Nanoparticules lipidiques de type Janus à compartiment

Campagne de recrutement 2014
Nanoparticules lipidiques de type Janus à compartiment superparamagnétique : du
procédé de mise en œuvre aux applications théranostiques
Directeur de thèse
FAIVRE Vincent
01.46.83.54.65
[email protected]
Co-directeur de thèse
(en cas de besoin)
<Nom>
<N° téléphone>
<e-mail>
Laboratoire d’accueil
UMR CNRS 8612
5 rue JB Clément, 92296 Châtenay-Malabry
Affichage de l’intitulé du sujet sur le site web de l’ED425 :
OUI
NON
Mise en ligne du contenu du projet sur le site web de l’ED425 :
OUI
NON
Descriptif du projet de thèse :
1. Etat de la question
Depuis quelques mois, le laboratoire de Physico-Chimie des Systèmes Polyphasés de l’UMR CNRS 8612
développe des nanoparticules lipidiques compartimentées originales (Faivre et al., demande de brevet français
n°13 57363 déposée le 25 juillet 2013). Comme décrit dans la Figure 1A, ces particules résultant de l’association
d’une gouttelette huileuse et d’une structure vésiculaire appartiennent de fait à la famille des nano-objets
Janus. La juxtaposition d’un compartiment aqueux hydrophile et d’un compartiment lipidique hydrophobe fait
de ces nanoparticules un outil potentiellement très intéressant du point de vue pharmaceutique et biomédical
de par sa nature biocompatible et la possibilité qu’il offre de co-véhiculer des substances actives aux solubilités
opposées, par exemple deux principes actifs thérapeutiques complémentaires ou un agent d’imagerie ou de
diagnostic et un médicament.
Des premières études ont montré que ces particules étaient physiquement stables dans le temps (Figure 1B) et
pouvaient permettre la protection de principes actifs instables. Par exemple, alors que la demi-vie de la
quercétine dans l’eau est d’environ 17 heures, le principe actif encapsulé en suspension dans l’eau est stable au
moins 3 mois.
Ces particules sont produites par homogénéisation haute-pression, un procédé déjà transposé dans l’industrie,
à partir d’excipients pharmaceutiques validés par différentes pharmacopées (Eur., USP, JP) et sans l’utilisation
de solvants. De plus, étant recouvertes d’une couche de polyéthylène glycol (PEG), ces nanoparticules sont a
priori dotées de propriétés de furtivité et pourraient ainsi échapper à une capture précoce par le système
réticulo-endothélial lors de leur administration intraveineuse. La plupart des vecteurs de médicaments ayant
atteint le stade de la commercialisation sont recouverts de chaînes de PEG, soulignant ainsi leur rôle majeur
dans la formulation.
B
Figure 1. Morphologie (A) et Stabilité physique (B) des nanoparticules compartimentées.
Par ailleurs, les laboratoires associés dans ce projet, le laboratoire de Physico-Chimie des Systèmes Polyphasés
de l’UMR CNRS 8612-Institut Galien Paris Sud et le Laboratoire Colloïdes inorganiques de l’UMR 8234-PHENIX
(ex-PECSA), possèdent une longue expérience commune et complémentaire dans la production de nano-objets
hybrides résultant de l’incorporation d’un fluide superparamagnétique formé d’une suspension de
nanocristaux d’oxyde de fer (également nommé ferrofluide) dans des structures lipidiques de type vésiculaire
(Martina et al, JACS 2005).
2. Objectifs du sujet
Le but à long terme de ce projet est le développement d’un outil innovant permettant de coupler thérapie et
imagerie ciblée. L’approche cherche à associer deux nano-réservoirs au sein d’un objet unique, le premier
destiné au transport de substances biologiquement actives, le second contenant un fluide magnétique ou
ferrofluide. L’originalité du système proposé ici repose sur le caractère inventif des nanoparticules de type
Janus dont le procédé de fabrication est totalement nouveau et transposable à grande échelle.
L’encapsulation des ferrofluides dans les nanoparticules Janus est souhaitée pour des raisons tant
fondamentales (sur l’origine de la cohésion des assemblages Janus à l’échelle moléculaire et supramoléculaire)
qu’appliquées en théranostique. En effet, leur comportement superparamagnétique fait de ces fluides
particuliers des agents de contraste dits T2 efficaces pour l’IRM, les rend intéressant pour du guidage
magnétique et les dote d’une capacité d’échauffement sous champ magnétique alternatif. Le projet vise dans
son ensemble une extension du procédé de fabrication des nanoparticules et l’étude des propriétés des
nouveaux systèmes obtenus afin de cerner le panel de leurs applications possibles dans les domaines
pharmaceutique et biomédical.
3. Méthodologie employée
A. Préformulation
Des étapes de préformulation seront nécessaires pour identifier les compositions de chacune des phases,
aqueuse et lipidique, garantissant à la fois la stabilité du ferrofluide dans la phase considérée et la bonne
réussite du procédé de préparation des nanoparticules Janus.
B. Fabrication et caractérisation de l’objet
Une fois la composition des phases aqueuse et lipidique optimisée, les particules bicompartimentées pourront
être produites.
1) Mise au point du procédé d’incorporation du ferrofluide de préférence directement dans les phases
concernées dès la première étape du procédé (phases avant mélange).
2) Purification pour éliminer le ferrofluide non encapsulé dans les particules (Exclusion sur gel, tri magnétique)
3) Quantifications / taux d’encapsulation : lipides par méthode HPLC (déjà mise au point) et ferrofluide
par spectrométrie d’absorption atomique et résonance paramagnétique électronique.
4) Analyse de taille et suivi de la stabilité physique par diffusion quasi-élastique de la lumière
5) Analyses morphologiques par microscopie électronique par cryo-transmission. Dans la continuité de travaux
actuels, ces observations se feront en collaboration avec le Service de Microscopie Electronique de IFR
83/FRE3595 (UPMC).
6) Etude de la cohésion entre les compartiments (ultracentrifugation, cisaillement sous flux, influence d’une
force magnétique).
C. Propriétés du ferrofluide encapsulé
Une fois les nanoparticules bicompartimentées chargées en ferrofluide, il sera important de vérifier l’absence
d’influence du procédé sur les propriétés du ferrofluide. Par ailleurs, pour différencier les éventuels effets du
procédé de ceux liés au confinement dans l’un ou l’autre des compartiments, il conviendra d’extraire le
ferrofluide par solubilisation de la particule puis d’analyser ses propriétés pour confirmer la stabilité des
suspensions des grains magnétiques lors de leur incorporation dans les nanoparticules. Les techniques,
disponibles au laboratoire partenaire PHENIX et utiles pour ces analyses sont les suivantes.
1) Etude de la stabilité colloïdale des suspensions à l’aide d’un magnétomètre vibrant.
2) Etude de relaxométrie à l’aide d’un relaxomètre de type Minispec PC120 (Brucker).
3) Capacité d’échauffement des particules à l’aide d’un appareil Nanotherics acquis récemment et influence de
cet échauffement sur l’environnement du ferrofluide et notamment sur la stabilité du compartiment ne
contenant pas ce dernier. En effet, une telle déstabilisation pourrait avantageusement servir alors comme agent
déclencheur de la libération d’une molécule active encapsulée.
D. Approches biologiques
L’évaluation biologique de ces systèmes sera rendue possible par le réseau collaboratif et l’environnement
technologique des deux laboratoires partenaires. Les aspects qui pourraient être abordés dans le temps de la
thèse sont les suivants :
1) La plateforme d’imagerie IRM de l’Hôpital Européen G. Pompidou pour valider les propriétés d’agents de
contraste des nanoparticules.
2) La plateforme de microscopie confocale de l’Institut Paris-Sud d’Innovation Thérapeutique (IPSIT) pour
caractériser l’intégrité des compartiments et suivre l’interaction nanoparticule/cellules.
3) La cytotoxicité des nanoparticules sera étudiée au sein du au service de culture cellulaire intégré dans l’UMR
CNRS 8612 et les essais concernant une activité anti-tumorale par hyperthermie pourront y être également
menés.
4) La plateforme de résonance paramagnétique électronique UMR CNRS 8601 Paris V pour la caractérisation de
la réponse paramagnétique des grains, de leur confinement et leur dosage quantitatif.
5) Le service de microscopie électronique IFR 83 Univ Pierre et Marie Curie pour la visualisation directe des
objets.
4. Compétences requises pour le candidat
Le candidat devra posséder une expérience dans la manipulation et la caractérisation, notamment physicochimique, des systèmes colloïdaux ou des matériaux lipidiques et/ou inorganiques.
5. Principales références de l’équipe sur le sujet (maximum 5 références)
(1) Faivre et al., Nanoparticules lipidiques multicompartimentées. Demande de Brevet français n°13 57363
déposée le 25 juillet 2013
(2) Lesieur et al., Multifunctional nanovectors based on magnetic nanoparticles coupled with biological
vesicles or synthetic liposomes. J. Mat. Chem. 21, 14387-14393, 2011
(3) Plassat et al., Anti-estrogen-loaded superparamagnetic liposomes for intracellular magnetic targeting and
treatment of breast cancer tumors. Adv. Funct. Mat. 21, 83-92, 2011
(4) Martina et al., The effect of magnetic targeting on the uptake of magnetic-fluid-loaded liposomes by
human prostatic adenocarcinoma cells. Biomaterials 29(30), 4137-4145, 2008
(5) Plassat et al, Sterically stabilized superparamagnetic liposomes for MR imaging and cancer therapy:
pharmacokinetics and biodistribution. Int. J. Pharmaceutics 344(1−2), 118−27, 2007

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