Atherosclerosis is a cardiovascular disease that is known to be the primary cause of heart attacks and strokes. The hard plaque that forms within the arteries can be vulnerable to rupture, causing thrombosis which can effectively obstruct the flow of blood. The identification of vulnerable plaque is directly related to the composition of the plaque itself. Current imaging methodologies do not sufficiently address the issues of identifying early stages of atherosclerosis, plaque composition and thus, lesion vulnerability. Photoacoustic imaging techniques used in conjunction with contrast enhancing nanomaterials have offered a novel approach to address these problems. This thesis presents a platform by which synthesis of a strategically designed nanoprobe combining multiple functionalities can help address these issues. The chosen nanomaterial, in particular gold nanoshells, are optically and biologically relevant substrates that can be tuned to absorb within the biological window (650-900 nm) where biological absorption interference is the lowest. The synthesis of gold nanoshells using a sacrificial cobalt nanoparticle template procedure was optimized to obtain nanoshells of approximately 40 nm in diameter and 3 nm in thickness with plasmon absorption between 650-750 nm. To further enhance the utility of gold nanoshells, additional functionalities were incorporated onto them by exploiting the well known thiol-gold bond formation. The simplicity and adaptability of the synthetic process allows for coupling to any desired functionality or functionalities into these systems. Using this methodology, two monofunctional ligands and one multifunctional ligand, possessing therapeutic (lipoic acid), additional imaging (fluorescent dyes), solubilizing (PEG) functionalities and combinations thereof, were successfully synthesized. Each of these ligands were subsequently conjugated to the gold nanoshells, creating probes that possess the optical properties of the gold nanoshells in combination with the additional ligand properties. With in vitro and in vivo studies underway, the work in this thesis covering the optimization and fabrication of these novel multivalent probes has laid a solid foundation to achieve the goal of vulnerable plaque identification. / L'athérosclérose est connue pour être la cause primaire des crises cardiaques et des accidents cérébraux-vasculaires. Les plaques qui se forment sur les parois des artères sont susceptibles d'éclatées causant par la suite une thrombose qui peut obstruer l'influx sanguin. L'identification de plaques vulnérables est directement liée à la composition de ces plaques. Les méthodologies actuelles d'imagerie ne sont pas assez compétentes pour identifier les stades préliminaires d'athérosclérose, la composition des plaques et, conséquemment, la susceptibilité de ceux-ci de subir des lésions. Les techniques d'imagerie photoacoustique utilisées conjointement avec des nanomatériaux agissant comme agent de contraste offrent une stratégie inédite pour résoudre ces obstacles. Cette thèse présente un projet par laquelle la synthèse stratégique d'une nano-sonde incorporant plusieurs fonctionnalités peu adresser ces problèmes. Des nano-coquilles d'or, le nanomatériau choisi, sont des substrats pertinents du point de vue de l'optique et de la biologie qui peuvent être ajustés de sorte qu'elles absorbent dans la fenêtre biologique (650-900 nm), c'est-à-dire là où l'interférence dû à l'absorption biologique est à son plus bas. La procédure de synthèse des nano-coquilles d'or utilisant un modèle sacrificiel de nanoparticules de cobalt a été optimisée pour obtenir des nano-coquilles d'approximativement 40 nm de diamètre et 3 nm d'épaisseur, avec une absorption plasmonique entre 650 et 750 nm. Pour augmenter davantage l'utilité des nano-coquilles d'or, des fonctionnalités additionnelles ont été incorporées grâce à la formation du lien thiol-or. La simplicité et l'adaptabilité du processus synthétique permet le couplage de toutes fonctionnalités désirées. Utilisant cette méthodologie, deux ligands monofonctionnels et un ligand multifonctionnel, possédant des fonctionnalités thérapeutique (acide lipoïque), d'imagerie additionnel (fluorochrome), ainsi que de solubilisation (PEG), ont été synthétisés avec succès. Chacun de ces ligands ont été par la suite conjugués aux nano-coquilles d'or, créant ainsi des sondes possédant les propriétés optiques des nano-coquilles d'or en plus des propriétés des ligands. Présentement, des études in vitro et in vivo se déroulent; le travail présenté dans cette thèse couvrant l'optimisation et la fabrication de ces sondes multivalentes inédites a établi une base solide pour atteindre l'objectif de l'identification des plaques vulnérables.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114594 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Ng, Vanessa |
| Contributors | Ashok K Kakkar (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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