La protéine de capside du virus de la mosaïque de la papaye (PapMV CP) s’assemble autour d’un ARN simple brin pour former des nanoparticules. Nous avons montré que ces nanoparticules peuvent être fusionnées à des épitopes peptidiques permettant le développement d’une réponse immunitaire protectrice. Le C-terminal de la protéine a été utilisé comme site de fusion dans nos études précédentes. Récemment, nous avons découvert que des fusions après le résidu 12 ou 187 de la CP démontrent aussi un potentiel pour fusionner les épitopes d’intérêt. Le but de ce projet de recherche est de déterminer la capacité d’induire une réponse cellulaire en utilisant des nanoparticules PapMV CP fusionnées à un épitope cellulaire sur différents sites de fusion. L’immunisation de souris avec les particules recombinantes a permis de démontrer qu’une fusion au N-terminus était plus efficace pour induire la prolifération des lymphocytes T CD8+ spécifiques. De plus, les résultats révèlent que la multimérisation de la CP sous forme de nanoparticules est un critère requis pour induire une réponse cellulaire.

L’augmentation de la pression intraoculaire (PIO) constitue un important facteur de risque dans l’apparition d’un glaucome, car elle est susceptible d’endommager de manière irréversible le nerf optique et de mener à une perte de la vision. Cependant, les médicaments actuellement utilisés pour réduire la PIO pénètrent difficilement dans l’oeil jusqu’à leur site d’action. En effet, plusieurs barrières physiologiques empêchent les corps étrangers d’y accéder. Il s’avère donc nécessaire de développer un système de relargage permettant d’améliorer la médication contre le glaucome. L’hypothèse de ce projet est basée sur l’utilisation des nanoparticules d’or (AuNP) en tant que vecteurs de médicaments, ainsi que sur leur propriété de liaison aux protéines du film pré-cornéen afin d’augmenter la biodisponibilité et l’efficacité des médicaments contre le glaucome. La synthèse et la purification d’AuNP stabilisées par différents groupements polyéthylène glycol (PEG) ont été mises au point et optimisées. L’étude de l’encapsulation du travoprost, molécule fortement hydrophobe utilisée actuellement pour traiter le glaucome, a été réalisée par spectroscopie UV-visible (UV-vis) et diffusion dynamique de la lumière (DLS). Les propriétés mucoadhésives des AuNP ont été étudiées notamment par UV-vis, spectrofluorimétrie, ainsi que par une méthode de quantification colorimétrique. Le PEG constitue un environnement favorable permettant d’encapsuler le travoprost, alors que les mucines sont en mesure de se lier efficacement aux AuNP jusqu’à leur coeur métallique. Les AuNP stabilisées par du PEG monothiol de 2000 g/mol (PEG 2000-SH) sont plus mucoadhésives que celles stabilisées par un mélange de PEG 2000-SH et de PEG 1000 double thiol. Ces travaux répondent à une problématique actuelle qui est la faible biodisponibilité des médicaments contre le glaucome administrés par voie topique. À terme, si les propriétés mucoadhésives des AuNP se confirment, cette stratégie pourrait être utilisée pour des médicaments visant d’autres muqueuses (respiratoires, sexuelles, digestives ou bu / An increased intraocular pressure (IOP) is an important risk factor in the development of glaucoma because it can irreversibly damage the optic nerve, eventually resulting in vision loss. However, IOP-reducing drugs which are topically administrated do not permeate easily into the eye to reach their site of action. Indeed, many physiological barriers prevent the entrance of foreign bodies. It is thus necessary to develop a new drug release system in order to improve glaucoma medication. The hypothesis of this project is based on the use of gold nanoparticles (AuNP) as drug vectors and their properties to bind tear film proteins in order to increase the bioavailability and efficiency of IOP-reducing drugs used to treat glaucoma. The synthesis and purification of AuNP stabilized by different polyethylene glycol (PEG) groups were developed and optimized. The study of the encapsulation of travoprost, a highly hydrophobic drug currently used to treat glaucoma, was performed using UV-visible spectroscopy (UV-vis) and dynamic light scattering. The mucoadhesive properties of AuNP were assessed, in particular by UV-vis, spectrofluorimetry and by a colorimetric quantification method. Depending on the type of AuNP, mucins are able to efficiently interact with their metallic core or their surface. Moreover, the PEG groups coating the nanoparticles constitute a favorable environment for the travoprost, allowing the AuNP to encapsulate several molecules. AuNP stabilized by thiolated PEG having a molar weight of 2000 g/mol (PEG 2000-SH) are more efficient than AuNP stabilized by PEG 2000-SH plus dithiol PEG 1000 (AuNP double thiol). This research project proposes solutions countering the low bioavailability of topically-administered antiglaucoma drugs. Eventually, this strategy could be used to deliver other classes of drugs to other mucosal targets, such as respiratory, sexual, digestive or buccal ones.

Le scanner spectral à comptage photonique (SPCCT) associé à des agents de contraste spécifiques pourrait détecter certaines inflammations cardiovasculaires à un stade précoce. Les agents de contraste utilisés actuellement en imagerie à rayons X sont des petites molécules qui sont éliminées du système cardiovasculaire en quelques minutes. D’où la nécessité de développer des nanosystèmes présentant des nouvelles caractéristiques intéressantes (ciblage passif/actif, temps de circulation sanguine prolongé, etc.). Dans ce projet de recherche, des nanoparticules (NPs) de polymères iodés ont été produites à l’aide du procédé de nanoprécipitation. Dans un premier temps, les paramètres de procédé et de formulation ont été optimisés pour fournir un agent de contraste répondant à des spécifications physicochimiques précises. Des nanoparticules composées d’une matrice de polymère iodé enveloppée de PEG ont été formulées. Ces suspensions de NPs sont extrêmement stables (jusqu’à 8 mois dans l’eau et dans le sérum humain), monodisperses, avec un diamètre moyen de 150 nm. Une concentration en iode de 100 g(I). mL-1 obtenue après une étape de centrifugation / redispersion a fourni un agent de contraste avec une radiopacité dans la gamme appropriée pour l’imagerie du système cardiovasculaire et l’étude de la biodistribution. Les algorithmes de reconstructions implémentés dans le SPCCT (Décomposition de la matière et reconstruction K-edge), ont permis une quantification précise de l’iode, ainsi qu’une discrimination spécifique du gadolinium et de l’iode dans des phantoms contenant un mélange des deux éléments. La biodistribution a été évaluée après injection des NPs à des rats par voie intraveineuse. Les NPs permettent une visualisation détaillée du système cardio-vasculaire, accompagnée d’une accumulation progressive dans le foie et la rate. Ces deux organes étaient toujours visibles 15 jours après l’injection. Une étude de biodégradation des NPs a été menée sur des cellules de macrophages. Malgré la biodégradabilité potentielle des polymères, les NP intériorisées par les macrophages par phagocytose au cours d’une incubation de 5 heures restent intactes pendant 5 semaines, tandis que certaines cellules sont dégradées. Des NPs ciblant la tropoélastine ont également été synthétisées pour l’imagerie active de la plaque d’athérosclérose au niveau moléculaire. Un test Biacore a montré une affinité des NPs conjuguées avec le peptide de ciblage vis-à-vis de la molécule réceptrice / The Spectral Photon Counting Computed Tomography (SPCCT) technology associated with specific contrast agents could detect some cardiovascular inflammations at an early stage. Currently, contrast agents for CT are small molecules that are eliminated from the cardiovascular system within few minutes. Hence there is a need to develop nanosystems that present new interesting features (passive/active targeting, long blood circulation times, etc.). In this work, iodinated polymer nanoparticles (NPs) were produced using the nanoprecipitation process. First, the process and formulation parameters were optimized to provide a contrast agent that meets definite physicochemical specifications. Highly stable (up to 8 months in water and human serum), monodisperse suspensions of spherical NPs with an average diameter of 150 nm were obtained. The iodinated polymer matrix core is coated by a PEG shell. An iodine concentration of 100 g(I).mL-1 reached after a centrifugation/redispersion step provided radiopacity of the contrast agent in the right range for imaging cardiovascular system and studies of biodistribution. SPCCT material decomposition and K-edge reconstruction allowed accurate quantification of iodine, as well as specific discrimination of gadolinium and iodine in phantoms containing mixtures of both elements. Biodistribution was assessed after intravenous injection of iodinated polymer NPs to rats, revealing a clear visualization of the cardiovascular system, and progressive accumulation in liver and spleen. These organs were still visible up to 15 days post-injection. A biodegradation experiment was carried out on macrophages cell culture. Despite the potential biodegradability of the polymers, NPs internalized by the macrophages after a 5h incubation via the phagocytosis mecanism, remained intact during 5 weeks, while some cells were degraded. Tropoelastin targeting NPs were also developed for active imaging of the atherosclerosis plaque at the molecular level. A Biacore test showed specific affinity of the NPs conjugated with the targeting peptide towards tropoelastin

Les nanoparticules, outils d'innovation dans le domaine biomédical, promettent des avantages significatifs, notamment au niveau du diagnostic et du traitement. Les nanoparticules d'or de forme anisotrope, nanobâtonnets, nanoprismes etc. présentent une absorption de la lumière dans le domaine du proche infrarouge, ce qui s'accompagne d'une augmentation locale de la température. Cet échauffement local provoqué par les nanoparticules d'or est exploité dans des thérapies, comme l'hyperthermie photo-assistée. Quant aux nanoparticules de fer, ce sont leurs propriétés magnétiques qui sont visées. Elles sont principalement mises à profit dans l'imagerie médicale, les nanoparticules de fer étant de bons agents de contraste pour l'IRM. Au cours de cette thèse nous nous somme intéressés d'une part à la synthèse de nanoparticules d'or de forme anisotrope sans utilisation, en tant qu'agent structurant, d'un tensioactif cationique, redouté pour sa toxicité. Pour cela la méthode polyol a été utilisée. En fonction des conditions de synthèse des plaquettes ou des cubes d'une taille sans précédent (ca. 21-50 nm) pour cette méthode ont été obtenus. Leur fonctionnalisation par des polymères de type PEG a été ensuite réalisée. D'autre part des nanoparticules de fer zero-valent de ca. 13 nm ont été élaborées en utilisant une approche organométallique dans le but de conserver une aimantation élevée nécessaire pour les applications envisagées. Nous avons réussi leur transfert dans l'eau, tout en conservant un cœur de fer zéro-valent de ca. 10 nm et donc une forte aimantation, grâce à des ligands comportant un groupement d'ancrage à la surface de nanoparticules type acide phosphonique. Des mesures préliminaires de leur relaxivité transversale ont été réalisées, ouvrant des perspectives très prometteuses en tant qu'agent de contraste en IRM. / Nanoparticles, tools of innovation in the biomedical field, promise significant advantages, notably in terms of diagnostic and therapy. Gold nanoparticles of anisotropic shape, nanorods, nanoprisms, etc. exhibit light absorption in the near-infrared region, which is accompanied by a local increase in temperature. This local warm-up is used in therapies, such as photo-assisted hyperthermia. In the case of iron nanoparticles, their magnetic properties are of interest for applications. They are mainly used in medical imaging, iron nanoparticles being good contrast agents for MRI. In this thesis, we have been interested in the synthesis of gold nanoparticles of anisotropic shapes free of cationic surfactants as structuring agent, because of their toxicity. As alternative the polyol method has been used. Depending on the synthesis conditions, platelets or cubes with an unprecedented size (ca. 21-50 nm) for this king of synthetic method have been obtained. On the other hand, zero-valent iron nanoparticles of ca. 13 nm have been developed using an organometallic approach in order to obtain nanoparticles with a high magnetization, necessary for the envisaged applications. We have succeeded in transferring iron nanoparticles into water, while conserving a zero-valent iron core of ca.10 nm and therefore a strong magnetization, thanks to ligands bearing a phosphonic acid head group in order to anchor them to the surface of the nanoparticles. Preliminary measurements of their transversal relaxivity have been carried out, opening up promising prospects as contrast agent for MRI.

Une des plus grande cause de mortalité aujourd'hui est le cancer. Acutellement, les nanotechnologies ont permis le développement de nouvelles approches dans le traitement du cancer. Ainsi, il est devenu nécessaire de concevoir et modeler des nanoparticules (NPs) multimodales et d'évaluer leur application thérapeutique potentielle. Les nanoparticules inorganiques étudiées dans le cadre de ce travail sont basées sur des oxydes métalliques (e.g. TiO2 et HfO2) et présentent plusieurs fonctionnalités permettant leur localisation et leur quantification en utilisant différentes techniques telles que l'IRM et l'imagerie optique. Notamment grâce à l'insertion de terres rares dans la matrice NPs. D'autre part, comme la température des cellules saines et cancéreuse diffère, la détermination locale de la température peut être intéressante et obtenue par l'étude de la luminescence d'une paire de terres rares judicieusement choisie.Ainsi des NPs de TiO2 et de HfO2 ont été synthétisées par voie hydrothermale, permettant un contrôle de leur taille et de leur morphologie. De plus, des terres rares, comme l'europium, le terbium et le gadolinium ont été insérées au sein des matrices d'oxyde d'hafnium permettant d'obtenir des nanoparticules multifonctionnelles, basées sur la détection par imagerie optique et magnétique et la détection de la température (nanothermomètre). Les NPs ont été caractérisées et des mesures de relaxivité ont été effectuées. La luminescence de ces NPs a été étudiée et a permis la mise au point d'un nanothermomètre avec une sensibilité de 0.1%.K-1. / Cancer is one of the main cause of mortality in the world. Recently, nanotechnologies have led tonew approaches in cancer therapy. In this context, it is important to design multimodal nanoparticles (NPs) andassess their therapeutic potential. The inorganic NPs studied here are based on metal oxides (e.g., TiO2 and HfO2)exhibiting functionalities that allow their localization and tracking using various techniques (MRI, luminescence),as well as their quantification. For this purpose, rare-earth elements are inserted in the metal oxide matrices. Asthe lethal temperatures for healthy and tumor cells are different, it is also important to ascertain thetemperature of the cells during ionizing radiation treatment. This may be achieved based on the light emissionof suitable pairs of rare-earth elements.Thus, titania and hafnia nanoparticles were synthesized by the hydrothermal method enabling the control ofmorphology and size. Furthermore, the hafnia matrices were doped with rare-earth elements, such as europium,terbium and gadolinium, endowing NPs with functionalities such as luminescence tracking, magnetic resonanceimaging and nanothermometry. The chemical characterizations were performed and the relaxivity constantswere assessed. The luminescence response was also studied, and one nanothermometer with a sensitivity atroom temperature ca. 0.1 %.K-1 was obtained.

Ces travaux portent sur l'élaboration de catalyseurs hétérogènes en milieu liquide ionique (LI). Ces sels liquides à température ambiante permettent d'ajuster les propriétés du solvant suivant la composition chimique du LI mis en jeu (sels d'imidazolium ou Deep Eutectic Solvent à base de chlorure de choline et urée). Ce type de solvant a permis la synthèse et le dépôt de nanoparticules (NPs) d'Au et Au-Pd sur TiO2. Le type de LI utilisé influence la stabilité des NPs en solution, la force de l'interaction métal/support et la nanostructuration des particules bimétalliques. Les performances catalytiques en hydrogénation sélective du butadiène ont montré une amélioration de l'activité des catalyseurs monométalliques à base d'Au en présence de Pd, une promotion de l'activité des catalyseurs (mono-et bimétalliques) par des espèces phosphorées résiduelles issues du LI et une inhibition de l'activité par des espèces soufrées. Des supports TiO2 ont également été préparés en milieu DES. L'utilisation de ce LI et d'un précurseur de Ti spécifique a permis de contrôler la texture et la structure du polymorphe obtenu (anatase, rutile ou mélange anatase-rutile). L'influence de la nature du support a été étudiée en oxydation du CO après dépôt d'Au par dépôt-précipitation à l'urée. Les catalyseurs Au/TiO2 les plus actifs ont été obtenus pour des mélanges anatase-rutile, la proximité entre phases anatase et rutile menant à un optimum de réactivité et de stabilité. / This work deals with the elaboration of heterogeneous catalysts in ionic liquids (ILs). These salts, liquid at room temperature, were chosen because they permit to adjust the solvent properties depending on their chemical composition (imidazolium salts or Deep Eutectic Solvent based on choline chloride and urea). These solvents allowed the synthesis and deposition of Au and Au-Pd nanoparticles (NPs) on TiO2. The IL nature controls the NPs stability in solution, the strength of the metal/support interaction and the nanostructuration of bimetallic particles. The catalysts performances, evaluated by selective hydrogenation, showed an increase in activity of the Au monometallic catalysts after addition of Pd, a promotion of the catalysts activity due to the presence of P residues from the ILs and an inhibition of the activity caused by S species. TiO2 supports were also prepared in DES. The use of this IL, in addition to a specific Ti precursor, led to a textural and structural control of the obtained polymorphs (anatase, rutile or anatase-rutile mixture). The influence of the support type was studied in CO oxidation after Au deposition by urea deposition-precipitation. The most active Au/TiO2 catalysts were obtained with anatase-rutile mixtures, the vicinity between anatase and rutile phases leading to an optimum activity and stability.This work deals with the elaboration of heterogeneous catalysts in ionic liquids (ILs). These salts, liquid at room temperature, were chosen because they permit to adjust the solvent properties depending on their chemical composition (imidazolium salts or Deep Eutectic Solvent based on choline chloride and urea). These solvents allowed the synthesis and deposition of Au and Au-Pd nanoparticles (NPs) on TiO2. The IL nature controls the NPs stability in solution, the strength of the metal/support interaction and the nanostructuration of bimetallic particles. The catalysts performances, evaluated by selective hydrogenation, showed an increase in activity of the Au monometallic catalysts after addition of Pd, a promotion of the catalysts activity due to the presence of P residues from the ILs and an inhibition of the activity caused by S species. TiO2 supports were also prepared in DES. The use of this IL, in addition to a specific Ti precursor, led to a textural and structural control of the obtained polymorphs (anatase, rutile or anatase-rutile mixture). The influence of the support type was studied in CO oxidation after Au deposition by urea deposition-precipitation. The most active Au/TiO2 catalysts were obtained with anatase-rutile mixtures, the vicinity between anatase and rutile phases leading to an optimum activity and stability.

La chimio-embolisation hépatique (CHE) est recommandée pour le carcinome hépatocellulaire (CHC) non curable. L'utilisation de plateformes de release au cours des CHE permet la libération lente de la chimiothérapie dans les artères tumorales et l'exposition prolongée des cellules tumorales tout en minimisant les effets systémiques. L’émulsion lipiodolée est l'une des plateformes les plus couramment utilisées pour la CHE du CHC. Cependant, la libération de chimiothérapie se produit trop rapidement car les émulsions lipiodolées sont très instables Tout d'abord, nous avons démontré qu’une meilleure stabilité (utilisation d’un tensioactif synthétique comme émulsifiant) améliore les propriétés thérapeutiques de l'émulsion lipiodolée dans un modèle de lapin porteur de tumeurs VX2. Une revue de la littérature indique également que l'émulsion lipiodolée doit être de type eau dans l'huile (w/o) pour une meilleure sélectivité tumorale. Ensuite, nous avons analysé les paramètres techniques qui formulent des émulsions w/o avec la meilleure stabilité et sans émulsifiant supplémentaire. Nous avons constaté que l'incorporation progressive de la chimiothérapie dans le Lipiodol aboutit à un type d’émulsion w/o beaucoup plus prévisible et à une plus grande stabilité. Nous avons également constaté qu’un ratio volumique élevé Lipiodol / chimiothérapie est un paramètre important pour la stabilité de l’émulsion. Ensuite, nous avons développé un nouveau concept d'émulsion pour CHE qui utilise des nanoparticules d'acide polylactique-co-glycolique (PLGA) (Nps) pour stabiliser le Lipiodol et la chimiothérapie (Emulsion de Pickering). L'analyse in-vitro a démontré que l'émulsion de Pickering est la seule plateforme de release (versus émulsion lipiodolée ou billes chargées) qui permet une libération lente et complète de diverses chimiothérapies (doxorubicine, irinotécan, oxaliplatine) mais aussi d'anticorps (anti-CTLA4), ce qui fait de l'émulsion Pickering une plateforme de release universelle, non seulement pour la CHE mais aussi pour l'immunothérapie intra-artérielle. Enfin, la CHE avec de l'oxaliplatine a été réalisé dans un modèle de lapin porteurs de tumeurs VX2 pour comparer l'émulsion de Pickering et l'émulsion lipiodolée. Grâce à son release lent, l'émulsion de Pickering a considérablement diminué l'exposition systémique, mais également augmenté de manière significative le ratio tumeur / foie de l'exposition à l’oxaliplatine. / Liver Trans-Arterial Chemo-Embolization (TACE) is recommended for non-resectable, intermediate Hepatocellular carcinoma (HCC). The use of drug delivery platforms during TACE allows slow release of chemotherapy into the tumors’ arterial supply and prolonged exposure of the tumor cells while minimizing systemic exposures. Lipiodol-emulsion is one of the most widely used drug delivery platforms for TACE of HCC. However, the release of chemotherapy occurs very rapidly because Lipiodol-emulsions have poor stability. First, we have demonstrated that high stability (using synthetic surfactant as emulsifier) improves the therapeutic properties of Lipiodol-emulsion in a VX2-tumor rabbit model. A literature review also indicates that Lipiodol-emulsion must be water-in-oil (w/o) for better tumor’ uptakes. Next, we analyzed technical parameters that formulate in-vitro w/o emulsions with better stability without any additional emulsifier. We found that progressive incorporation of chemotherapy in the Lipiodol results in much more predictable w/o type and higher stability and that higher ratio of Lipiodol/chemotherapy is also a critical parameter for stability. Then, we develop a new concept of emulsion for TACE that uses Polylactic-co-glycolic acid (PLGA) nanoparticles (Nps) to stabilize Lipiodol and chemotherapy (Pickering-emulsion). In-vitro analysis demonstrated that Pickering-emulsion is the only drug delivery system (versus Lipiodol-emulsion and drug eluding beads) that allows slow and complete release of various chemotherapies (doxorubicin, irinotecan, oxaliplatin) but also of antibodies (anti-CTLA4), making Pickering-emulsion an universal carrier, not only for TACE but also for trans-arterial immunotherapy. Finally, TACE with oxaliplatin were performed in a VX2-tumor rabbit model to compare in-vivo Pickering-emulsion and Lipiodol-emulsion. Thanks to its slow drug release, Pickering-emulsion significantly decreased the systemic exposure but significantly increased the tumor/liver ratio oxaliplatin exposure.

Gold nanoparticules (GNPs) are of great interest for several applications in nanomedicine ; espacially in imaging and sensing, drug delivery or photothermal therapy because of their unique physical and chemical properties. For all theses applications, a better understanding of the interaction of GNPs with biomolecules and their uptake into cells is of great importance. Thus the main objective of this thesis was to study the toxicity of GNPs in biological media based on their sizes, shapes and surface chemistries. Cytotoxicity studies on human cells were done in vitro in presence of six GNP samples having spherical and flower shapes. We compared the cytotoxic effects and showed that it was largely higher for flower-shaped GNPs than spherical ones. Further we built-up the optical assembly and the set-up of the Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Followed by the set-up, the sensitivity, the resolution and other parameters were determined during the characterization of the FCS sytem. Then FCS was used to characterize fluorescent molecule-conjugated GNP, wich were fabricated in the interest of biomedical applications. In the next step, we characterized the diffusion behavior of MitoTracker dye labeled mitochondria by FCS in order to be able to compare in future the mitochondrial diffusion after incubating with GNPs, wich is described as the perspectives. / Les nanoparticules d'or (NPO) sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications en nanomédecine (en particulier pour l'imagerie, la détection de pathologies, la délivrance de médicaments ou la thérapie photothermique) en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. Pour toutes ces applications, une meilleure compréhension de l'interaction des NPO avec les biomolécules et leur absorption dans les cellules est d'une importance primoridale. Ainsi, l'objectif principal de cette thèse était d'étudier la toxicité des NPO dans les milieux biologiques en fonction de leurs tailles, leurs formes et leurs chimies de surface. Des études de cytotoxicité sur des cellules humaines ont été réalisées in vitro, en présence de six types différents de NPO de forme sphérique et de nano-fleur. Nous avons comparé les effets cytotoxiques et montré qu'ils étaient largement supérieurs pour les NPO en forme de nano-fleur par rapport au NPO sphériques. En outre, nous avons mis en place un système de corrélation de spectroscopie de fluorescence (CSF). La sensibilité, la résolution et les principaux paramètres du système ont été déterminés lors de sa caractérisation. La CSF a ensuite été utilisée pour caractériser des NPO fluorescentes fabriquées pour des applications biomédicales. Nous avons également caractérisé la diffusion de Mitotracker, un marqueur des mitochondries par CSF afin d'être en mesure de comparer la diffusion mitochondriale après incubation de NPO.

L’objectif de ce projet est d’étudier l’interaction de nanoparticules polymères avec les membranes, soit directement sur des cellules entières ou grâce à des modèles membranaires biomimétiques, dans l’optique de valider leur utilisation dans le cadre d’applications biologiques. Des nanoparticules (NPs) polymères cœur/enveloppe avec un diamètre inférieur à 100 nm ont été synthétisés. Cette taille a été choisie afin de leur permettre de pénétrer à travers les membranes plasmiques. Des nanoparticules ayant la même composition chimique mais avec un diamètre hydrodynamique supérieur, de l’ordre de 250 nm, ont été également préparées afin de mettre en évidence l’effet de la taille des particules sur le processus d’internalisation cellulaire. Dans cette thèse, une méthode innovante de synthèse monotope a été développée pour obtenir des NPs coeur-enveloppe, compatibles en milieu aqueux et présentant à leur surface des résidus iniferter. Le coeur est composé de polystyrène avec une taille d’environ 30 nm. Un large éventail de fonctionnalités peut être greffé sur la surface du coeur par polymérisation radicalaire contrôlée en faisant varier différents types de monomères. L’épaisseur de l’enveloppe peut être ajustée en fonction de la concentration en monomère et du temps de polymérisation. Les nanoparticules synthétisées ont été caractérisées par diffusion dynamique de la lumière, par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, par analyse micro-élémentaire et par microcopie à transmission électronique. Les interactions des NPs à coeur polystyrène et avec des enveloppes de charge neutre et négative ont été étudiées avec des cellules kératinocytes épidermiques humaines néonatales (NHEK), des fibroblastes primaires humains et les cellules HACaT de kératinocytes humains. Les études de cytotoxicité réalisées en utilisant un marquage à l’iodure de propidium et un test à la lactate déshydrogénase n’ont relevé aucune toxicité sur les lignées testées. Cependant, le suivi de la prolifération cellulaire par impédance électrique de substrats cellulaires a indiqué que les nanoparticules anioniques induisent une forte diminution de la prolifération des kératinocytes. L’internalisation cellulaire des NPs a été confirmée par microscopie confocale qui n’indique pas leur colocalisation avec les endosomes précoces, les lysosomes et l’actine. De plus, les données obtenues par triage cellulaire par cytofluorométrie soutiennent qu’un mécanisme énergétiquement-dépendant est mis en œuvre pour l’internalisation des NP neutres, ce qui semble être moins le cas pour les nanoparticules négatives. Les membranes biomimétiques ont été employées afin d’étudier les spécificités des interactions entre nanoparticules et lipides dans des conditions contrôlées. L’étude sur des modèles de vésicules géantes couplée à de la spectroscopie de fluorescence a révélé que les nanoparticules coeur/enveloppe sont capables d’interagir profondément dans la région hydrophobe de la membrane, mais uniquement quand la bicouche lipide est en phase fluide désordonnée. Le mode de pénétration des NPs au travers de la bicouche des vésicules semblent engendrer la formation de pores. Un effet plus prononcé de rigidification de la bicouche a pu être observé lors de l’interaction de nanoparticules chargées négativement avec les bicouches de phosphatidycholines. Cet effet pourrait être attribué à un changement de l’orientation des têtes phosphocholines du à des interactions électrostatiques. En conclusion, les nanoparticules polymère que nous avons synthétisées apparaissent être des outils polyvalents pour les études d’interaction cellulaire et d’imagerie. Ces nanomatériaux peuvent être éventuellement être employés pour la délivrance de médicaments en incorporant les molécules actives dans une enveloppe polymère thermosensible par exemple. / This project’s aim was to study polymeric nanoparticle-membrane interactions using both live cells and biomimetic models with the idea to validate such nanoparticles for use in bio-applications. Core-shell polymeric nanoparticles below 100 nm, as this small size is capable of penetrating plasma membranes, were synthesised. Nanoparticles (NPs) with the same chemical composition but with hydrodynamic diameters of ~250 nm, were also prepared in an effort to highlight any effect of NP size on cell internalisation. In this thesis, an innovative method is presented for the synthesis of water-compatible, iniferter-bound polystyrene core shell NPs (~30 nm) using a one-pot synthetic method. A plethora of functionalities could be added to the nanoparticles via shell grafting from the surface of the polystyrene core in the presence of additional monomers via controlled living radical polymerisation. Shell thickness could be tuned as a function of monomer’s concentration and polymerisation time. The nanoparticles were fully characterised by dynamic light scattering, Fourier transform infra-red spectroscopy, microelemental analysis and transmission electron microscopy. Further, the interactions of polystyrene core NPs possessing neutral and anionic shells were investigated using neonatal human epidermal keratinocytes (NHEK), human primary fibroblasts and HaCaT cells. Cytotoxicity studies performed using propidium iodide and lactate dehydrogenase indicated no evidence of cytotoxicity in either cell line. However, cell proliferation monitored by electric cell substrate impedance sensing (ECIS) protocols indicated that anionic nanoparticles induced a dramatic decrease in cell proliferation in keratinocytes. The cellular internalisation of NPs was confirmed by confocal microscopy and no co-localisation was found with early endosomes, lysosomes or actin. Additionally, fluorescence activated cell sorting (FACS) data support the theory that an energy-dependent mechanism is employed for neutral NP internalisation but less so for negatively charged NPs. Biomimetic membrane models were used to investigate specific nanoparticle-lipid interactions under controlled conditions. Employing giant vesicles coupled with fluorescent spectroscopy techniques revealed that core-shell nanoparticles interact deep in the hydrophobic region of bilayers only when the membrane is in the fluid phase. Their mode of entering artificial cells (i.e giant vesicles) appears to cause the formation of pores. Anionic nanoparticles interact with the choline moiety of phosphatidylcholine and confer a rigidifying effect on phosphocholine containing bilayers. Therefore we conclude that the polymeric nanoparticles that we synthesized are versatile tools for cell interaction and imaging studies. These nanomaterials could eventually be applied to drug delivery studies by incorporation of the drug in for instance a thermoresponsive polymeric shell. Furthermore, it is clear that NPs coated with anionic and neutral polymeric shells present a lower toxicity profile than previously reported cationic nanoparticles. Both nanoparticles increase the order lipid bilayer vesicles composed of POPC (the most common glycerophospholipid) in animal and plants. Anionic nanoparticles in particular exhibit a rigidifying effect on POPC lipid bilayers and their mode of entry into cells may be due to the formation of pores which was determined to not induce cell death.

L'objectif de cette étude consiste à développer des électrodes modifiées à base des nanomatériaux à visées électroanalytiques. Pour ce faire, différentes méthodes de modification des électrodes ont été proposées à savoir la fonctionnalisation chimique, par adsorption et par électropolymérisation, en se servant des interactions électrostatiques et covalentes entre les surfaces des électrodes et les nanomatériaux (les nanoparticules magnétiques, les nanoparticules d'or, les polyoxométallates et les nanotubes de carbone). Les électrodes modifiées préparées ont permis de réaliser des dispositifs de détection (capteurs et biocapteurs) caractérisés par des performances analytiques intéressantes en termes de sensibilité et limite de détection. Des biocapteurs d'urée, à base d'électrodes semiconductrices, fonctionnalisées par des nanoparticules magnétiques portant l'enzyme uréase, ont permis d'obtenir de grandes sensibilités de détection de l'urée. Des capteurs chimiques pour la détection sensible de l'ion nitrite ont été obtenus en fonctionnalisant des électrodes de carbone vitreux et de diamant dopé au bore par des polyoxométallates. La combinaison de deux types des nanomatériaux (nanotubes de carbone et polyoxométallates hybrides) a permis l'obtention d'une structure originale qui présente les propriétés conductrices des nanotubes et électrocatalytiques des polyoxométallates. Ces structures originales ont permis la réalisation de biocapteurs enzymatiques de haute sensibilité pour la détection du glucose et du catéchol / The objective of the study consists in the development of modified electrodes, based on nanomaterials for electroanalytical applications. In this aim, different methods of modification of the electrodes have been proposed: chemical functionalization, adsorption and electropolymerization, using the electrostatic and covalent interactions between electrode surfaces and nanomaterials (magnetic nanoparticles, gold nanoparticles, polyoxometallates and carbon nanotubes). The prepared modified electrodes have allowed the obtaining of detection devices (sensors and biosensors) characterized for their interesting analytical performances in terms of sensitivity and detection limit. Urea biosensors, based on semi-conducting electrodes, functionalized with magnetic nanoparticles coated with urease enzyme, have allowed the sensitive detection of urea. Chemical sensors for the sensitive detection of nitrite ion have been obtained through functionalization of glassy carbon electrodes and boron doped diamond electrodes with polyoxometallates. The combination of both types of nanomaterials (carbon nanotubes and hybrid polyoxometallates) have allowed the obtaining of an original structure that presents conductive properties of nanotubes and electrocatalytic properties of polyoxometallates. These original structures have allowed the fabrication of enzymatic biosensors with a high sensitivity for the detection of glucose and catechol