La thèse commence le 1er octobre 2012. IL s'agit pour cette première année de thèse de synthétiser différents complexes de coordination a base du Ruthénium, Fer, Manganèse et de Cobalt à ligands polypyridinique. Ces complexes seront ensuite assemblés par lien covalent. Nous proposons d'utiliser entre autre les techniques d'electrochimie pour induire ces couplages. On cherchera aussi a immobiliser les assemblages sur surface. La principale difficulté attendue dans cette etape du travail concerne la fonctionalisation dissymétrique des ligands pour l'obtention de triade. / This thesis deals with the synthesis and characterization of inorganic triads for photoinduced charge separation. A range of photosensitizers will be studied, and the effect of the donor and acceptor will be assesed as well. These systems will be studied in solution and immobalized on surfaces. Cette thèse traite de la synthèse et la caractérisation des triades inorganiques pour la séparation de charge photoinduite. Une gamme de photosensibilisateurs seront étudiées, et l'effet du donneur et accepteur sera ainsi étudié. Ces systèmes seront étudiés en solution et immobalizes sur les surfaces.

Les complexes polyazaaromatiques de ruthéniumII, et en particulier le [Ru(bpy)3]2+, ont fait l’objet de nombreuses études fondamentales en photochimie et photophysique. Du fait de ses propriétés photophysiques, et entre autres grâce à son temps de vie de luminescence relativement long, le [Ru(bpy)3]2+ est devenu un composé modèle en photophysique. Dès les années 1970, et principalement grâce aux travaux de T.J. Meyer, la photophysique du [Ru(bpy)3]2+ a été étudiée en détail afin de permettre l’élaboration d’un modèle photophysique qui peut être valablement étendu aux autres complexes polyazaaromatiques de RuII. La caractérisation du complexe [Ru(bpy)2(dppz)]2+ et de ses interactions avec l’ADN a, elle, promu l’étude des complexes de RuII en présence de biomolécules et a encouragé la recherche pour l’utilisation de complexes de ruthénium comme photosondes en biochimie.<p>Dans ce cadre, le laboratoire de Chimie Organique et Photochimie de l’ULB s’est attaché au développement de complexes polyazaaromatiques de ruthéniumII se caractérisant par leur capacité à photoréagir avec certaines biomolécules. Ces complexes se caractérisent par l’utilisation de ligands fortement π-déficients, comme le 1,2,4,5,8-tétraazaphénanthrène (TAP). Nettement plus photooxydant que les complexes analogues au [Ru(bpy)3]2+, ces complexes photooxydants sont capables, sous irradiation, de donner lieu à un transfert d’électron depuis la base guanine de l’ADN vers le complexe excité. Les deux entités radicalaires ainsi formées peuvent ensuite réagir entre elles pour former un photoadduit au sein duquel un lien covalent lie irréversiblement un ligand TAP du complexe à la guanine.<p><p>Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse de doctorat s’inscrivent dans la poursuite de la recherche effectuée au sein du laboratoire autour de cette photoréaction. Deux axes majeurs ont été développés. Un premier axe de recherche a été dédié à l’étude fondamentale des propriétés photophysiques et photochimiques du photoadduit obtenu suite à la photoréaction du [Ru(TAP)3]2+ avec une base guanine. Cette étude photophysique fondamentale de l’adduit [Ru(TAP)2(TAP-GMP)] (présentée dans le deuxième chapitre) vise à caractériser sa photophysique afin de comprendre comment, sous irradiation, des biadduits entre un complexe de ruthénium et deux guanines sont observés, alors que les premières études réalisées sur les photoadduits indiquent que ceux-ci ne sont pas luminescents. Le second axe de recherche consiste en la mise au point de systèmes élaborés à base des complexes de ruthénium visant à contrôler leur photoréactivité dans un milieu biologique. Pour ce faire, les complexes de ruthénium photoréactifs ont été ancrés sur des molécules biologiques. D’une part, les complexes ont été conjugués sur des OAS, oligonucléotides anti-sens, afin de conférer aux conjugués résultants la possibilité de cibler une partie précise de l’ADN ou d’ARN, et mener, in fine, au blocage de l’expression d’un gène particulier. Ces conjugués ont déjà été étudiés par le passé dans notre laboratoire. Les résultats présentés ici (chapitre 3) permettent à la fois de mieux comprendre la photochimie des Ru-OAS en présence de leur cible spécifique, ainsi que de démontrer in vivo la validité de la stratégie de gene silencing envisagée depuis quelques années. D’autre part, des complexes de ruthénium ont été conjugués à des peptides ou plateformes en vue de leur permettre de pénétrer à l’intérieur des cellules (chapitre 4). Les complexes ne pouvant normalement pas traverser les membranes cytoplasmiques, nous avons démontré que l’ancrage de ceux-ci au peptide transvecteur TAT permet de les vectoriser dans le cytoplasme. Cette incorporation se fait vraisemblablement par endocytose. Lors de ces études, l’importance de la localisation finale du complexe au sein de la cellule a été mise en évidence. Afin de conférer une sélectivité de vectorisation dans des cellules données (pénétration active et selon la présence de récepteurs spécifiques à la surface membranaire), les complexes ont été ancrés sur une plateforme RAFT(RGD)4. Dans ce cas, nous avons démontré qu’une internalisation spécifique dans des cellules sur-exprimant l’intégrine αvβ3 est possible pour les conjugués Ru-RAFT(RGD)4. Finalement, des études ont été réalisées sur les complexes ancrés sur plateforme calixarènique. Les résultats présentés permettent de caractériser ces conjugués Ru-Calix afin d’orienter leur développement avant les études de vectorisation cellulaire. Grâce aux résultats obtenus, un design permettant aux complexes de conserver leur photoréactivité a pu être établi et servira pour les développements futurs. En sus de ces deux axes de recherche principaux, le premier chapitre de résultats et discussions porte quant à lui sur l’étude fondamentale des complexes [Ru(TAP)3]2+ et [Ru(TAP)2(phen)]2+ ;plus précisément, une étude complète du complexe [Ru(TAP)2(phen)]2+ dans l’acétonitrile et le butyronitrile en présence d’un composé calixarènique (développé dans l’équipe du Pr. Ivan Jabin) est présentée. Il appert que l’utilisation du calixarène permet de mettre en évidence des processus photophysiques et photochimiques complexes, qui n’avaient pas été détectés auparavant. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Des assemblages linéaires de porphyrines reliées par des cations métalliques ont été obtenus en solution et visualisés à l’interface HOPG-solvant par STM. Afin de contrôler la taille des assemblages synthétisés en solution, une stratégie par différenciation de la réactivité des deux sites de coordination externes des porphyrines a été exploitée. De fortes interactions électroniques ont été mises en évidence entre les sous-unités des assemblages multi-porphyriniques. Atteignant la limite de solubilité et de caractérisation en solution avec les molécules comportant six porphyrines, une seconde stratégie a été développée, afin de synthétiser les oligomères à l’interface HOPG-phényloctane. L’auto-assemblage de monomères de porphyrines possédant deux sites de coordination externes a été étudié par STM. Après ajout de l’ion connecteur, des nanorubans comportant plusieurs dizaines de porphyrines reliées par des cations métalliques ont été observés par STM à l’interface HOPG-solvant. / Linear assemblies of porphyrins linked by metal ions were prepared both in solution and at an HOPG/phenyloctane interface. In the first part of the project, controlling the size of the linear assemblies generated in solution was the main goal. Porphyrins bearing two different external coordination sites were used to prepare finite oligomers. Strong interactions between the subunits were found in these compounds. In a second part of the project, the organization of monomeric or dimeric porphyrins at a solid/liquid interface was studied. Finally, linear porphyrin oligomers were prepared directly by self-assembly at an HOPG/phenyloctane interface. These porphyrin nano-ribbons were visualized by STM and presented sizes of several dozen nanometers.

Nous avons optimisé des liposomes thermosensibles, encapsulant un principe actif anticancéreux, le 5-Fluorouracile (5-FU), afin de déclencher sa libération par une hyperthermie locale modérée (39-42°C) induite par des ultrasons focalisés. L'hyperthermie sera appliquée au niveau de la tumeur, afin d'améliorer l’efficacité thérapeutique et de réduire la toxicité systémique. Les liposomes ont été formulés par hydratation du film lipidique en mélangeant la 1,2-dipalmitoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DPPC) pour sa thermosensibilité à 41,5 ± 0,5°C, le cholestérol (CHOL) pour favoriser la stabilité des liposomes vis-à-vis des composants du sang, et le 1,2-distéaroyl-sn-glycéro-3-phosphoéthanolamine-N-[méthoxy(polyéthylène glycol)-2000] (DSPE-PEG) pour assurer la furtivité de la formulation. Les expériences ont confirmé que les liposomes formulés à base de DPPC/CHOL/DSPE-PEG dans un ratio molaire 90 : 5 : 5 mol% sont thermosensibles. Des liposomes composés du même mélange lipidique dans un rapport 65 : 30 : 5 mol% ont été considérés comme contrôle négatif non thermosensible. L’optimisation de l’encapsulation passive du 5-FU a permis d’obtenir une efficacité d’encapsulation (5-FU encapsulé/5-FU total) de 13%, mais le 5-FU est très faiblement retenu (12%) dans la cavité aqueuse des liposomes du fait du gradient osmotique à la dilution. La rétention du 5-FU a été optimisée (93%) par la technique d’encapsulation active basée sur la complexation intraliposomale du 5-FU avec le complexe cuivre-polyéthylèneimine préalablement encapsulé dans les liposomes. Cette technique a également permis d’améliorer l’efficacité d’encapsulation d’un facteur trois environ (37%), avec un taux de charge (ratio final 5-FU/lipides, mole/mole) de 50% environ. Nous avons alors obtenu des liposomes thermosensibles d'un diamètre hydrodynamique de 65 nm et de charge de surface de -10 mV. Les liposomes non thermosensibles, ont été caractérisés par un diamètre hydrodynamique de 105 nm et une charge de surface de -4,9 mV. La libération du 5-FU déclenchée par une hyperthermie induite par des ultrasons focalisés a été mesurée in vitro. En réponse à une hyperthermie de 42°C, les liposomes thermosensibles libèrent 68% de leur contenu, au bout de 10 min, alors que les liposomes non thermosensibles en libèrent moins de 20%. En outre, la cytotoxicité des liposomes encapsulant le complexe 5-FU-cuivre-polyéthylèneimine a été évaluée vis-à-vis de la lignée cellulaire HT-29 du carcinome colorectal humain. Les résultats ont révélé que les lipides à une concentration de 800 µM ne sont pas cytotoxiques (80% de viabilité). De plus, la complexation du 5-FU n’influence pas sa cytotoxicité ce qui prouve que la toxicité provient du 5-FU et non des excipients. En revanche, l’encapsulation du complexe 5-FU-cuivre-polyéthylèneimine dans les liposomes induit une diminution de la concentration inhibitrice médiane de 115 (solution du complexe) à 49 µM environ, corrélée à leur internalisation cellulaire. La pharmacocinétique chez des souris porteuses d’un modèle de tumeur colorectale HT-29 xénogreffée a montré que les liposomes permettent de prolonger d’un facteur 1,4 la demi-vie plasmatique de distribution du 5-FU. De plus, les aires sous la courbe des concentrations plasmatiques sur 24 h sont 1,9 et 2,9 fois plus élevées lorsque le 5-FU est administré sous forme de liposomes thermosensibles et non thermosensibles, respectivement, par rapport à la solution de 5-FU. Enfin, les liposomes non thermosensibles augmentent significativement d'un facteur 2 l'accumulation du 5-FU dans la tumeur par rapport à la solution de 5-FU. En conclusion, les liposomes thermosensibles développés présentent un fort intérêt pour une application thérapeutique en combinaison avec des ultrasons focalisés. / We optimized thermosensitive liposomes encapsulating an anticancer drug, 5-Fluorouracil (5-FU), in order to trigger the release upon focused ultrasound-mediated mild hyperthermia at the tumor. This approach would improve drug efficacy and would lower side effects. Liposomes were prepared by the lipid hydration method by mixing 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) for its temperature sensitivity at 41.5 ± 0.5°C, cholesterol (CHOL) to promote liposome stability towards blood components, and 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE-PEG) to confer stealthiness to the formulation. The experiments confirmed that the liposomes formulated with DPPC/CHOL/DSPE-PEG in a molar ratio 90:5:5 mol% are thermosensitive, while liposomes composed of the same lipid mixture in a ratio 65:30:5 mol% were considered non thermosensitive negative control. The optimization of passive encapsulation of 5-FU yielded an encapsulation efficacy (encapsulated 5-FU/total 5-FU) of 13%. 5-FU was, however, very weakly retained (12%) in the aqueous core of liposomes following dilution due to the generation of an osmotic gradient. The retention of 5-FU has been optimized (93%) by the active encapsulation technique based on the intraliposomal complexation of 5FU with copper-polyethylenimine complex encapsulated beforehand into liposomes. This technique also improved 5-FU encapsulation efficacy by 3-fold (37%), yielding a loading efficiency (final drug/lipid ratio, mol/mol) of approximately 50%. The resulting thermosensitive liposomes and non thermosensitive liposomes have a hydrodynamic diameter and a surface charge around 65 nm and -10 mV, and 105 nm and -4.9 mV, respectively. Heat-triggered drug delivery was evaluated using focused ultrasound, and showed a release of 68% of the encapsulated 5-FU from thermosensitive liposomes, within 10 min, whereas release remained below 20% for the non thermosensitive formulation. Furthermore, the cytotoxicity of 5-FU-copper-polyethylenimine complex-loaded liposomes towards HT-29 human colorectal carcinoma cell line was evaluated. Results revealed that lipids at a concentration of 800 µM are not cytotoxic (80% viability). Moreover, 5-FU complexation has no impact on its cytotoxic activity, disclosing that liposomes toxicity arose from 5-FU and not from the excipients. Nevertheless, 5-FU-copper-polyethylenimine complex-loaded liposomes exhibited a lower half maximal inhibitory concentration of 49 µM compared to 115 µM for complex solution. This enhancement of cytotoxicity was attributed to the cellular internalization of liposomes. Pharmacokinetics in mice bearing HT-29 xenograft tumor showed that liposomes can extend the plasma distribution half-life of 5-FU by a factor 1.4. Furthermore, areas under the concentration-time curve over 24 h were higher by 1.9- and 2.9-fold when the drug was encapsulated into thermosensitive and non thermosensitive liposomes, respectively, compared to free 5-Fluorouracil. Finally, non thermosensitive liposomes significantly increased 5-FU accumulation in tumor by 2-fold, compared to 5-FU solution. In conclusion, these 5-FU-loaded thermosensitive liposomes represent valuable carriers to investigate the therapeutic efficacy following focused ultrasound-mediated heat application.