Soutenance de thèse de Jean-Baptiste Bodin
Soutenance de thèse de Jean-Baptiste Bodin
Bodipy pour l’imagerie photoacoustique : Formulation en nanoparticules polymères, caractérisation photophysique avancée et évaluation biologique in vitro et in vivo
Nous avons synthétisé un nouveau Bodipy efficace pour l’imagerie photoacoustique (PA) in vivo de nanoparticules (NP) couramment utilisées comme nanovecteurs de médicaments.
Le Bodipy possède une bande d’absorption optimisée dans la fenêtre du proche infrarouge pour les tissus biologiques et un faible rendement quantique de fluorescence qui conduit à une bonne efficacité de génération photoacoustique. Après la polymérisation par ouverture de cycle du lactide initiée par le Bodipy, le polylactide-Bodipy (PLA-Bodipy) a été formulé en nanoparticules PEGylées avec différents taux d’encapsulation du Bodipy.
Les NP formulées, d’environ 100 nm, présentent d’excellentes propriétés PA : une bande d’absorption à 760 nm et un coefficient d’absorption molaire situé entre celui des petites molécules organiques et celui des NP d’or. Une photostabilité très améliorée - par rapport aux NP PLA marquées avec une cyanine - ainsi qu’une innocuité sur des macrophages en culture ont été démontrées.
Après injection intraveineuse chez des animaux sains, les NP ont été facilement détectées à l’aide d’un système commercial d’imagerie PA et d’une séparation spectrale. Afin de comprendre la relation entre les propriétés photophysiques des NP et le signal photoacoustique généré, nous avons montré que l’effet d’extinction de fluorescence provoqué par l’agrégation du Bodipy est étroitement relié à l’efficacité de génération photoacoustique.Pour cela, des NP avec différents taux de chargement de PLA-Bodipy et un spectrophotomètre photoacoustique calibré ont été exploités. Nous avons démontré la présence de deux régimes différents pour l’émission photoacoustique : un régime monomère et un régime d’extinction causée par l’agrégation.
Dans le régime monomère, en dessous de 10% en masse de PLA-Bodipy, l’émission de fluorescence du Bodipy monomère limite le rendement photoacoustique. Au-dessus de 10% de PLA-Bodipy, dans le régime d’extinction par agrégation, les désactivations non-radiatives sont majoritaires et le rendement photoacoustique atteint une valeur asymptotique élevée de 90%.
Un modèle mathématique a été proposé pour prédire le taux d’encapsulation minimal pour atteindre le régime d’extinction causé par agrégation. Nous avons également démontré une perte du signal photoacoustique à haute fluence laser (3,5 mJ.cm-2) par dépopulation de l’état fondamental. Cet effet non-linéaire peut être supprimé avec des NP dans le régime d’extinction causée par agrégation.
Les NP possédant plus de 10% de PLA-Bodipy démontrent une efficacité de génération photoacoustique élevée et une faible perte de signal par des effets non-linéaires.
Enfin, un AZA-Bodipy a été synthétisé pour conférer une sensibilité au pH aux NP polymère.
Faculté des sciencesSoutenance de thèse de Jean-Baptiste Bodin
Bodipy pour l’imagerie photoacoustique : Formulation en nanoparticules polymères, caractérisation photophysique avancée et évaluation biologique in vitro et in vivo
Nous avons synthétisé un nouveau Bodipy efficace pour l’imagerie photoacoustique (PA) in vivo de nanoparticules (NP) couramment utilisées comme nanovecteurs de médicaments.
Le Bodipy possède une bande d’absorption optimisée dans la fenêtre du proche infrarouge pour les tissus biologiques et un faible rendement quantique de fluorescence qui conduit à une bonne efficacité de génération photoacoustique. Après la polymérisation par ouverture de cycle du lactide initiée par le Bodipy, le polylactide-Bodipy (PLA-Bodipy) a été formulé en nanoparticules PEGylées avec différents taux d’encapsulation du Bodipy.
Les NP formulées, d’environ 100 nm, présentent d’excellentes propriétés PA : une bande d’absorption à 760 nm et un coefficient d’absorption molaire situé entre celui des petites molécules organiques et celui des NP d’or. Une photostabilité très améliorée - par rapport aux NP PLA marquées avec une cyanine - ainsi qu’une innocuité sur des macrophages en culture ont été démontrées.
Après injection intraveineuse chez des animaux sains, les NP ont été facilement détectées à l’aide d’un système commercial d’imagerie PA et d’une séparation spectrale. Afin de comprendre la relation entre les propriétés photophysiques des NP et le signal photoacoustique généré, nous avons montré que l’effet d’extinction de fluorescence provoqué par l’agrégation du Bodipy est étroitement relié à l’efficacité de génération photoacoustique.Pour cela, des NP avec différents taux de chargement de PLA-Bodipy et un spectrophotomètre photoacoustique calibré ont été exploités. Nous avons démontré la présence de deux régimes différents pour l’émission photoacoustique : un régime monomère et un régime d’extinction causée par l’agrégation.
Dans le régime monomère, en dessous de 10% en masse de PLA-Bodipy, l’émission de fluorescence du Bodipy monomère limite le rendement photoacoustique. Au-dessus de 10% de PLA-Bodipy, dans le régime d’extinction par agrégation, les désactivations non-radiatives sont majoritaires et le rendement photoacoustique atteint une valeur asymptotique élevée de 90%.
Un modèle mathématique a été proposé pour prédire le taux d’encapsulation minimal pour atteindre le régime d’extinction causé par agrégation. Nous avons également démontré une perte du signal photoacoustique à haute fluence laser (3,5 mJ.cm-2) par dépopulation de l’état fondamental. Cet effet non-linéaire peut être supprimé avec des NP dans le régime d’extinction causée par agrégation.
Les NP possédant plus de 10% de PLA-Bodipy démontrent une efficacité de génération photoacoustique élevée et une faible perte de signal par des effets non-linéaires.
Enfin, un AZA-Bodipy a été synthétisé pour conférer une sensibilité au pH aux NP polymère.