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Stage M2 - Caractérisations physico-chimique et acoustique de nouveaux agents d’imagerie photoacoustique

  • Recherche,
  • Santé-Sciences-Technologie,
  • Santé-social,
Date(s)

du 23 octobre 2019 au 6 janvier 2020

Sous la supervision scientifique du Prof. Igor Chourpa (EA NanoSondes et NanoMédecines/Université de Tours) et du Dr. Jean-Michel Escoffre

Caractérisations physico-chimique et acoustique de nouveaux agents d’imagerie photoacoustique (IPA)

Financé par RTR Motivhealth

Contexte et Intérêt Général

L’imagerie optique joue un rôle de plus en plus prépondérant dans les domaines de l’imagerie préclinique et clinique en raison notamment des développements récents en photonique et en sondes optiques. Néanmoins, l’une des limitations fondamentales de l'imagerie optique est liée à la diffusion de la lumière dans les tissus ce qui limite la résolution spatiale pour l’imagerie des zones profondes.

Plus récemment, l’imagerie optoacoustique, appelée aussi imagerie photoacoustique (IPA), a émergé comme une modalité prometteuse puisqu’elle s’affranchit de cette limitation. L’imagerie PA est une modalité d'imagerie qui offre un grand potentiel pour la recherche préclinique et aussi pour la recherche clinique. C’est une technique qui repose sur la stimulation optique des tissus par des impulsions laser proche infrarouge (PIR) de quelques nanosecondes. L’absorption optique de chromophores endogènes (e.g., hémoglobine, mélanine, lipides, collagène, etc.) ou exogènes (e.g., agents de contraste) induit un échauffement local et une expansion thermoélastique des tissus. Ces deux phénomènes provoquent l’émission d’ondes ultrasonores, de très hautes fréquences et de larges bandes qui sont détectées acoustiquement par la sonde ultrasonore. Ces ondes ultrasonores sont moins sujettes aux limitations rencontrées avec les photons. En raison des bonnes résolutions spatio-temporelles et de la pénétration des ultrasons dans le tissu, l’IPA permet donc d’obtenir des images de très haute résolution tout en profitant de l’excellent contraste de l’imagerie optique.

Aujourd’hui l’utilisation de cette modalité en préclinique et clinique nécessite le développement de nouveaux agents de contraste photoacoustique.

En raison de leur capacité d’interagir avec la lumière de grandes longueurs d’onde situées dans le PIR, les nanofleurs d’or (AuNFs) sont très prometteuses en tant qu’agents d’IPA [Guo et al. 2017, Jiang et al 2014]. Liées à la résonance plasmonique de la surface d’or, leurs propriétés optiques des AuNFs sont accordables, grâce aux paramètres-clés tels que la taille, la forme et l’état de surface d’or qui se prête à la bio-fonctionnalisation [Jiang et al 2014, Pacaud et al. 2019]. Le contrôle de ces paramètres et surtout leur optimisation pour l’utilisation en tant qu’agents d’IOA représente un enjeu de grande importance et reste un défi motivant de nombreux groupes de recherche dans le monde.

Avec son expertise en nanomédecine, l’unité NMNS a la maitrise de nombreux protocoles de fabrication et de biofonctionalisation de nanosystèmes multifonctionnels, notamment de nanofleurs d’or (Pacaud et al 2019, brevet en cours de dépôt).
çDans le cadre de la collaboration entre nos deux équipe nous proposons le développement (e.g., physico-chimie, stabilité, etc.) et la caractérisation (biodistribution, pharmacocinétique, etc.) de nouveaux agents de contraste photoacoustique à base de AuNFS: (1) pour l’imagerie : suivi de processus physiologiques/physiopathologiques et de traitements; (2) pour l’imagerie moléculaire : suivi de l’évolution spatio-temporelle d’un marqueur moléculaire impliqué dans une maladie ; (3) pour la thérapie guidée par imagerie : développement et caractérisation de nanovecteurs de médicaments couplés à un agent de contraste PA.

Objectifs

L’objectif de ce stage de M2 est d’étudier les propriétés physico-chimiques et acoustiques de nouveaux agents de contraste photoacoustique à base de nanofleurs d’or afin de les optimiser au vu de leur utilisation en tant qu’agents d’IPA.

Méthodologies utilisées

Synthèse et caractérisation physico-chimique – L’étudiant(e) de M2 générera les lots des nanofleurs d’or fonctionnalisées de diverses espèces organiques (polymères, fluorochromes, principes actifs) selon les protocoles développés dans l’unité NMNS. Par la suite, on établira leurs compositions chimiques et leurs propriétés optiques telles que : taille (par DLS et TEM), morphologie (par TEM), charge de surface (par zétamétrie) stabilité colloïdale (par DLS), absorption liée à la bande plasmonique (par spectrophotométrie UV-visible), réponse optique telle que l’émission de fluorescence et/ou la diffusion Raman, en vue de couplage possible de ces techniques optiques avec la IPA.

Caractérisation photoacoustique – L’étudiant(e) de M2 caractérisera les propriétés photoacoustiques de ces nouveaux agents d’imagerie grâce à l’utilisation de fantômes d’imagerie et de bancs de mesures acoustiques. Il exploitera la plateforme échographique Vevo 2100 présente dans notre équipe.

Retombées attendues

A la fin de cette étude, les propriétés physico-chimiques et photoacoustiques de ces nouveaux agents seront déterminées in-vitro. A court terme (6 mois à 1 an), nous réaliserons une validation in-vivo (pharmacocinétique, biodistribution, imagerie) de ces agents dans des modèles murins de cancer.

Un tel projet de recherche interdisciplinaire, à l’interface chimie/physique/biologie, constituera un terrain favorable pour former un jeune chercheur aux expertises de pointe en imagerie et nanomédecine.

References

  • Guo et al., (2017) Gold nanoparticles enlighten the future of cancer theranostics. Int. J. Nanomed., 12:6131-6152.
  • Jiang et al., (2014) Gold nanoflowers for 3D volumetric molecular imaging in tumor study by photoacoustic tomography. Nano. Research, just accepted.
  • Pacaud et al., (2020) One-step synthesis of gold nanoflowers of tunable size and absorption wavelength in the red & deep red range for SERS spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 225: 117502

Contacts

Prof. Igor Chourpa, EA 6295 Nanomédicaments et Nanosondes, 31 avenue Monge, 37200 Tours, Téléphone : 02 47 36 71 62, Adresse électronique : igor.chourpa@univ-tours.fr

Dr. Jean-Michel Escoffre, Inserm UMR 1253 iBrain/Université de Tours, bd Tonnellé, 37032 Tours, Cedex 1, Téléphone : 02 47 36 61 91, Adresse électronique : jean-michel.escoffre@univ-tours.fr