des nanoobjets. Depuis plusieurs années, notre groupe travaille sur la conception de complexes de lanthanides avec des propriétés relaxométriques et de luminescence optimisées. Deux séries de ligands ont été étudiées auparavant au laboratoire. La première est une série de complexes présentant des unités chélatantes picolinates. L’architecture du ligand a été modulée pour comprendre les effets sur la relaxivité et accéder à des systèmes aux propriétés optimisées. De plus l'unité picolinate est un bon sensibilisateur pour la luminescence de l’Eu(III) et du Tb(III) dans le visible et de bons rendements quantiques ont été obtenus.38, 90, 91 La deuxième série de complexes utilise les unités 8-hydroxyquinoléines comme unités chélatantes. L'introduction de ces unités sur un squelette tripodal donne des complexes de lanthanides très stables, même en milieu biologique. Ce noyau aromatique permet également la sensibilisation de l’Yb(III), du Nd(III) et de l'Er(III) dans le proche infrarouge.92-94

Figure I-34 : Ligands précédemment dév

moléculaire. L'augmentation attendue résulte de deux effets

nombre de complexes dans une seule entité et d’autre part l'amplification des effets d’au

de la relaxivité lors de l’incorporation. Dans le cadre de cette thèse, trois approches sont utilisées pour concevoir des agents de contraste pour l’IRM possédant une très haute relaxivité

de sondes bimodales IRM/Optique, conception

complexes de Gd(III) dans un système nanométrique. Pour concevoir de telles sondes, la première étape est la synthèse de complexes optimisés connus au laboratoire et comportant une fonction réactive : amine, azoture, thiol afin de pouvoir être couplés à des systèmes macromoléculaires ou des nanobjets (chapitre II).

Des études préliminaires réalisées en collaboration avec l'équipe de Peter Reiss (LEMOH/SPrAM/INAC) montrent que l’association des complexes [Gd(b

[Gd(dpaa)(H2O)3]96 à des objets de taille nanométrique

des sondes adaptées pour l’IRM et l’imagerie optique. Dans ce travail de thèse, l’objectif est de développer une sonde bimodale aux propriétés relaxométriques optimisées en greffant des complexes de Gd(III) sur des quantum dots (chapi

complexes de Gd(III) et les quantum dots pourra amplifier les effets obtenus.

Figure I-35 : Principe d’accroche des complexes de Gd(III) sur les quantum dots

: Ligands précédemment développés au laboratoire

L’objectif de ce travail de thèse est d'exploiter les ligands ayant les propriétés optimales pour les incorporer dans des systèmes macromoléculaires ou des nanoobjets afin de concevoir des agents de contraste à haute relaxivité conduisant à améliorer la sensibilité de l’IRM dans le but de l’imagerie moléculaire. L'augmentation attendue résulte de deux effets : d’une part l'association d'un grand nombre de complexes dans une seule entité et d’autre part l'amplification des effets d’au

de la relaxivité lors de l’incorporation. Dans le cadre de cette thèse, trois approches sont utilisées pour concevoir des agents de contraste pour l’IRM possédant une très haute relaxivité

de sondes bimodales IRM/Optique, conception de sondes ADN et incorporation non covalente de complexes de Gd(III) dans un système nanométrique. Pour concevoir de telles sondes, la première la synthèse de complexes optimisés connus au laboratoire et comportant une fonction azoture, thiol afin de pouvoir être couplés à des systèmes macromoléculaires ou

Des études préliminaires réalisées en collaboration avec l'équipe de Peter Reiss (LEMOH/SPrAM/INAC) montrent que l’association des complexes [Gd(b

à des objets de taille nanométrique tels que des quantum dots

l’IRM et l’imagerie optique. Dans ce travail de thèse, l’objectif est de développer une sonde bimodale aux propriétés relaxométriques optimisées en greffant des complexes de Gd(III) sur des quantum dots (chapitre III). La variation des espaceurs entre les complexes de Gd(III) et les quantum dots pourra amplifier les effets obtenus.

: Principe d’accroche des complexes de Gd(III) sur les quantum dots eloppés au laboratoire

L’objectif de ce travail de thèse est d'exploiter les ligands ayant les propriétés optimales pour les incorporer dans des systèmes macromoléculaires ou des nanoobjets afin de concevoir des agents de uisant à améliorer la sensibilité de l’IRM dans le but de l’imagerie : d’une part l'association d'un grand nombre de complexes dans une seule entité et d’autre part l'amplification des effets d’augmentation de la relaxivité lors de l’incorporation. Dans le cadre de cette thèse, trois approches sont utilisées pour concevoir des agents de contraste pour l’IRM possédant une très haute relaxivité : conception de sondes ADN et incorporation non covalente de complexes de Gd(III) dans un système nanométrique. Pour concevoir de telles sondes, la première la synthèse de complexes optimisés connus au laboratoire et comportant une fonction azoture, thiol afin de pouvoir être couplés à des systèmes macromoléculaires ou

Des études préliminaires réalisées en collaboration avec l'équipe de Peter Reiss (LEMOH/SPrAM/INAC) montrent que l’association des complexes [Gd(bpatcn)(H2O)]95 et

dots permet d’obtenir l’IRM et l’imagerie optique. Dans ce travail de thèse, l’objectif est de développer une sonde bimodale aux propriétés relaxométriques optimisées en greffant des tre III). La variation des espaceurs entre les

Dans la cadre d’une collaboration avec le Labora

Gasparutto, LAN/SCIB/INAC), il a été montré que la réaction d’Huisgen entre un ligand contenant une fonction azoture et un nucléoside modèle, la désoxy

permettait de coupler le complexe [Gd(dpaa)(H

thèse est de détecter les coupures et/ou interactions de l’ADN par variation de relaxivité greffant des complexes de Gd(III) aux propriétés optimisées

Figure I-36 : Greffage de complexes de Gd(III) sur des oligonucléotides

Enfin, l’incorporation non covalente

montré une très forte augmentation de la relaxivité, jusqu’à

de ce mécanisme régissant cette haute relaxivité est un objectif essentiel pour obtenir un système possédant une très haute relaxivité

notamment en milieu biologique (chapitre V)

Figure I-37 : Incorporation non covalente des complexes de Gd(III) dans des billes de silice

Dans le document Nouveaux marqueurs à base de lanthanides pour l'imagerie moléculaire et l'analyse biomédicale (Page 52-55)