Thèses

Mercredi 14 Décembre 2022 à 14h00.

Design of novel nanostructured biosensing materials and their application in medical diagnostics

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Directeur de thèse / thesis director :
Rodolphe ANTOINE

Membres du jury / jury members :
MAYSINGER Dusica
SANCEY Lucie
BREVET Pierre-François
TRAJKOVIC Katarina
ANTOINE Rodolphe
BONAČIĆ-KOUTECKÝ Vlasta

Résumé / Abstract ::
Ce travail de doctorat porte sur la conception de nouveaux nanomatériaux et leur application au diagnostic médical, en particulier dans le domaine du vieillissement. Le vieillissement et les maladies liées à l'âge sont les conséquences de l'accumulation de dommages oxydatifs sur les protéines. Une façon de mesurer l'oxydation des protéines est de déterminer les niveaux de carbonyles des protéines. À l'heure actuelle, la carbonylation des protéines est détectée et quantifiée par des méthodes basées sur des gels 2D utilisant des colorants fluorescents spécifiques couplés à un réactif, e.g. l’hydrazide qui réagit avec les carbonyles des protéines. Cependant, les colorants souffrent de faible biocompatibilité, faible solubilité et d'une photostabilité modérée. Pour améliorer la spécificité et la sensibilité nécessaires aux dommages oxydatifs, des stratégies avancées sont nécessaires. Les nanoclusters d'or (AuNC), composés de plusieurs centaines d'atomes d'or et protégés par des ligands thiolés, présentent des effets de confinement quantique et des propriétés de type moléculaire avec propriétés de photoluminescence uniques. De plus, les propriétés optiques non linéaire impressionnante de ces nanoclusters en font des candidats prometteurs pour diverses techniques de bio-imagerie telles que la microscopie confocale multiphotonique. L'objectif principal de ce travail de doctorat était de détecter la carbonylation des protéines par des méthodes optiques en utilisant des nanoclusters d'or fonctionnalisés, en allant de gels 2D jusqu’à une exploration in vitro.
Ce manuscrit est organisé en quatre chapitres. Dans le premier chapitre, je passerai brièvement en revue les stratégies actuelles utilisées pour analyser la carbonylation dans le vivant et le potentiel de l'utilisation de nanoclusters obtenus à la précision atomique pour la détection des groupes carbonyles sur les protéines par des méthodes optiques. Dans le chapitre expérimental, je décrirai les techniques incontournables pour caractériser les nanoclusters et aborder la précision atomique par spectrométrie de masse, comment mesurer leurs propriétés optiques (linéaires et non linéaires), et d'autres méthodes de caractérisation en particulier les techniques de mesure de taille, les microscopies utilisées pour visualiser le signal des gels et les NCs à l'intérieur des cellules, les protocoles chimiques et biologiques de carbonylation. Le troisième chapitre est consacré à la description des nombreuses approches de synthèse (dont la plupart ont été infructueuses) qui nous ont conduits à développer des nanoclusters d'or fonctionnalisés comme sondes luminescentes pour la détection de la carbonylation des protéines. Ce travail a été réalisé en utilisant la protéine modèle lysozyme. En particulier, je décrirai le développement de NCs d'or protégés par des molécules de glutathion et leur fonctionnalisation comme cibles efficaces de la carbonylation, la modification de la composition des gels pour étudier à la fois les protéines et les nanoclusters, les approches protéomiques pour comprendre la quantité et les sites de carbonylation du lysozyme, et la preuve de principe de l'utilisation des NCs comme sondes luminescentes pour la détection de la carbonylation des protéines avec les gels. Dans le dernier chapitre, je décrirai les stratégies que nous avons menées pour rendre les nanoclusters intéressants pour la bioimagerie cellulaire. Et pour la première fois, des mesures de bioimagerie par microscopie confocale multiphotonique ont été démontrées à Lyon en utilisant des NCs à base d'argent internalisées à l'intérieur des cellules. Je terminerai en résumant l'état d'avancement de ce projet, les limitations actuelles ainsi que quelques perspectives pour rendre les nanoclusters réellement utilisables pour les biologistes en particulier dans le contexte du vieillissement cellulaire.

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