Nous étudions différents techniques d’imagerie. Notre activité de recherche tente de partir de la synthèse d’outils pour aller vers leur valorisation dans le but de répondre à des problématiques biologiques auxquelles nous tentons d’apporter des réponse par l’imagerie.

Imagerie Optique

Notre activité de recherche autour des fluorophores tente de couvrir différents aspects de cette spécialité, de la synthèse et l’étude des propriétés des fluorophores à leur utilisation pour des application bio-analytiques.

L’un des pans de cette activité de recherche est axée sur la synthèse et la fonctionnalisation de fluorophores organiques originaux Les structures des fluorophores que nous étudions s’inspirent aussi bien de molécules bien connues de la littérature que de squelettes naturels originaux. L’objectif principal de cette étude est d’optimiser leurs propriétés photophysiques (rendement quantique, longueurs d’ondes d’absorption et d’émission …) mais aussi leur comportement en milieu biologique (solubilité, ciblage de compartiments cellulaires).  C’est une étape fondamentale qui permet l’obtention de molécules idéales pour des applications bien spécifiques. Parmi les applications envisagées dans notre laboratoire, leur utilisation comme antenne pour la sensibilisation de chélate de lanthanides est étudiée ainsi que leur implication dans des systèmes plus complexes visant à associer l’imagerie optique à l’IRM dans une stratégie d’imagerie bi-modale. Une autre utilisation de ces fluorophores envisage leur fonctionnalisation pour leur conférer des propriétés de détection fluorogéniques dans le but de mettre en lumière de nouvelles activités enzymatiques in cellulo, dans des compartiements celllulaires données ou au sein de microorganismes.

IRM

L’imagerie moléculaire par résonance magnétique (IRM) souffre d’une faible sensibilité par rapport à la tomographie par émission de positrons ou à l’imagerie optique. L’utilisation d’agents de contraste ciblés pour l’imagerie par IRM est une stratégie prometteuse pour augmenter le potentiel de cette modalité d’imagerie pour le diagnostic et le suivi de l’évolution du cancer.

La sous-unité B de la toxine Shiga (STxB) est un ligand naturel d’un glycosphingolipide, le Gb3, qui est hautement surexprimé à la surface de certaines cellules tumorales. La protéine STxB est donc utilisée comme agent de ciblage pour certains cancers. Cet homopentamère a été génétiquement modifié avec une cystéine C-terminale (STxB-SH) pour permettre la conjugaison des éléments à vectoriser. Le couplage de STxB-SH à des châssis peptidiques présentant plusieurs chélates de Gadolinium (Gd3+), associé à la forte expression de Gb3 par les cellules cancéreuses, permet d’envisager une accumulation suffisante de Gd3+ au niveau de la tumeur pour sa détection.

La conception de châssis peptidiques fonctionnalisables avec 6 à 9 DOTA[Gd3+] paramagnétiques, permet le développement d’agents de contraste de haute relaxivité. Ces derniers ciblent in vitro les cellules cancéreuses exprimant le Gb3 et s’y accumulent de manière importante pour permettre une détection in vivo par IRM.

Imagerie multimodale

La détection d’une activité enzymatique est aujourd’hui classiquement réalisée in vitro, mais reste un défi in vivo. C’est un sujet d’intérêt croissant pour l’imagerie moléculaire car la dérégulation de ces catalyseurs biologiques est associée à de nombreuses pathologies. Dans ce contexte, nous avons conçu des sondes à base de lanthanide sensibles à une activité enzymatique spécifique (la b-galactosidase par exemple). Leur transformation enzymatique peut être détectée selon une à trois modalités d’imagerie en fonction du lanthanide utilisé: IRM T1, IRM paraCEST et imagerie optique.

Ce projet est mené en étroite collaboration avec les équipes de E. Toth et S. Petoud (CNRS, Orléans). Un type de sondes est basé sur la conversion de dérivés de 2-benzylcarbamoyl pyridines en leurs analogues 2-amino correspondants. L’utilisation d’un carbamate de benzyle « auto-immolable » permet d’associer la réaction enzymatique à une modification structurale de la sonde et de pouvoir cibler une grande variété d’activité enzymatique. Des modifications du fragment amino pyridine permettent de fragiliser la coordination carbamoyle avec le lanthanide et d’accélérer l’activation de la sonde. En combinant des études in silico (en collaboration avec R. Pollet du CEA) et chimiques, nous tentons d’identifier les paramètres structuraux qui déterminent les propriétés magnétiques (paraCEST et T1) et physico-chimiques de nos sondes. Nous nous intéressons également à la conception, à la synthèse et à l’évaluation de nouveaux espaceurs « auto-immolables ».

Nanothéranostiques : optimisation de l’habillage de surface de nanoparticules inorganiques

Dans le cadre de la recherche de systèmes innovants et efficaces pour le traitement et la détection de maladies, les nanoparticules (NP), en raison de leur taille nanométrique, offrent la possibilité : i) d’améliorer la pharmacocinétique in vivo en allongeant le temps de circulation et ii) de modifier la biodistribution en ciblant les tissus malades. Cependant, alors que de nombreuses NP inorganiques ont été identifiées comme prometteuses depuis les années 90, moins de 10 d’entre elles sont aujourd’hui approuvées en médecine humaine.

Les problèmes de toxicité liés à l’instabilité colloïdale des nanoparticules inorganiques dans les milieux biologiques et les difficultés de contrôle/caractérisation de la fonctionnalisation de ces objets sont des inconvénients non résolus pour le développement de NP inorganiques pour des applications biomédicales.

Pour résoudre ces problèmes, nous développons de nouveaux polymères avec une structure parfaitement définie pour habiller les NP de manière très stable et furtive. Ces polymères multi-ancrages possèdent une avidité importante pour la surface des NP et la présence de plusieurs motifs de biocompatibilisation confère une stabilité et une furtivité de la dispersion colloïdale dans les milieux biologiques. Dans le cadre de ce projet, nous explorons une approche innovante pour concevoir et synthétiser ces polymères avec une structure parfaitement définie, avant de valider leur potentiel pour recouvrir des NPs inorganiques très prometteuses, les Nanobâtonnets d’Or (GNR). Ces NP inorganiques anisotropes sont particulièrement attractives, en raison de leurs propriétés optiques uniques et de leurs applications potentielles pour des nanomédicaments (ex : imagerie photoacoustiques, ablation photothermique de tumeur).

Compte tenu du potentiel prometteur des nanoparticules inorganiques à des fins biomédicales, ce projet permettra de résoudre les limitations actuelles des nanoparticules inorganiques « ciblées » pour qu’elles atteignent la clinique afin de contribuer à de meilleures solutions médicales dans un avenir proche.