Nano-sources de chaleur pour la thérapeutique – Nan'Onsen

Ce projet est dédié à l’élaboration de nano-objets associant nanoparticules (NP) d’or et polymères thermosensibles, puis à l'analyse de la conversion énergétique de lumière en chaleur dans ces nano-hybrides et son application à des fins biomédicales. Les NP métalliques sous rayonnement électromagnétique ont en effet la capacité de se comporter comme des sources nanométriques de chaleur grâce à une succession d'échanges énergétiques internes. Ce processus de conversion est très efficace lorsque la fréquence du rayonnement lumineux correspond à la résonance de plasmon de surface (RPS) des NP qui permet une injection d’énergie optimale. Il peut être mis à profit dans divers domaines, en particulier pour la réalisation de fonctions optiques, chimiques ou biologiques. De plus, les propriétés optiques de NP peuvent être utilisées comme sondes des variations locales d’énergie thermique dans un milieu ou des modifications locales de la morphologie de ce dernier. Il est ainsi possible d’envisager des matériaux ou dispositifs dont la fonctionnalité est activée et contrôlée uniquement par la lumière.
Nos nano-hybrides sont constitués de NP d’or sur lesquelles sont greffées des chaînes de polymère thermosensible. Ce type de polymère présente, en solution aqueuse, une transition de phase hydrophile-hydrophobe lorsque la température du solvant s’élève au-dessus d’une certaine valeur. Dans nos nano-hybrides, suite à l’absorption d’une impulsion lumineuse à la RPS, les NP s’échauffent puis la chaleur est transférée à travers leur surface vers la couronne polymérique, dont les chaînes s’effondrent autour des NP. Le caractère hydrophobe acquis par celles-ci lors de ce processus leur confère, d’une part, de bonnes propriétés d’adhésion cellulaire, et d’autre part favorise leur auto-agrégation en assemblages denses. Ce mécanisme permet donc de fixer un grand nombre de nanoparticules sur la membrane de cellules biologiques, à la suite de quoi il est possible de détruire ces cellules par nano-hyperthermie photo-induite. Le ciblage d’une tumeur puis sa régression peuvent donc être induits par son irradiation lumineuse. Nous souhaitons ainsi exploiter les propriétés photo-thermiques de nos nano-hybrides à des fins biomédicales.
Les objectifs de ce projet s’articulent en quatre grands points. (1) Synthèse des nano-hybrides basés sur des NP d’or sphériques ou anisotropes. (2) Validation de la biocompatibilité de ces objets. (3) Détermination des caractéristiques de la conversion lumière-chaleur et du transfert thermique aux petites échelles, de leurs conséquences sur l’hydrophobicité des nano-objets et leur auto-assemblage. (4) Ciblage photo-induit de cellules tumorales in vitro puis in vivo par les nano-hybrides et optimisation d’un protocole optique séquencé pour la thérapie par hyperthermie locale.
Pour cela, nous réunissons les compétences complémentaires de quatre partenaires :
• Partenaire 1 : l’Ecole Centrale Paris, avec deux équipes spécialisées en nano-optique et nano-thermique,
• Partenaire 2 : le Laboratoire de Chimie Physique (CNRS-Université Paris Sud) expert, pour le projet, en synthèse de nanoparticules métalliques et en biophysique,
• Partenaire 3 : l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles (UPMC, Ville de Paris, CNRS) pour son expertise en synthèse de nano-hybrides particules métalliques-polymère,
• Partenaire 4 : l’U728 (INSERM, Université Paris Diderot) possédant une expertise dans les modèles animaux et l’analyse des lésions cellulaires et tissulaires induites par la chaleur.