Nanovecteurs multifonctionnels biocompatibles à base de nouveaux chromophores organiques : synthèse, propriétés photophysiques, applications

La photoacoustique est une technologie émergente capable de convertir un rayonnement lumineux en ondes acoustiques. Plusieurs applications découlent de cette technologie, en particulier l’imagerie haute résolution et non invasive de tissus biologiques. Cette dernière nécessite des agents de contraste photoacoustique et photostables contenant des molécules capables d’absorption dans le proche infrarouge avec un coefficient d’extinction (epsilon) élevé mais une absence d’émission. L’imagerie photoacoustique est une méthode à bas coût et non invasive, c’est pourquoi il existe un besoin grandissant sur le marché d’agents de contraste photoacoustiques biocompatibles. Cette thèse vise à développer des sondes photoacoustiques sensibles au pH pour l'imagerie cellulaire, capable de détecter des environnements acides comme les lysosomes grâce à des variations des propriétés optiques. Le but de cette étude est de développer des agents de contraste photoacoustiques en préparant et caractérisant une molécule sensible au pH puis en l’intégrant dans des nanoparticules polymériques biocompatibles, sensible au pH et avec un contraste élevé en photoacoustique. Deux dérivés de colorants Bodipy “push-pull” ont été synthétisés: une molécule 3-5 disubstituée de façon symétrique sur les unites 3-nitro-4-phénol, et un analoque asymétrique fonctionnalisé par un 3-nitro-4-phénol et un groupement julolidine respectivement pour induire un décalage spectral vers le rouge. Le premier composé (symmétrique) a démontré des propriétés attractives pour un candidat agent de contraste photoacoustique, absorbant à 666 nm dans le dichloromethane avec un coefficient d’extinction molaire élevé (εDCM = 6.6 · 10⁵ M-¹cm-¹), une émission de fluorescence faible à 685 nm (ΦF=0.7; Δν=319 cm-¹) et un temps de vie court (~0.4 ns). La déprotonation de la molécule obtenue par addition de triéthylamine dans le dichlorométhane entraîne une modification du spectre d'absorption, un élargissement de la bande, un decalage spectral vers 745 nm (1686 cm-1) et extinction de la fluorescence. Le titrage effectué en milieu aqueux sur le dérivé PEGylé du Bodipy symétrique a donné deux valeurs de pKa apparent différentes: 7,6 par absorption UV-visible et 4,9 par fluorescence. Le dérivé Bodipy asymmétrique absorbe à 684 nm dans le dichlorométahne et émet à 701 nm. En comparaison du dérivé symétrique, son absorption est décalée dans le rouge de 391 cm-¹ et un coefficient d'extinction molaire plus faible est obtenu (εDCM = 3.2 · 10⁵ M-¹cm-¹). Par conséquent, le Bodipy symétrique a été sélectionné comme meilleur candidat et greffé au PLA-PEG (Mw~10⁴ Da) par chimieclick (CuAAC). Ensuite, le colorant greffé a été formulé dans des nanoparticules par la méthode d'évaporation de solvant, avec des charges variables de colorant. Les nanoparticules ont été obtenues avec une taille variable de ~70 nm à ~150 nm(l’augmentation de taille suivant le taux de chargement en colorant), une charge apparente négative à la surface des objets (ζ-potential of ~7 mV) et ne montraient aucun signe d'agrégation après plus de deux mois de stockage au frigo (4°C). La formation d'agrégats J a été observée entre 734 nm et 752nm. Les nanoparticules ont montré une activité photoacoustique élevée, avec des coefficients d'extinction allant jusqu'à 10⁹ M-¹cm-¹, ce qui les rend comparables aux meilleurs agents de contraste photoacoustique connus à ce jour. Il a été démontré que les nanoparticules réagissaient aux variations de pH, avec un pKa moyen d'environ 7,8, ce qui se traduisait par des changements sur les spectres d'excitation photoacoustique. Aucune cytotoxicité n'a été observée dans les tests préliminaires de viabilité HeLa ou E. coli, ce qui les rend aptes à de futurs tests in vivo.